【文章內(nèi)容簡介】 工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標(biāo)準規(guī)范的研究、制定滯后。存在的主要原因有：①認識方面：對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。②體系方面：從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少；沒有建立完整高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。③機制方面：不良機制造成人才流失，不僅制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，而且制約了規(guī)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。④技術(shù)方面：企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強，核心技術(shù)的工程化能力不強機床標(biāo)準落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準研究不夠。1．3 數(shù)控機床位置精度的檢測及補償?shù)闹匾噪S著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，數(shù)控機床作為一種高精度、高效率、穩(wěn)定性強的自動化加工設(shè)備，已經(jīng)成為機械行業(yè)必不可少的現(xiàn)代化裝備。數(shù)控機床和加工中心作為新一代的工作母機，在機械制造中已得到廣泛的應(yīng)用，精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,對數(shù)控機床的精度提出了更高的要求。數(shù)控機床的位置精度(主要是定位精度和重復(fù)定位精度)是影響其高精度的一個重要方面，也是精密零件加工制造時要考慮的一個重要項目。因此對數(shù)控機床的位置精度進行檢測和補償是提高加工質(zhì)量的有效途徑。運用數(shù)控機床位置精度檢測與補償方法，不但可以提高機床精度，而且對于進一步認識數(shù)控系統(tǒng)功能和數(shù)控機床結(jié)構(gòu)具有積極現(xiàn)實的意義。本論文就是基于上述思想，利用雙頻激光干涉儀測量原理，通過誤差補償系統(tǒng)對數(shù)控機床進行檢測和補償,可以使其定位精度得到顯著提高。1．4 本課題主要研究內(nèi)容本課題主要研究數(shù)控機床位置精度的三種檢測方法及補償方法。數(shù)控機床位置精度的檢測方法有：雙頻激光干涉儀檢測法，塊規(guī)法，線紋尺顯微鏡法。本次論文要求了解塊規(guī)法及線紋尺顯微鏡法，學(xué)習(xí)RENISHAW的雙頻激光干涉儀檢測方法。主要研究雙頻激光干涉儀在直線運動定位精度檢測中的工作原理及使用方法。學(xué)習(xí)數(shù)控機床位置精度相關(guān)標(biāo)準。檢測一臺數(shù)控機床。數(shù)控機床位置精度的補償方法有：機械式補償法，軟件式補償法，絲杠螺距誤差補償法，電氣補償法等。主要研究軟件式補償法，絲杠螺距誤差補償法，電氣補償法。對上述檢測的數(shù)控機床，進行數(shù)據(jù)分析，然后采取軟件式補償法，并比較補償前后的精度差別。 第二章 數(shù)控機床的位置精度2．1 數(shù)控機床位置精度的基本概念簡單的講，位置精度就是指機床刀具趨近目標(biāo)位置的能力。它是通過對測量值進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理后得出來的結(jié)果。一般由定位精度、重復(fù)定位精度及反向間隙三部分組成。 機床的定位精度是指機床的移動部件如工作臺、溜板、刀架等在調(diào)整或加工過程中，根據(jù)指令信號，由傳動系統(tǒng)驅(qū)動，沿某一數(shù)控坐標(biāo)軸方向移動一段距離時，實際值與給定值的接近程度(圖21）。定位精度的高低用定位誤差的大小衡量。按國家標(biāo)準規(guī)定，對數(shù)控機床定位精度采用統(tǒng)計檢驗方法確定 圖21 定位精度示意圖重復(fù)定位精度是指在數(shù)控機床上，反復(fù)運行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的精度指標(biāo)。在進給軸運動方向發(fā)生改變時，機械傳動系統(tǒng)都存在一定的間隙，這個間隙稱為反向間隙，它會造成工作臺定位誤差，間隙太大還會造成系統(tǒng)震蕩。2．1．1 定位誤差的統(tǒng)計檢驗方法對于某一目標(biāo)位置，當(dāng)按給定指令使移動部件移動時，其實際到達位置與目標(biāo)位置之間總會存在誤差，多次向該位置定位時，誤差值不可能完全一致，而總會有一定的分散。定位誤差按其出現(xiàn)的規(guī)律可分為兩大類：（1）系統(tǒng)性誤差 誤差的大小和方向或是保持不變，或是按一定的規(guī)律變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。（2）隨機性誤差 誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化的。實際上兩類性質(zhì)的誤差是同時存在的。引起這兩類誤差的原因不同，解決的途徑也不一樣。為了評價和改善定位精度，首先必須區(qū)分定位誤差中的兩類不同性質(zhì)的誤差。隨機性誤差表面上看起來雖然沒有什么規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法還是可以找出其分布的總體規(guī)律的。定位（測量）次數(shù)愈多（100次），則規(guī)律性愈明顯。生產(chǎn)實踐表明，定位誤差的分布符合正態(tài)分布的統(tǒng)計規(guī)律，其分布曲線近似于一條正態(tài)分布曲線(圖22)。圖22 定位誤差的分布曲線2．1．2 定位精度的確定定位精度主要用以下三項指標(biāo)表示：（1） 定位精度 某點的定位誤差為該點的平均位置偏差與該點誤差分散范圍之半的和。（2） 重復(fù)定位誤差 誤差的分散范圍表示了移動部件在該點定位時的重復(fù)定位精度。重復(fù)定位精度越低，對整個夾具的定位來說精度越高。（3） 反向差值 當(dāng)移動部件從正、反兩個方向多次重復(fù)趨近某一點定位時，正、反兩個方向的平均位置偏差是不相同的。同時，從正、反向趨近定位點時，誤差的分散范圍也會不同。因此，從不同方向向某點定位時，其定位精度和重復(fù)定位精度也會有所不同。 機床位置精度的主要檢測項目機床位置精度的主要檢測項目有:①直線運動位置精度(包括X ,Y,Z,U,V,W軸)；②直線運動重復(fù)定位精度；③直線運動反向間隙(失動量)測定；④直線運動的原點返回精度；⑤回轉(zhuǎn)運動定位精度(轉(zhuǎn)臺A,B,C軸)；⑥回轉(zhuǎn)運動重復(fù)定位精度；⑦回轉(zhuǎn)軸原點的返回精度；⑧回轉(zhuǎn)運動反向間隙(失動量)測定。測量直線運動的檢測工具有：測微儀和成組塊規(guī)，標(biāo)準長度刻度尺和光學(xué)讀數(shù)顯微鏡及雙頻激光干涉儀等。標(biāo)準長度測量以雙頻激光干涉儀為準?；剞D(zhuǎn)運動的檢測工具有：360度齒精確分度的標(biāo)準轉(zhuǎn)臺或角度多面體、高精度圓光柵及平等光管等。本文在第三章中將介紹數(shù)控機床位置精度檢測的直線運動位置精度檢測方法。故主要檢測以下四項內(nèi)容：（1） 直線運動定位精度檢測 直線運動定位精度一般都在機床和工作臺空載條件下進行。常用檢測方法如圖23所示。圖23 直線運動定位精度檢測按國家標(biāo)準和國際標(biāo)準化組織的規(guī)定（ISO標(biāo)準），對數(shù)控機床的檢測，就以激光測量（圖23b）為準。但目前國內(nèi)激光測量儀較少，大部分數(shù)控機床生產(chǎn)廠的出廠檢測及用戶驗收檢測還是用標(biāo)準尺進行比較測量（圖23a）。為了反映出多次定位中的全部誤差，ISO標(biāo)準規(guī)定每個定位點按五次測量數(shù)控算出平均值和散差。所以這時的定位精度曲線已不是一條曲線，而是一個由定位點平均值連貫起來的一條曲線加上散差帶構(gòu)成的定位點散差帶，如圖24所示。圖24 定位精度曲線此外，數(shù)控機床現(xiàn)有定位精度都是以快速定位測定，這也是不全面的。在一些進給傳動鏈剛度不太好的數(shù)控機床上，采用各種進給速度定位時會得到不同的定位精度曲線和不同的反向死區(qū)（間隙），因此，對一些質(zhì)量不高的數(shù)控機床，即使有很好的出廠定位精度檢查數(shù)據(jù)，也不一定能成批加工出高加工精度的零件。另外，機床運行時正、反向定位精度曲線由于綜合原因，不可能完全重合，甚至出現(xiàn)別的特征情況。測定的定位精度曲線還與環(huán)境溫度和軸的工作狀態(tài)有關(guān)。目前大部分數(shù)控機床都是半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)，它不能補償滾珠絲杠的熱伸長，～。為此，有些機床采用預(yù)拉伸的方法來減小熱伸長的影響 。（2）直線運動重復(fù)定位精度的檢測 檢測用的儀器與檢測定位精度所用的相同。一般檢測方法是在靠近各坐標(biāo)行程的中點及兩端的任意三個位置進行測量，每個位置用快速移動定位，在相同條件下重復(fù)作七次定位，測出停止位置數(shù)值并求出讀數(shù)的最大差值。以三個位置中最大一個差值的二分之一，附上正負符號，作為該坐標(biāo)的重復(fù)定位精度。它是反映軸運動精度穩(wěn)定性的最基本的指標(biāo)。（3）直線運動的原點返回精度 原點返回精度，實質(zhì)上是該坐標(biāo)軸上一個特殊點的重復(fù)定位精度，因此它的測定方法完全與重復(fù)定位精度相同。（3） 直線運動失動量的測量 失動量的測定方法是在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準，再在同一個方向給予一定移動指令值，使之移動一段距離，然后再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準位置之差。在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進行多次測量（一般為七次），求出各個位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為失動量的測量值 。坐標(biāo)軸的失動量是該坐標(biāo)軸進給傳動鏈上驅(qū)動部件（如伺服電機、伺服油馬達和步進電機等）的反向死區(qū)、各機械運動傳動副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。這誤差越大則定位精度和重復(fù)定位精度也越差。第三章 數(shù)控機床位置精度的檢測及標(biāo)準3．1 數(shù)控機床位置精度的檢測方法3．1．1 成組塊規(guī)法現(xiàn)國內(nèi)已經(jīng)較少采用此法，故本論文不做介紹。3．1．2 線紋尺－顯微鏡法（1）測量原理 以精密線紋尺作為標(biāo)準器，采用相對測量法進行測量，求出被測數(shù)控機床坐標(biāo)軸上各被測點的位置偏差。當(dāng)數(shù)控機床沿被測坐標(biāo)軸的軸線方向作直線移動到目標(biāo)位置時，通過讀數(shù)顯微鏡從精密線紋尺精確讀出該目標(biāo)位置的讀數(shù)值，經(jīng)過誤差修正得該目標(biāo)位置的實際位置。按位置偏差定義，實際位置減目標(biāo)位置之差值即為該測點從的位置偏差。據(jù)GB1093189及各點的位置誤差，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，即可評定數(shù)控機床的位置誤差。（2）測量方法 a、線紋尺及讀數(shù)顯微鏡的安裝。 遵循阿貝原則將0級或1級線紋尺安放在機床的工作臺上，如圖31示。首先用磁性表架6將杠桿千分表5固定在機床的主軸7上，以線紋尺1的外側(cè)面為測量面，啟動機床使其主軸或工作臺3作軸向移動，反復(fù)調(diào)整線紋尺，使之與被測坐標(biāo)的軸線方向一致。調(diào)整時可先用橡皮泥2固定，調(diào)整好后再加上兩個磁性表座4緊固，若檢測豎直方向(Y軸或Z軸)的位置誤差，可用方箱3作為定位基面，如圖32。取下杠桿千分表及表座，用自制專用夾具7將讀數(shù)顯微鏡6固定在機床主軸9上。自制夾具應(yīng)穩(wěn)定可靠，調(diào)整方便。調(diào)整好讀數(shù)顯微鏡，應(yīng)使線紋尺5的刻度線清晰地成象在其目鏡視場內(nèi)。圖32中，1為橡皮泥,2為磁性表座，4為工作臺，8為測量芯軸。 圖31 圖32b、目標(biāo)位置及循環(huán)方式的選擇。 目標(biāo)位置是指運動部件要達到的位置。目標(biāo)位置的選擇須客觀真實地反映其周期誤差。在被測軸向的全部工作行程內(nèi)隨機選取各目標(biāo)位置。 c、測量步驟。 測量前被測機床和線紋尺等應(yīng)在20士5℃室溫內(nèi)等溫12小時。測量時將三只分度值為0. 1℃的溫度計分別放置在機床的工作臺及光柵尺附近的兩側(cè)，并記下測量始末的溫度值。測量時，℃/h。按選擇的目標(biāo)位置及循環(huán)方式編制機床的檢測程序，然后啟動機床以快速或制造廠規(guī)定的速度沿軸線直線運動，逐次定位，從讀