【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 研究、制定滯后。 存在的主要原因有：①認(rèn)識(shí)方面：對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足；對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足；對(duì)我國(guó)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(wèn)題的時(shí)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(wèn)題的時(shí)候少；沒(méi)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(jī)制方面：不良機(jī)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(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)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(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。 1． 3 數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)及補(bǔ)償?shù)闹匾? 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為一種高 精度、高效率、穩(wěn)定性強(qiáng)的自動(dòng)化加工設(shè)備，已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)必不可少的現(xiàn)代化裝備。數(shù)控機(jī)床和加工中心作為新一代的工作母機(jī)，在機(jī)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(duì)數(shù)控機(jī)床的精度提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)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(gè)重要方面，也是精密零件加工制造時(shí)要考慮的一個(gè)重要項(xiàng)目。因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的位置精度進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償是提高加工質(zhì)量的有效途徑。運(yùn)江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 用數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)與補(bǔ)償方法，不但可以提高機(jī)床精度，而且對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)數(shù)控系統(tǒng)功能和數(shù)控 機(jī)床結(jié)構(gòu)具有積極現(xiàn)實(shí)的意義。本論文就是基于上述思想，利用雙頻激光干涉儀測(cè)量原理，通過(guò)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償 ,可以使其定位精度得到顯著提高。 1． 4 本課題主要研究?jī)?nèi)容 本課題主要研究數(shù)控機(jī)床位置精度的三種檢測(cè)方法及補(bǔ)償方法。數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)方法有：雙頻激光干涉儀檢測(cè)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(cè)方法。主要研究雙頻激光干涉儀在直線運(yùn)動(dòng)定位精度檢測(cè)中的工作原理及使用方法。學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床位置精度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)一臺(tái)數(shù) 控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床位置精度的補(bǔ)償方法有：機(jī)械式補(bǔ)償法，軟件式補(bǔ)償法，絲杠螺距誤差補(bǔ)償法，電氣補(bǔ)償法等。主要研究軟件式補(bǔ)償法，絲杠螺距誤差補(bǔ)償法，電氣補(bǔ)償法。對(duì)上述檢測(cè)的數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后采取軟件式補(bǔ)償法，并比較補(bǔ)償前后的精度差別。江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 5 第二章 數(shù)控機(jī)床的位置精度 2． 1 數(shù)控機(jī)床位置精度的基本概念 簡(jiǎn)單的講，位置精度就是指機(jī)床刀具趨近目標(biāo)位置的能力。它是通過(guò)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理后得出來(lái)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(jī)床的定位精 度是指機(jī)床的移動(dòng)部件如工作臺(tái)、溜板、刀架等在調(diào)整或加工過(guò)程中，根據(jù)指令信號(hào)，由傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，沿某一數(shù)控坐標(biāo)軸方向移動(dòng)一段距離時(shí)，實(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度采用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)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(jī)床上，反復(fù)運(yùn)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(jìn)給傳動(dòng)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(xiàng)非常重要的精度指標(biāo)。 在進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變時(shí)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)都存在一定的間隙，這個(gè)間隙稱為反向間隙，它會(huì)造成工作臺(tái)定位誤差，間隙太大還會(huì)造成系統(tǒng)震蕩。 2． 1． 1 定位誤差的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法 對(duì)于某一目標(biāo)位置，當(dāng)按給定指令使移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，其實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間總會(huì)存在誤差，多次向該位置定位時(shí)，誤差值不可能完全一致，而總會(huì)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。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020屆?？粕厴I(yè)論文 6 （ 2）隨機(jī)性誤差 誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化的。 實(shí)際上兩類性質(zhì)的誤差是同時(shí)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(píng)價(jià)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(jī)性誤差表面上看起來(lái)雖然沒(méi)有什么規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法還是可以找出其分布的總體規(guī)律的。定位（測(cè)量）次數(shù)愈多（ 100 次），則規(guī)律性愈明顯。生產(chǎn)實(shí)踐表明，定位誤差的分布符合正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)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(xiàng)指標(biāo)表示： （ 1） 定位精度 某點(diǎn)的定位誤差為該點(diǎn)的平均位置偏差與該點(diǎn)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(dòng)部件在該點(diǎn)定位時(shí)的重復(fù)定位精度。 重復(fù)定位精度越低，對(duì)整個(gè)夾具的定位來(lái)說(shuō)精度越高 。 （ 3） 反向差值 當(dāng)移動(dòng)部件從正、反兩個(gè)方向多次重復(fù)趨近某一點(diǎn)定位時(shí)，正、反兩個(gè)方向的平均位置偏差是不相同的。同時(shí)，從正、反向趨近定位點(diǎn)時(shí)，誤差的分散范 圍也會(huì)不同。因此，從不同方向向某點(diǎn)定位時(shí)，其定位精度和重復(fù)定位精度也會(huì)有所不同。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 7 機(jī)床位置精度的主要檢測(cè)項(xiàng)目 機(jī)床位置精度的主要檢測(cè)項(xiàng)目有 : ①直線運(yùn)動(dòng)位置精度 (包括 X ,Y,Z,U,V,W 軸 )； ②直線運(yùn)動(dòng)重復(fù)定位精度； ③直線運(yùn)動(dòng)反向間隙 (失動(dòng)量 )測(cè)定； ④直線運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)返回精度； ⑤回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)定位精度 (轉(zhuǎn)臺(tái) A,B,C 軸 )； ⑥回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)重復(fù)定位精度； ⑦回轉(zhuǎn)軸原點(diǎn)的返回精度； ⑧回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)反向間隙 (失動(dòng)量 )測(cè)定。 測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)工具有：測(cè)微儀和成組塊規(guī)，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)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(zhǔn)長(zhǎng)度測(cè)量以雙頻激光干涉儀為準(zhǔn)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)工具有： 360度齒精確分度的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)床位置精度檢測(cè)的直線運(yùn)動(dòng)位置精度檢測(cè)方法。故主要檢測(cè)以下四項(xiàng)內(nèi)容： （ 1） 直線運(yùn)動(dòng)定位精度檢測(cè) 直線運(yùn)動(dòng)定位精度一般都在機(jī)床和工作臺(tái)空載條件下進(jìn)行。常用檢測(cè)方法如圖 23所示。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020屆專科生畢業(yè)論文 8 圖 23 直線運(yùn)動(dòng)定位精度檢測(cè) 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定（ ISO 標(biāo)準(zhǔn)），對(duì)數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)，就以激光測(cè)量（圖 23b）為準(zhǔn)。但目前國(guó)內(nèi)激光測(cè)量?jī)x較少，大部分?jǐn)?shù) 控機(jī)床生產(chǎn)廠的出廠檢測(cè)及用戶驗(yàn)收檢測(cè)還是用標(biāo)準(zhǔn)尺進(jìn)行比較測(cè)量（圖 23a）。 為了反映出多次定位中的全部誤差， ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每個(gè)定位點(diǎn)按五次測(cè)量數(shù)控算出平均值和散差 3d177。 。所以這時(shí)的定位精度曲線已不是一條曲線，而是一個(gè)由定位點(diǎn)平均值連貫起來(lái)的一條曲線加上 3d177。 散差帶構(gòu)成的定位點(diǎn)散差帶，如圖 24所示。 圖 24 定位精度曲線 此外，數(shù)控機(jī)床現(xiàn)有定位精度都是以快速定位測(cè)定，這也是不全面的。在一些進(jìn)給傳動(dòng)鏈剛度不 太好的數(shù)控機(jī)床上，采用各種進(jìn)給速度定位時(shí)會(huì)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(duì)一些質(zhì)量不高的數(shù)控機(jī)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(jī)床運(yùn)行時(shí)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(cè)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?jǐn)?shù)控機(jī)床都是半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)，它不能補(bǔ)償滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng)，該熱伸長(zhǎng)能使定位精度在一米行程上相關(guān) ～ 。為此，有些機(jī)床采用預(yù)拉伸的方法來(lái)減小熱伸長(zhǎng)的影響 。 （ 2）直線運(yùn)動(dòng)重復(fù)定位精度的檢測(cè) 檢測(cè)用的儀器與檢測(cè)定位精度所用的相同。一般檢測(cè)方法是在靠近各坐標(biāo)行程的中點(diǎn)及兩端的任意三個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)位置用快速移動(dòng)定位，在相同條件下重復(fù)作七次定位，測(cè)出停止位置數(shù)值并求出讀數(shù)的最大差值。以三個(gè)位置中最大一個(gè)差值的二分之一，江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 9 附上正負(fù)符號(hào)，作為該坐標(biāo)的重復(fù)定位精度。它是反映軸運(yùn)動(dòng)精度穩(wěn)定性的最基本的指標(biāo)。 （ 3）直線運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)返回精度 原點(diǎn)返回精度，實(shí)質(zhì)上是該坐標(biāo)軸上一個(gè)特殊點(diǎn)的重復(fù)定位精度，因此它的測(cè)定方法完全與重復(fù)定位精度相同。 （ 3） 直線運(yùn)動(dòng)失動(dòng)量的測(cè)量 失動(dòng)量的測(cè)定方法是在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一個(gè)方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測(cè)量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)量（一般為七次），求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為失動(dòng)量的測(cè)量值 。 坐標(biāo)軸的失動(dòng)量是該坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件（如伺服電機(jī)、伺服油馬達(dá)和步進(jìn)電機(jī)等）的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020屆專科生畢業(yè)論文 10 第三章 數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn) 3． 1 數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)方法 3． 1． 1 成組塊規(guī)法 現(xiàn)國(guó)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(cè)量原理 以精密線紋尺作為標(biāo)準(zhǔn)器，采用相對(duì)測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，求出被測(cè)數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸上各被測(cè)點(diǎn)的位置偏差。當(dāng)數(shù)控機(jī)床沿被測(cè)坐標(biāo)軸的軸線方向作直線移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，通過(guò)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(guò)誤差修正得該目標(biāo)位置的實(shí)際位置。按位置偏差定義， 實(shí)際位置減目標(biāo)位置之差值即為該測(cè)點(diǎn)從的位置偏差。 據(jù) GB1093189 及各點(diǎn)的位置誤差，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，即可評(píng)定數(shù)控機(jī)床的位置誤差。 （ 2）測(cè)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(jí)或 1級(jí)線紋尺安放在機(jī)床的工作臺(tái)上，如圖 31 示。首先用磁性表架 6 將杠桿千分表 5固定在機(jī)床的主軸 7上，以線紋尺 1 的外側(cè)面為測(cè)量面，啟動(dòng)機(jī)床使其主軸或工作臺(tái) 3 作軸向移動(dòng)，反復(fù)調(diào)整線紋尺，使之與被測(cè)坐標(biāo)的軸線方向一致。調(diào)整時(shí)可先用橡皮泥 2 固定，調(diào)整好后再加上兩個(gè)磁性表座 4 緊固，若檢測(cè)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(jī)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(chǎng)內(nèi)。圖 32 中， 1為橡皮泥 ,2 為磁性表座， 4為工作臺(tái)， 8為測(cè)量芯軸 。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 11 圖 31 圖 32 b、目標(biāo)位置及循環(huán)方式的選擇。 目標(biāo)位置是指運(yùn)動(dòng)部件要達(dá)到的位置。目標(biāo)位置的選擇須客 觀真實(shí)地反映其周期誤差。在被測(cè)軸向的全部工作行程內(nèi)隨機(jī)選取各目標(biāo)位置。 c、測(cè)量步驟。 測(cè)量前被測(cè)機(jī)床和線紋尺等應(yīng)在 20 士 5℃室溫內(nèi)等溫 12 小時(shí)。測(cè)量時(shí)將三只分度值為 0. 1℃的溫度計(jì)分別放置在機(jī)床的工作臺(tái)及光柵尺附近的兩側(cè)，并記下測(cè)量始末的溫度值。測(cè)量時(shí)，空氣溫度的變化應(yīng)小于士 ℃ /h。按選擇的目標(biāo)位置及循環(huán)方式編制機(jī)床的檢測(cè)程序，然后啟動(dòng)機(jī)床以快速或制造廠規(guī)定的速度沿軸線直線運(yùn)動(dòng)，逐次定位，從讀數(shù)顯微鏡依次讀出各目標(biāo)位置的讀數(shù)值。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)在測(cè)量位置停留足夠時(shí)間，以便準(zhǔn)確地觀察和記錄。 3． 1． 3 步距規(guī)測(cè)量 定位精度和重復(fù)定位精度的測(cè)量?jī)x器可以用激光干涉儀、線紋尺、步距規(guī)。其中用步距規(guī)測(cè)量定位精度因其操作簡(jiǎn)單而在批量生產(chǎn)中被廣泛生產(chǎn)采用。無(wú)論采用哪種測(cè)量?jī)x器，其在全程上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于 5點(diǎn)，測(cè)量間距按下式確定 Pi=i*P+k，其中， P 為測(cè)量間距； k在各自目標(biāo)位置取不同的值，以獲得全測(cè)量行程上各自目標(biāo)位置的不均勻間隔，以保證周期誤差被充分采樣。下圖 33即為步距規(guī)機(jī)構(gòu)圖。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020屆專科生畢業(yè)論文 12 圖 33