數(shù)控機(jī)床體積定位精度的測(cè)量與補(bǔ)償
文章作者：臺(tái)翰機(jī)械 發(fā)布時(shí)間： 瀏覽次數(shù)：2240次
摘要：
提出了一種利用激光多普勒位移測(cè)量?jī)x測(cè)量數(shù)控機(jī)床體積誤差的激光矢量測(cè)量方法。該方法可以方便、快速地檢測(cè)機(jī)床的體積定位精度，包括3個(gè)定位誤差、6個(gè)直線(xiàn)度誤差和3個(gè)垂直度誤差。同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)體積定位誤差數(shù)據(jù)生成誤差補(bǔ)償碼，用于補(bǔ)償體積定位誤差，大大提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
數(shù)控機(jī)床的體積定位精度包括線(xiàn)性位移誤差、線(xiàn)性誤差、垂直誤差、角偏差和剛度誤差，這些都決定了數(shù)控機(jī)床的精度性能。對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，在誤差可重復(fù)可測(cè)的假設(shè)下[1,2]，軟件補(bǔ)償可以極大地提高機(jī)床的精度性能。該方法的高性?xún)r(jià)比是提高機(jī)床精度的好方法。
由于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，數(shù)控機(jī)床的誤差比較復(fù)雜。以三軸加工中心為例，有21個(gè)誤差元素，如圖1所示。目前采用的測(cè)量方法很多，大部分是用激光測(cè)量的。傳統(tǒng)的方法對(duì)于完成機(jī)床體積定位精度的測(cè)量是非常復(fù)雜和耗時(shí)的。由于這些原因，許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)推薦了一種測(cè)量身體對(duì)角線(xiàn)的方法。所謂體對(duì)角線(xiàn)，是指在空間矩形坐標(biāo)系下機(jī)床工作臺(tái)的三個(gè)進(jìn)給方向上，長(zhǎng)方體的對(duì)角線(xiàn)被Zui大行程所包圍。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織推薦這種方法的主要原因是體對(duì)角線(xiàn)的測(cè)量對(duì)各種誤差元素非常敏感。然而，這種方法的一個(gè)致命缺陷是它不能獲得足夠的信息來(lái)分離測(cè)量過(guò)程中的誤差元素。
詳細(xì)測(cè)量方法：激光多步矢量法
1.傳統(tǒng)的體對(duì)角線(xiàn)測(cè)量
體對(duì)角測(cè)量法由于其快速檢測(cè)而被廣泛推薦。該方法與激光線(xiàn)性位移測(cè)量方法基本相同。唯一的區(qū)別是，身體對(duì)角線(xiàn)測(cè)量法沿著對(duì)角線(xiàn)方向移動(dòng)激光束的方向，而線(xiàn)性位移測(cè)量則沿坐標(biāo)軸方向移動(dòng)激光束的方向。具體操作如下:首先對(duì)激光束方向進(jìn)行標(biāo)定，使其與物體的對(duì)角線(xiàn)方向平行。反射器通過(guò)磁座安裝在主軸上，然后可以通過(guò)移動(dòng)主軸來(lái)測(cè)量。機(jī)器有四條身體對(duì)角線(xiàn)，可以先從任何身體對(duì)角線(xiàn)測(cè)量。例如，從左下a沿對(duì)角線(xiàn)到右上g，從a的左下角開(kāi)始，沿對(duì)角線(xiàn)移動(dòng)主軸，到達(dá)主體對(duì)角線(xiàn)上的新點(diǎn)。此時(shí)，可以測(cè)量位移誤差。假設(shè)的位移沿著體對(duì)角線(xiàn)是R主軸,測(cè)量誤差是位移的位移誤差博士R .位移誤差可以衡量繼續(xù)移動(dòng)直到主軸主軸移動(dòng)到另一個(gè)對(duì)角線(xiàn)的角度,g。其他三個(gè)對(duì)角線(xiàn)也測(cè)量。上述測(cè)量的每個(gè)位置的定位精度實(shí)際上取決于三個(gè)軸的定位精度，通常受機(jī)床幾何精度的影響。應(yīng)該說(shuō)，體對(duì)角線(xiàn)測(cè)量是一種很好的測(cè)量方法，但它不能識(shí)別誤差源，當(dāng)然不能用來(lái)補(bǔ)償機(jī)床。
2.矢量測(cè)量法
矢量測(cè)量與傳統(tǒng)體對(duì)角測(cè)量的區(qū)別在于矢量法采用多步測(cè)量，如圖3所示。對(duì)角線(xiàn)的起始點(diǎn)(Xs,Ys,Zs)和結(jié)束點(diǎn)(Xe,Ye,Ze)必須在多步對(duì)角線(xiàn)測(cè)量之前定義。由此可見(jiàn)，機(jī)床的工作空間為(xx-xs) * (ye-ys) * (Ze-Zs)。假設(shè)各軸上測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，各增量點(diǎn)均為3n，各軸增量分別為Dx、Dy、Dz，其中包括:
Dx=(Xe-Xs)/n (1)
Dy=(Ye-Ys)/n (2)
Dz=(Ze-Zs)/n (3)
3.激光矢量測(cè)量
對(duì)于剛運(yùn)動(dòng)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以用6個(gè)自由度來(lái)描述。線(xiàn)性定位誤差為1，線(xiàn)性度誤差為2，角位移誤差為3。為了便于分析，在剛體上選擇一個(gè)點(diǎn)PA(通常是刀尖或檢測(cè)器檢測(cè)點(diǎn))。PA是坐標(biāo)的原點(diǎn)，從點(diǎn)PA沿x軸移動(dòng)到新點(diǎn)B。在理想情況下，沒(méi)有誤差，點(diǎn)PB (B)應(yīng)該是新坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
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