激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析

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1、激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析摘要:使用(renishaw)激光干涉仪对一台立式铣床的定位精度进行了测量。在启用和关闭机床环境补偿系统的条件下,得出了两组相差较大的实验数据。通过对激光干涉仪在测量中的误差进行分析,找出了定位精度变化的原因和相关数据的变化范围。由于数控机床热变形的不稳定性和测量方法的多样性,到现在为止,国内还没有统一的检验通则用来评定机床的热误差大小。目前,用来评定机床性能的主要依据之一是机床轴线的定位精度和重复定位精度的大小。能够用于检测数控机床几何误差的检测方法有很多:一维球列测量法、球柄仪测量法和激光干涉仪测量法等。但在

2、生产实践中,考虑到检测设备对测量精度、稳定性以及通用性等要求,国内外生产厂家都采用激光干涉仪测量法来评定数控机床的轴线定位精度大小。在使用激光干涉仪进行线性定位误差测量时,分光镜或反射镜之一保持静止,另一个光学元件沿着线性轴线运动。图1中,分光镜静止不动,反射镜沿着预定的方向运动。误差分析激光干涉仪是一种高精度的计量仪器,自身的精度很高,但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度和线膨胀系数不准确等诸多因素的影响,从而降低了测量精度。激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差包括激光干涉仪的极限误差e1、安装误差e2和温度误差e3用激光干涉仪实现高精度定位主轴

3、头和控制系统补偿的位置误差方面,大型加工中心的定位精度要求为数百分之一毫米。采用ML10激光干涉仪就能达到要求。航空工程工业加工大型整体部件和大型轻合金模具都需要X轴和Y轴行程达数米的加工中心。平面度、角度和位置精度测量ML10提供的测量范围完全能满足各种不同要求:可以测量导轨的垂直度和水平平直度,主轴头的定位精度,正交轴的角度和回转轴的定位精度。激光干涉仪便可自动测量主轴头的位置偏差。ML10是测量大型加工中心平直度与定位精度最好且精度最高的测量装置。用激光干涉仪测量数控机床主轴误差新法从激光干涉仪检验的内容来看，从最初的单独测量机床各轴的位移精度，

4、扩展到分别测量定位精度、直线度、平行度、垂直度等，再到现在使用分布体对角线测量法测量机床的三维整体性能。目前测量机床主轴误差的一般测量技术是使用精密主轴测试器、电容式变能器及示波器。数控机床加工误差产生的原因及其对策分析数控机床加工误差产生的原因,即数控加工中的误差来源主要是由于数控机床自身误差、制造工艺误差、数控加工程序编制不合理以及对刀误差等,并指出减少误差的对策。机械加工误差是指零件加工后的实际几何参数(几何尺寸、几何形状和相互位置)与理想几何参数之间偏差的程度。1数控机床自身误差造成的加工误差数控机床自身误差主要由控制系统误差和机床进给传动系统

5、误差引起。1.1控制系统误差数控系统按照伺服系统的控制方式不同,可以分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。1．2机床进给传动系统误差数控机床在驱动坐标轴运动和停止时,都要经过升、降速过程。因此在拐角处应选择变化的进给速度,接近拐角时减速,过了拐角后加速。数控机床的进给系统是将驱动源旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链(齿轮、轴和滚珠丝杠螺母副等)。在数控设备的进给驱动系统中,考虑到惯量、转矩或脉冲当量的要求,采用齿轮副和滚珠丝杠螺母副传动装置,同时可使高转速低转距的伺服驱动装置的输出变为低转速大转矩,从而适应驱动执行元件的需要。而齿轮传

6、动副以及滚珠丝杠螺母副存在间隙会使进给运动反向时指令丢失或传动系统不稳定,造成反向死区影响加工精度,从而产生误差。针对以上误差,可采用如下措施:1）提高传动元件刚度,有利于减小进给运动的超调和震荡。2)消除传动元件之间的间隙,对于开环和半闭环系统中可采取系统误差输入补偿脉冲的方法加以补偿,机械副传动误差可采用调整和预紧的方法减小间隙,如齿轮副可采用刚性或柔性调整法;滚珠丝杠副可采用增加预紧力等方法。3)对于由于机械传动链受力变形和热变形而引起的误差,可以通过增大传动链的刚性减少摩擦力等方法来解决。2制造工艺造成的加工误差2.1加工工艺安排不合理2.2刀

7、具切入切出点选择不当3工件定位产生的误差机床加工中反向间隙误差的控制1引言影响加工精度的因素很多,如机床结构的几何误差(部件的加工和装配误差,如丝杆的反向间隙误差)、定位误差、热变形、主轴误差、刀具磨损、静承载、工件夹具、伺服控制系统的误差、机床及工件的刚性、振动等。2反向间隙误差的产生及分析反向间隙误差是机床加工工件时存在的误差之一,机械传动链在改变转向时,由于齿隙的存在,会引起伺服电机的空走,而无工作台的实际移动,又称失动。如果反向间隙较大,系统的稳定性将明显降低,将影响到工件的加工精度,尤其在半闭环系统中,这种齿隙误差对加工精度具有很大的影响。数

8、控机床加工误差分析及对策一、程序编制误差及解决措施二、数控机床产生的误差及解决措施数控机床产生