五轴数控机床的运动精度检测

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1、五轴数控机床的精度检测方法分析摘要：本文首先对五轴数控机床的精度检测技术做了一个简要概括，然后介绍数控机床精度检测的必要性,指出数控机床常见的精度要求及传统检测方法,并介绍先进检测方法和检测仪器、工具,以及各个检测方法的特点。关键词：五轴数控机床；精度检测PrecisionanalysisofdetectionmethodoffiveaxisCNCmachinetoolsAbstract:Firstly，thispaperintroducestheprecisiondetectiontechnologyoffiveaxisNCmachinetools,andth

2、enintroducesthenecessityofCNCmachinetoolaccuracydetectionaccuracyrequirementsofCNCmachinetools,pointsoutthecommonandthetraditionaldetectionmethod,andintroduceadvanceddetectionmethodanddetectioninstruments,tools,andthecharacteristicsofeachdetectionmethod.Keywords:FiveaxisNCmachinetool

3、；Precisiondetection1引言五轴联动数控机床目前已大量用于航空制造等高端制造领域。由于机床复杂的机械结构及控制系统，五轴联动机床加工精度检测及优化一直是机械制造行业内研究的热点和难点，成为影响产品加工质量及效率的关键。对企业来说,购买数控机床是一笔相当大的投资,特别是购买大型机床。实践表明,大多数大型数控机床解体发运给用户安装时,必须在现场调试才能符合其技术指标,因此,在新机床检收时,要进行严格的检定,使机床一开始安装就能保证达到其枝术指标预期使用性能和生产效率。投入生产的数控机床使用一段时间后,必须再进行精度检定。通常新机床在使用半年后需再次进

4、行检定,以后每年检测一次,定期检测机床误差,并及时校正螺距及反向间隙等,可切实改善使用中的机床精度及零件加工质量,提高机床的生产率。2数控机床精度检测技术研究现状常用的机床误差测量方法有直接测量法和间接测量法,其中间接测量法,如首先用典型工件试切或试加工,然后再对所试切的工件进行精度检测。但这种方法的测量结果中包括了工艺、刀具和材料等因素在内，虽然可以通过试件的加工精度间接反映出机床的精度，但不能精确地用于指导机床的研发和改进。而直接测量法如用微位移传感器测量装夹在主轴上的圆柱形基准棒或基准球，或者对装夹在工件台面上的基准量块或平尺直接进行测量,这种方法可以直接

5、获得某项误差,但该方法测量效率低,测量的范围(如行程)有限。目前世界各国对数控机床精度检测指标的定义、测量方法及数据处理方法等都有所不同。国际上有五种精度标准体系,分别为:德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB系列、美国机床制造商协会NMTBA。其中NAS979是美国国家航空航天局在二十世纪七十年代提出的通用切削试件,"NAS试件”是通过检测加工好的圆锥台试件的“面粗糖度、圆度、角度、尺寸”等精度指标来反映机床的动态加工精度。NAS试件已在三坐标数控机床的加工精度检测方面得到了很好的应用,但用NAS试件来检测五轴数控机床的加工精度还存在一些

6、问题。成都飞机工业(集团)有限责任公司于2011年提出了用于检验五轴数控机床的标准试件——“S形试件”,该试件是由一个呈“S”形状的直纹面等厚缘条和一个矩形基座组合而成,通过检测加工试件的“外形轮廓尺寸、厚度、表面粗糙度”等指标,以及试件上的3条线共99个点的坐标位置来检验五轴数控机床的加工精度,“S形试件”是目前五轴数控机床精度检验通用的检测试件,该试件已于2011年申请美国国家专利,“S形试件”模型图及检测点如图1.1所示。S试件模型图测量方法需根据具体的测量仪器来制订,机床精度提髙的需求也促进了机床精度检测工具的发展。根据检测轨迹的不同,检测仪器可分为圆轨

7、迹运动检测和直线运动轨迹检测。由于机床的圆轨迹运动包含了较多误差信息,因此开发一种用于检测机床轨迹运动的仪器也是国内外学者的研究重点。Heidenhaim公司研制的平面正交光栅(GGET),既可以检测圆轨迹又可以检测直线轨迹或不规则的异形平面运动。WeiGao等用光电自准直仪检测主轴偏角的误差,用电容位移测头测出了主轴的轴向跳动误差,用直尺和电容位移测头结合检测出了导轨的直线度误差。用于直线运动轨迹检测的仪器,目前比较常用的有双频激光干涉仪和激光跟踪仪。上海交通大学与美国光动公司合作,基于激光多普勒位移测量仪提出了一种沿体对角的机床空间几何误差的激光矢量测量方法

8、,通过分步测量机床工作空