空间误差补偿技术在大型多轴机床标定中的实用方法

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1、空问误差补偿技术在大型多轴机床标定中的实用方法PracticalMeansofVECAppliedinCalibrati蛐ofLarge-ScaleMachineT00l美国自动精密工程公司DaveMaxham经过理论与实践的证实，空间误差补偿方法被认定为是可以大幅度提高机床工作精度的实用方法oVEC对机床的测量、调校贯穿于机床在其工作空间内运动的整个过程，所以使用VEC方法既可以对动态误差进行实时补偿，又可以测得机床运动时相关的几何效应。从而对机床误差实行更为精准的补偿。为了进一步缩小大型机床，尤其是五轴

2、、六轴机床工作时的公差范围，提升其加工精度，美国国家制造科学中心(NationalCenterofManufacturingScience，NCMS)组织了一次名为大型机床空间精度研究(VolumelricAccuracyforLargeMa“ineTools．vALMT)的大规模联合行动。此次联合行动邀请了包括美国自动精密工程公司(API)、波音公司(Boeing)、西门子(siemens)、辛辛那提(MagCincinnati)等众多行业精英企业参加。大型机床空间误差补偿技术(VolumetricErr

3、orCompensation，VEC)由此诞生。空间误差补偿技术采用美国自动精密工程公司(API)自主知识产权的T3激光跟踪仪(T3LaserTracker)与同样是API专利产品的ActiveTarget高性能传感器相配合，46航窄制造技术·2010年第13期在有效时间内对大型机床进行精确测量。在经过简单的调试、安装后，使用T3激光跟踪仪对大型机床的运动空间进行持续不问断的跟踪测量，以得到机床操作过程中自始至终的运行数据。空间误差补偿技术测量的特点在于：测量是在一个整体坐标系中完成的，而不是像普通测量那样

4、需要分别测量不同的坐标轴．由此便可以记录到与机床实际运动最吻合、最精确的数据。接下来，将这些数据输入计算机，使用软件工具对机床运行的整个路径进行模拟，以图片的形式反映空间误差，并生成补偿数据列表、核实空间补偿数值。最后直接将处理后的数据反馈于控制系统。由于结构复杂的五轴、六轴机床通常会产生40～50个误差参数，以至于使用传统的2l项误差机床检测法无法对结构复杂的大型机床进行全面的误差检测。而相比于传统的机床误差检测方法，VEc技术对机床运行空间的测量更具持续性，从而能够检测出机床工作时所产生的全部误差参数。

5、试验表明，使用VEc方法进行检测、校准后的机床，其精度较传统检测方法校准的机床高出了至少4倍。存在的问题长期以来。一个普遍存在的问题一直困扰着使用大型机床进行生产、加工的企业，即企业所购买的价格不菲的高精度大型机床在生产加T过程中总会产生大大小小的误差，使其加工出的产品达不到精度要求。而造成误差的原因通常是多样性的，滚珠丝杠及齿轮的磨损、金属疲劳甚至机床本身设计或安装时所造成的缺Ⅲ。reM。。。。t未来测量陷等因素都会使机床工作时产生误差。使用VEC方法对大型机床工作时产生的误差进行修正已经在理论上被证实为

6、是减小机床定位误差的有效方法。使用这种方法可以通过生成机床整个工作过程的误差参数来全面了解机床工作时在精度上的偏差，从而生成补偿参数，并将补偿参数输人机床控制系统，从而对机床现有的定位误差进行实时纠正。而现代大型机床也在技术上支持这种空间误差补偿的操作方法。但为什么这种修正机床定位误差的方法没有得到普及呢?其原因是多方面的：首先，这种方法的应用需要有许多专业仪器的配合；其次，在拥有专业仪器的同时，专业的知识以及专业的技术人员也是必须的。这些硬件上的要求，无疑增加了企业的生产成本，而让更多企业无法接受的是，这

7、种空间误差补偿的方法极其消耗时间。在制造行业，大幅度的消耗时间就等于大幅度降低了企业的生产力。基于以上原因，不少企业对这项技术的实施望而却步。传统的机床校准与补偿方法21项误差补偿法是被公认的传统机床校准方法。以结构较简单的普通三轴机床为例，这种方法需要使用激光干涉仪对机床的每个轴(x，l，，Z)分别进行测量。而在进行这些测量之前，需要对测试仪器做大量的安装调试丁作，以便使干涉仪的激光束与机床相吻合，且对于每个轴的测量，都需要重新调整激光干涉仪的位置，并运行各自的测量步骤。这样就耗费了大量时间，使机床闲置，

8、导致生产力下降。此外，由于激光干涉仪工作时间过长，还要将热漂移的因素考虑在内。每一个线性轴都会产生6个误差参数(即线性定位误差、水平直线度误差、垂直直线度误差、俯仰角、偏摆角和滚动角)。通常来讲。为确保测量的精度及数据的准确性，需要对每个线性轴上6个可能发生的误差参数各进行2次测量。因此，至少要进行36次测量，才可以收集到18个误差参数；再加上3个轴两两之间(x到，，。y到z，Z到x)的垂直度，就可以得到21项误