数控机床几何误差高效测量技术研究.pdf

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1、数控机床几何误差-同_C_jI___效测量技术研究水口郑小为口仝建口马晓波口王冠明口刘启伟沈阳机床(集团)有限责任公司高档数控机床国家重点实验室沈阳110142摘要：几何误差是数控机床综合误差的重要组成部分，也是目前机床精度检测的主要方面。传统的方法对机床几何误差的完整检测非常复杂和耗时，鉴于此，国际标准组织推荐一种沿体对角线进行测量的方法。基于体对角线位移检测法，探究数控机床几何误差的高效测量技术，并以3轴机床为例，研究体对角线法的实际工程应用。关键词：体对角线几何误差高效测量误差辨识中图分类号：TH162l；TP271．2文献标识码：A文章编号：10

2、00—4998(2O1】)12—0048—03数控机床几何误差受环境影响较小．可在较长的角误差)．下标字母表示运动方向．括号内字母表示名时间内保持稳定，重复性好，易于进行误差补偿．所以义运动方向是方向。同理l，轴运动存在(，，)、占是机床误差补偿的主要研究方向Ⅲ通过测量机床的(y)、(y)、(y)、()，)、(y)及Z轴运动时存在各项几何误差并加以补偿．可以很好地改善机床的运(z)、6()、()、()、s()、s；()，加上3轴间的3个动性能，从而大大提高加工精度。然而，传统的方法对垂直度误差、～占。以3轴数控机床为例，共有21机床几何误差的完整检测非常

3、复杂和耗时．因此研究项几何误差．如图l所示。机床几何误差的高效测量技术对机床精度快速测定及2体对角线测量法误差补偿具有十分重要的意义体对角线法指在空间直角坐标系中．由机床工作1几何误差的数学描述台3个进给方向上的最大行程所围成的长方体的对角数控机床各移动轴在运动过程中的几何误差可以线由于其检测的快速性曾经备受推荐2_。近年发展起用6个自由度描述．如轴运动时就存在：向的定来的分步体对角线测量法随着测试仪器的不断革新具位误差()、l，向的直线度误差()、Z向的直线度有重要的工程应用前景．美国光动公司生产的多普勒误差()、滚转误差s()(绕向的角误差)、俯仰误

4、激光干涉仪就可以很好地进行体对角线测量差8()(绕l，向的角误差)、偏摆误差()(绕Z向的分步体对角线测量法也称矢量测量法．所测得的位移误差是平行于运动轴线方向的误差和垂直于运动轴线方向的误差的矢量和．即每次所测得的误差都是3个互相垂直的误差元素的矢量和．矢量测量法与传统的体对角线测量法的不同点在于矢量法采用多步测量。3基于分步体对角线法的误差辨识如图3所示．进行分步体对角线测量[3]．必须首先定义对角线起始点(，l，，五)及终点(⋯Y，)。假设每轴的测量点数为．则所有增量点数国家重点基础研究发展计划(编号：2010CB736003)为3n．各轴收稿日期

5、：2011年6月机械制造49卷第568期2011／12的增量分别为、D、。由式(6)～(9)可以得到：其中：e)=[()旷()NPP](10)D=(一)／nD(Y一Y)／n(1)e()=[()旷d()一](11)D(Zfz)／ne；()=[()()一](12)如图3所示．对于刚体运动而言．从A点到点的运动过程．可以用6个自由度来描述．分别为1个线同理对于沿y轴和Z轴的运动，可以得到e(y)、性定位误差，2个直线度误差，3个角位移误差。为了ey(y)、ez()和Cx(z)、e()、ez()。在实际测量过程中，便于分析，在刚体上选择一个点(通常是刀尖点或可以

6、测到dR、d、衄PNP、dR(如果对一条体对探测器的侦测点)[43，为坐标原点，使A从点开角线双向测量，还应包括衄NNN、dNNP)，始沿轴移动到新的一点B．在理想没有误差的情况将测得的数值代入上述计算公式中．就可以得到它们下，所在的点应该是新坐标系的原点。然而由于的数值误差的存在，通常不处于新坐标系的原点，由此可通过测量4条体对角线的位移误差即可解得机床得到：3轴间的3项垂直度误差．以FXYZ型(工件相对于固PAB=·U+()(2)定基座不动，刀具可分别沿、y、Z方向运动)3轴机e(x)=e()U+ey()Uy+e(戈)U(3)床为例进行垂直度误差的辨

7、识，推导过程如下。式中：PAB为到船的矢径；“⋯U、U为、y、Z方向的单对于FXYZ型机床通过分析可得其综合位置误差位矢量；P()为轴运动时而形成的空间位置误差矢为：量；e()、ee()-6x(x)+(y)-I-~x()一y[()+8]()、e()为8(y)+()一)](13)轴运动时分别e(y)--~,(x)+()+()[()+8(y)一)]在、l，、Z方e()-~(x)()()+()向产生的位置机床实际运动过程中垂直度误差比转角误差大得误差多[6l，从工程应用角度考虑．此时为求垂直度误差可以吲理日J得Y、Z轴分别运动时所产生的空间位置忽略其它误差分量

8、。因此，当机床沿PPP体对角线从误差矢量。起点运动到终点时，垂直度误差一～所引起