数控机床几何误差及其补偿方法研究

2019-04-01 10:58 | 作者:超超 |

前言

有两种方法可以提高机器的准确性。一种方法是通过提高零件设计,制造和装配的水平来消除可能的误差来源,即错误预防。在一方面,该方法主要是由加工机的精度的限制,并且在另一方面,各部分的质量的提高导致处理成本的膨胀,因此,使用该方法的被限制。另一种类型的误差补偿方法(误差)通常通过修改机床的加工指令来补偿机床,以实现理想的运动轨迹并实现机床精度的软升级。研究表明,几何误差和温度引起的误差约占整个机床误差的70%,几何误差相对稳定且容易出错。补偿数控机床的几何误差可以提高整个机械工业的加工水平,对推动科技进步,提高中国国防能力,大力提升中国综合国力具有重要意义。

1几何误差的原因

一般认为,数控机床的几何误差是由以下原因引起的

1.1机床的原始制造误差

它是指由机床各部件工作面的几何形状,表面质量和位置误差引起的机床运动误差,这是数控机床几何误差的主要原因。

1.2机器控制系统错误

包括机床轴的伺服误差(轮廓跟随误差),CNC插补算法误差。

1.3热变形误差

由机床内部热源和环境热扰动引起的机械结构热变形引起的误差。

1.4由切削负荷引起的加工系统变形引起的误差

这包括由机床,工具,工件和夹具变形引起的误差。这种类型的误差也称为“刀”,它东森游戏平台会导致加工零件形状的扭曲,特别是在加工薄壁工件或使用细长工具时。

1.5机床振动误差

在加工过程中,由于工艺的灵活性和工艺的变化,数控机床更有可能落入不稳定区域,从而引起强烈的颤动。这导致加工工件的表面质量劣化和几何误差。

1.6测试系统测试错误

包括以下几个方面

(1)由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差,测量传感器反馈系统本身的误差;

(2)由于机器部件和机械误差以及使用过程中的变形导致的测量传感器的误差。

1.7外部干扰错误

由于环境和操作条件的变化导致的随机错误。

1.8其他错误

数控机床几何误差及其补偿方法研究

编程和操作错误导致的错误。

根据误差的特征和性质,上述误差可分为系统误差和随机误差两类。

数控机床的系统误差本质上是机床的误差并且是可重复的。数控机床的几何误差是其主要组成部分,也是可重复的。利用该功能,可以进行“离线测量”,可以通过“离线检测——开环补偿”技术进行修改和补偿,以减少它,达到机器精度提高的目的。随机错误是随机的。必须使用“在线检测——闭环补偿”的方法来消除随机误差对机器加工精度的影响。该方法对测量仪器和测量环境严格,难以推广。

2几何误差补偿技术

对于不同类型的错误,错误补偿的实现可以分为两类。随机误差补偿寻求“在线测量”,并且误差检测装置直接安装在机床上。当机床工作时,实时测量相应位置的误差值,并使用误差值实时校正加工指令。随机误差补偿不寻求机床的误差特性,同时可以补偿机床的随机误差和系统误差。但是,需要一套完整的高精度测量装置和其他相关设备,这种设备成本太高,经济效益低。文献[4]进行了在线测量和温度补偿,但未能达到实际应用。系统误差补偿是用相应的仪器预先检测机床,即通过“离线测量”获得机床空间指令位置的误差值,该“离线测量”用作机床坐标的函数。当机器工作时,根据加工点的坐标,调用相应的误差值进行校正。机床的稳定性良好,保证了机床误差的确定性,便于校正。补偿机床的精度取决于机床的可重复性和环境条件的变化。在正常情况下,数控机床的可重复性远高于空间综合误差。因此,系统误差的补偿可以有效地提高机床的精度,甚至提高机床的精度水平。到目前为止,国内外有很多补偿系统误差的方法,可分为以下几种方法。

2.1单项误差综合补偿方法

该补偿方法基于误差合成公式。首先,通过直接测量方法测量机床的单个原始误差值,并通过误差合成公式计算补偿点的误差分量,从而实现机床的误差补偿。坐标测量机的位置误差测量被分类。使用三角形几何关系,导出机床坐标轴的表示方法,并且不考虑拐角的影响。早期的错误补偿应该是霍肯教授。对于moore5-z(1)坐标测量机的模型,在16小时内测量了工作空间中的大量点的误差,并且在该过程中考虑了温度的影响。误差模型参数通过最小二乘法识别。由于直接从激光干涉仪获得机床运动的位置信号,因此考虑了角度和直线度误差的影响,并且获得了令人满意的结果。 1985年,g.zhang成功地补偿了坐标测量机的误差。测量表的平直度误差,除了表边缘的值略大,其他值不超过1μm,这证实了刚体假设的可靠性。使用激光干涉仪测量21个误差并且通过线性坐标变换执行误差合成,并且实施误差补偿。 x-y平面上的测量显示,在补偿之前,误差值大于20μm的点在所有测量点处占20%。补偿后,误差不超过20%,大于2μm,证明精度提高了近10倍。除了坐标测量机的误差补偿外,对数控机床误差补偿的研究也取得了一定的成果。 1977年,Schultschik教授使用矢量图方法分析了机床各部分的误差及其对几何精度的影响,为进一步研究机床几何误差奠定了基础。 Ferreira和他的合作者也研究了该方法并获得了机器几何误差的一般模型,这有助于单误差综合补偿方法。 J.nietal进一步将该方法应用于在线误差补偿并获得了理想的结果。 Chenetal建立了32个误差模型,其中11个与温度和机器原点误差参数有关。卧式加工中心的补偿试验表明,精度提高了10倍。 Eung-sukleaet东森游戏注册al几乎使用与g.zhang相同的测量方法,测量三坐标桥式铣床的21个误差,并使用误差合成方法获得误差模型。补偿结果分别通过激光干涉仪和雷尼绍dbb获得。测试该系统以证明机器精度得到改善。

数控机床几何误差及其补偿方法研究

2.2误差直接补偿方法

该方法用于精确测量机床的空间矢量误差。补偿精度越高,测量精度和测量点数越多,但不可能详细了解测量空间中任何点的误差,并使用插值方法。获得补偿点的误差分量,并执行误差校正。该方法寻求建立与补偿一致的绝对测量坐标系。

1981年,dufour和groppetti在不同的负载和温度条件下测量了机器工作空间点的误差,并形成了误差向量矩阵以获得机器误差信息。误差矩阵存储在计算机中以进行误差补偿。类似的研究有acokaforetal。通过测量机床工作空间中标准参考件上多个点的相对误差,将第一个用作参考点,然后转换为绝对坐标误差。误差补偿通过插值方法执行。它表明精度提高了2到4倍。 Hooman使用三维线性(lvtds)测量装置获得27个机床空间误差点(分辨率0.25μm,重复性1μm),并进行了类似的工作。考虑到温度的影响,每1.2小时进行一次测量,并且总测量进行8次。针对误差补偿结果校正温度补偿系数。该方法的缺点是测量工作量大且存储数据。目前,还没有完全合适的仪器,这限制了该方法的进一步应用和发展。

2.3相对误差分解,综合补偿方法

大多数误差测量方法仅获得相对全面的误差,从中可以分解机床的单项误差。进一步使用误差合成方法对于机床误差补偿是可行的。目前,国内外对这方面的研究也取得了一些进展。2000年,由美国密歇根大学Junni教授指导的博士生chenguiquan尝试使用球杆仪(tbb)测量三轴数控机床在不同温度下的几何误差,建立了快速的温度预测和误差补偿模型。 ,进行了误差补偿。克里斯托弗使用激光球杆仪(lbb)在30分钟内获得机床的误差信息,并建立了误差模型。误差补偿结果在9个月的间隔内评估了5次。结果表明该软件通过了该软件。误差补偿方法



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