分步體對角線誤差辨識(shí)及空間誤差補(bǔ)償
2018-3-9 來源：同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院 ． 沈陽機(jī)床研究院 作者：樊留群 張潔 虞敏 趙建華
摘 要: 基于分步體對角線的誤差測量方法是一種快速、高效的測量方法． 提出一種基于該測量方法的誤差元素辨識(shí)算法，該算法對現(xiàn)有的分步體對角線誤差辨識(shí)算法做了修正，并根據(jù)辨識(shí)出的誤差對機(jī)床進(jìn)行空間誤差補(bǔ)償，經(jīng)過實(shí)際機(jī)床的測試驗(yàn)證，證明該方法的正確性和有效性．
關(guān)鍵詞: 分步體對角線測量法; 誤差辨識(shí); 空間誤差補(bǔ)償
0 引 言
機(jī)床的各種誤差最終反映為刀具中心點(diǎn)的空間軌跡與理論空間軌跡的差別 這 一空間誤差由 4 部分組成．
1) 在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何 / 運(yùn)動(dòng)誤差．
2) 由機(jī)床內(nèi)部熱源和環(huán)境溫度變化而造成的熱誤差，
3) 由切削力和慣性力引起的動(dòng)態(tài)誤差．
4) 與夾具和裝夾有關(guān)的誤差．
這 4 種誤差并非完全孤立的，相互有一定的關(guān)聯(lián)，其中幾何/運(yùn)動(dòng)誤差的測量、分析與補(bǔ)償是研究機(jī)床加工誤差的基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了單軸螺距誤差補(bǔ)償，像西門子等高檔數(shù)控系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了空間誤差補(bǔ)償．
1 、分步體對角線誤差辨識(shí)算法
分步對角線測量法是獲取機(jī)床空間誤差的快速有效 的方法，在《數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)》和《數(shù)控 機(jī)床誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用》中給出了分步對角線測量法的詳細(xì)推導(dǎo)過程，但在實(shí)際測試并根據(jù)此方法進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償效果不理想。
本文根據(jù)分步對角線測量方法，重新推導(dǎo)了誤差元素辨識(shí)算法，提出了分步體對角線誤差補(bǔ)償算法公式，并在實(shí)際中獲得了很好的補(bǔ)償效果．
1． 1 分步對角線測量法原理
美國光動(dòng)公司提出了基于多普勒位移測量儀和向量測量技術(shù)的“分步空間對角線測量法”，其原理是分步測量機(jī)床加工空間的 4 條體對角線，也就是由測量起始點(diǎn)起，分步地移動(dòng)一個(gè)控制軸，每次的移動(dòng)軸依 X → Y → Z 的順序進(jìn)行移動(dòng)與暫停( 獲取坐標(biāo)位置用) ，機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)是斷續(xù)的、且其軌跡與激光束不平行，但最終抵達(dá)對角線的終點(diǎn)將這些對角線分別記為 PPP，NPP，PNP，PPN其中 P 表示正方向，N 表示負(fù)方向，PPP 表示沿 X，Y，和 Z 軸的正方向運(yùn)動(dòng)． NPP 表示沿 X 軸負(fù)方向、沿 Y 軸和 Z 軸的正方向運(yùn)動(dòng)． 具體的操作如下: 先校準(zhǔn)激光束的方向，使之平行于體對角線方向; 將反射鏡通過磁性座安裝在主軸上，然后就可分別沿指定方向( X 或 Y 或 Z 方向) 移動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸，并在對角線上測量運(yùn)動(dòng)距離． 以 PPP 方向?qū)蔷€為例，運(yùn)動(dòng)軸首先從起點(diǎn) O 開始沿 X 正方向運(yùn)動(dòng)到達(dá)頂點(diǎn) 1，測量沿對角線 PPP 方向移動(dòng)的距離; 再沿 Y 正方向運(yùn)動(dòng)到達(dá)
2 并測量運(yùn)動(dòng)距離; 最后沿 Z正向移動(dòng)到達(dá) 3 并測量運(yùn)動(dòng)距離，同理，對其余三條對角線進(jìn)行測量．
1． 2 參考文獻(xiàn)中分步對角線測量法的誤差辨識(shí)算法在分步體對角線測量過程中，X，Y，Z 軸分步運(yùn)動(dòng)后在體對角線 PPP 上產(chǎn)生的誤差 dＲppp分別記為dＲppp( x) ，dＲppp
( y) 和 dＲppp( z) ，Ey( x) 表示沿括號中的軸( x) 方向運(yùn)動(dòng)在下標(biāo)( y) 軸方向引起的誤差 ． 根據(jù)參考文獻(xiàn)《數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)》則有下式:
同理，在也可求出另外兩條對角線上產(chǎn)生的誤差，最后求解出各坐標(biāo)軸在 x，y 和 z 方向產(chǎn)生的誤差:
1． 3 分步對角線測量法的誤差辨識(shí)算法修正說明在公式推導(dǎo)中，公式 ( 1) 中的 Ex( x) ( 記為：
聯(lián)立上述 12 組公式，可得出基于分布體對角線測量方法的誤差元素求解公式:
2 、修正算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證本文提出的算法的正確性和有效性，基于沈陽機(jī)床的 VMC0656 加工中心，采用分步體對角線方法對機(jī)床進(jìn)行測量，然后按照本文修正算法進(jìn)行誤差辨識(shí)，并采用空間誤差補(bǔ)償將補(bǔ)償值加載到 VMC0656 的控制器沈陽機(jī)床自主開發(fā)的 I5數(shù)控系統(tǒng)中，然后進(jìn)行測量． 為了進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證還分別進(jìn)行了單軸螺距誤差的測量與補(bǔ)償以及混合補(bǔ)償( 定位誤差采用單軸螺補(bǔ)，直線度誤差采用分步體對角線測量方法得到的補(bǔ)償值) ，補(bǔ)償后在進(jìn)行測量，并計(jì)算了這幾種方法的方差． 表 1 和圖4 是 Y 軸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，
圖 1 機(jī)床 Y 軸補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果
表 2 Z 和圖 2 為 Z 軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖 2 機(jī)床 Z 軸補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖 3 NPP 對角線方向?qū)嶒?yàn)結(jié)果
表 3 和圖 3 為 NPP 對角線方向?qū)嶒?yàn)結(jié)果
3 、結(jié) 論
在分步體對角線測量方法及誤差元素辨識(shí)算法基礎(chǔ)上，提出誤差辨識(shí)算法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明該算法能較好的對機(jī)床空間誤差進(jìn)行補(bǔ)償． 從測量結(jié)果可以看出，體對角線補(bǔ)償方法雖然在單軸定位誤差方面沒有單軸螺距誤差補(bǔ)償精度高，但綜合定位誤差和直線度誤差的空間誤差補(bǔ)償方面，體對角線方法的效果最好。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過程圖示
- 判斷一臺(tái)加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢
- 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時(shí)代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別