加工中心三维体积定位误差的理论及其激光测量

二十年前,机床最大的定位误差为丝杠的螺距误差及丝杠的热膨胀误差,但时至今日上述的大部分误差已被大幅度降低,因此机床的主要误差转而变成垂直度误差和直线度误差。所以,为了达到高的机床三维空间定位精度,机床上所有的3个位移误差、6个直线度误差和3个垂直度误差都得测量与补偿。目前,光动公司已为机床三维体积定位误差测量发明并研制了革命性的激光矢量测量技术(美国专利6,519,043,2/11/2003)。使用这种测量,仅需数个小时就可完成对机床误差的测量,而使用目前常规的激光干涉测量可能需要数日才能完成。因此,为了获得更高的加工精度,机床三维体积定位误差测量和补偿变得越来越紧迫和必要。本文首先介绍三维体积定位误差测量的基本理论及其公式推导,然后介绍LDDM硬件及其调整、数据采集和分析,最后给出基于激光矢量测量技术的体积斜线测量的结果。还要讨论这种新技术对三维体积定位精度、机床业的影响。     

数控机床体积定位精度的测量与补偿

介绍一种使用激光多普勒位移测量仪，对数控机床进行体积误差检测的激光矢量测量新方法，该方法可以方便而快速的检测出机床的体积定位精度，包括3个定位误差，6个直线度误差和3个垂直度误差，同时还可以根据测量的体积定位误差数据生成误差补偿的代码，进而可以对其进行体积定位误差的补偿，大幅度提高了数控机床加工精度。     

数控机床空间定位精度的测量与补偿

本文介绍一种使用美国光动公司的激光多谱勒位移测量仪，对数控机床进行空间误差检测的激光矢量测量新方法。该方法可以方便而快速地检测出机床的空间定位精度，包括3个定位误差、6个直线度误差和3个垂直度误差；同时还可以根据测量的空间定位误差数据生成误差补偿的代码，进而可以对其进行空间定位误差的补偿，大幅度提高了数控机床加工精度。     

基于步距规的坐标测量机的误差补偿方法

数值误差补偿是提高三坐标测量机测量精度的经济而有效的手段。利用步距规在测量空间的不同位置与几何误差的数学关系,提出一种基于步距规的三坐标测量机的误差分析方法,得出三坐标测量机的定位误差、角摆误差、垂直度误差和直线度误差,并在三坐标测量机上进行了误差补偿实验,验证了该方法的有效性。该方法对机床导轨的几何误差分析也同样适用。     

加工中心加工垂直度工作精度的误差分析

通过对垂直度的误差分析,垂直度受多项机床几何精度影响,建立了几何误差与特征公差之间的关系,发现需要改进这些误差来提升垂直度加工精度值.根据系统的机床误差分析结果,形成了相应的机床精度改进目标.     

虚轴机床结构误差的间接测量

对虚轴机床的结构误差进行分析和测量，并用软件进行补偿是提高机床精度的重要方法。提出一种间接测量和补偿的方法。在虚轴机床的动台体上固定７根测量杆，用来间接测量动台体的位置和姿态。当动台体到达某一位置和姿态时，如果机床本身没有结构误差，则各测量杆的测量值应该与理论值相同，但由于机床实际上是有结构误差的，因此各测量杆的测量值与理论值必定存在一定的偏差。利用若干个位置和姿态下的偏差值，间接计算出机床的结构     

垂直度误差对五轴数控机床误差建模精度和复杂度的影响

通过理论推导,证明了垂直度误差在作为平移误差元素建模和作为转角误差元素建模时对误差模型的精度和建模复杂度的不同影响。研究结果表明,对于误差建模过程的复杂度,作为平动误差的建模复杂度小于作为转角误差建模,垂直度误差增多时,复杂度的区分更加明显,主要表现在建模矩阵中附加了转角误差矩阵;对于补偿精度,只需要位移补偿的机床,两种建模结果的补偿效果相同,但对于需要角度补偿的多轴机床,作为转角误差建模获得的补偿矩阵的精度要高于作为平动位移。因此,提出在进行五轴机床误差综合建模时把垂直度误差作为平移误差建模的理论。     

数控机床误差补偿技术及应用——几何误差补偿技术

利用多体系统运动学理论,通过分析低序体阵列、变换矩阵和运动方程,在相邻体之间引入位置误差和位移误差,建立了机床空间定位误差通用计算模型。基于激光测量提出机床的２１项几何误差参数辨识模型。在ＸＨ７１５加工中心上,对机床的空间几何误差进行理论计算,并进行补偿前后的对比实验,结果表明机床空间定位误差减小５０％以上,同时也表明利用误差补偿技术提高机床加工精度是有效的。     

数控螺旋锥齿轮机床位置误差激光检测的研究

研究了激光多普勒位移测量仪的检测原理,并采用激光多普勒位移测量仪检测了数控螺旋锥齿轮机床的空间位置误差。通过对误差数据进行分析,评定了该机床的空间位置精度,提出通过补偿X、Y、Z轴的直线位置误差,可提高机床的空间精度。     

数控机床圆轨迹运动误差测试仪器和方法的研究

介绍一种新的可用于数控机床圆轨迹运动误差测试的二雏球杆仪。该二维球杆仪包括一根两端与精密小球相连的测量杆和一台高精度的旋转编码器，测量杆内置有可用于测量位移的高精度传感器，旋转编码器用来精确测量杆的转动角度。分析了测量仪器的误差，并进行了校正。试验表明，该仪器不仅可测量出机床圆周运动轨迹精度，用于机床的精度评价，还可以测出机床圆周运动任意指令位置的定位误差值，为进一步用于对圆轨迹的误差补偿打下基础。     

数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿

为提高数控机床的精度,提出一种数控机床的几何与热的复合误差综合建模方法。通过分析机床在不同温度状态下的误差数据,得到机床误差分布规律;根据几何误差和热误差的不同特性进行误差分离,采用多项式拟合与线性拟合方法建立机床几何误差与热误差的综合数学模型;利用数控(Computer numerical control,CNC)系统的外部机床坐标系偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿。该误差补偿方法综合考虑机床几何误差及其在机床不同温度下的变化,全面分析整个温升过程直至热稳态的误差及其变化规律。经检测认证表明,应用该误差补偿方法及其实时补偿系统可使机床在常温下的定位误差由44.1μm降低到3.6μm,补偿91.8%;温升之后的定位误差由26.0μm降低到5.1μm,补偿80.4%,大幅度提高机床的精度。     

数控机床几何误差建模及误差补偿的研究

基于多体系统运动学理论，建立了一种通用的数控机床几何误差模型，该模型易于实现计算机自动编程，能够广泛的应用于各种不同类型的数控机床上。给出了实现误差补偿的算法和程序流程图，特别针对直线与圆弧的分段处理进行了研究，结出了分段方法及坐标求取方法。最后，以一台三轴立式加工中心为例，对其21项几何误差进行了辩识，通过实验验证了误差补偿的效果。     

转台定位误差谐波函数计算方法研究

为了保障转台定位误差谐波补偿准确性,针对一种谐波误差函数计算方法开展研究。 首先分析了转台定位误差谐波补 偿方法,阐述了基于坐标旋转数字计算方法(CORDIC)的谐波误差函数计算原理可行性;针对算法原理误差进行分析,分别建 立了与迭代次数 n、数据位宽 b 的量化模型,明确了算法在谐波补偿值计算过程的总量化误差;根据计算精度要求对 n 和 b 取值 进行设计,在现场可编程门阵列(FPGA)中实现谐波误差函数计算并进行实时误差补偿。 以谐波误差函数理论值为参考,仿真 证明了计算方法的有效性;以自制电路板为实验平台,证明了计算方法的总量化误差模型正确性;搭建转台测试平台验证定位 误差补偿效果,实验结果证明采用本文提出的谐波误差函数计算方法进行补偿,使转台定位精度由 29. 0"提高至 5. 3" 。     

A/C轴双轴转台几何误差检测与补偿技术研究

A/C轴双轴转台是中、小规格五轴联动加工中心的核心功能部件。分析了A轴、C轴与工作台台面之间的五项几何误差,利用激光干涉仪与RX10回转基准分度器对A轴、C轴的分度误差进行检测与补偿,利用五轴数控系统对A轴轴线与C轴轴线之间的位置误差、A轴轴线与工作台台面之间的尺寸误差进行检测与补偿,并提出了一种即节省成本又能有效降低A轴轴线与C轴轴线之间角度误差的修正方法。     

丝杠副传动误差的数据采集与分析系统设计

在自行研制的ＥＭＣＤ－Ⅲ误差测控仪上开发出丝杠副动态误差数据采集与分析系统，采用国标验收，统计分析，频谱分析，时域转位分析等多种方法，意在给丝杠副传动误差提供一套完善的分析软件，实现误差分离与误差诊断。     

基于轮齿随机误差的齿轮系统动力学分析

基于影响齿轮动力学的误差主要是齿轮副中大齿轮的基节误差和齿形误差的结论,将每对齿轮副中大齿轮的基节误差和齿形误差合成为啮合误差,啮合误差幅值运用统计学的方法产生.在齿轮系统动力学方程中引入啮合误差,计算系统的幅频响应,并与未考虑随机误差的结果进行比较.     

定位误差的分析与计算

在对定位误差综合分析的基础上,归纳分析了单一基面定位误差的计算方式,并做了实例说明。     

坐标测量机的空间误差检测及21项几何误差分离的方法

对使用2维检县（球板或孔板）快速检测三坐标测量机的空间误差，进行了较深入的研究，为了高效，准确地实现测量机的误差修正，提出了分离坐标测量机的21项几何误差的算法，并以龙门式结构的三坐标测量机为例，建立了其误差模型。通过计算机数据仿真，验证了此方法的可行性。     

基于误差分离技术的形位误差虚拟测量仪

利用虚拟仪器及误差分离技术,构建一种基于Labwindows／CVI软件平台的误差测量系统。介绍了该系统的构成和测量原理,详细地讨论了系统的硬件组成和软件设计,可以实现数据的采集、处理、保存以及动态显示测量结果及软件的计算结果。     

定位误差的计算机辅助补偿

介绍了采用计算机辅助误差补偿技术补偿定位误差的原理及方法 ,并给出了用单片机控制的误差补偿系统补偿感应同步器定尺零位误差的实例。