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数控机床三维空间误差补偿技术的应用

发表时间:2014/12/26 作者:佚名 
长久以来,空间精度补偿技术一直应用于三坐标测量机上,以保证三坐标测量机作为计量器具而对其较高的精度要求, 而其机械制造与电器调试的精度难以满足相关要求。一般三坐标测量机都经过补偿,使其能满足完成高精度测量的需要。随着数控机床技术的不断发展,对机床精度的要求也越来越高。

  长久以来,空间精度补偿技术一直应用于三坐标测量机上,以保证三坐标测量机作为计量器具而对其较高的精度要求, 而其机械制造与电器调试的精度难以满足相关要求。一般三坐标测量机都经过补偿,使其能满足完成高精度测量的需要。随着数控机床技术的不断发展,对机床精度的要求也越来越高。现有机床精度单从机械设计和硬件制造上来考虑,成为制约行业发展的一个普遍作为三坐标测量机行业中引领测量技术先锋的英国(Renishaw)公司,在将其三坐标测量机UCC 控制器中“空间误差补偿技术”成功应用十多年后,针对Fanuc、Siemens 等数控系统,新近推出“空间误差补偿技术”。以雷尼绍成熟的XL-80 激光干涉仪(如图1 所示)和QC-20 球杆仪作为测试基础,向市场推出RVC-Fanuc和RVC-Siemens 两套空间误差修正软件,以配合具备三维空间补偿选项的采用Fanuc 或 Siemens 数控系统的加工中心、数控镗铣和龙门机床来提高其空间精度。从目前用户实际使用的反馈表明,RVC 软件在相关数控机床上使用灵活、简便,效果明显。遇到的瓶颈。将三坐标测量机的空间精度补偿技术引入到数控机床上,可成功地解决数控机床精度再提高的关键问题。

激光干涉仪

  补偿原理

  1 数控机床几何精度常见的21 项误差

  在机床的三轴移动空间中,共有9 个平移误差参数,9 个角度误差参数和3 个垂直度误差参数,总计21项误差。要将21 项误差对机器空间位置的影响完全消除,需要将各项误差精确地检测出来,并研究开发有关软件,将检测得到的误差数据转换为具备相应功能的数控系统所能接受的参数,提供给系统补偿结果,从而提高机床空间精度。

  在实际情况中,一台机床的误差原因会是多种误差的叠加作用的结果,单一误差测量显然无法完全提高机床的几何精度, 特别是在整台机器的工作区域内各方向的精度。

  2 数控系统的新增功能

  使用空间精度补偿方法对数控机床工作时产生的误差进行修正,如前所述,前期已经在三维测量机行业被证实为是减小机床定位误差的有效方法之一。目前,国际上许多知名数控系统厂家,如Siemens和 Fanuc 等,均在其高端数控系统中支持这种空间精度补偿的方法(三维误差补偿或VCS),使用这种方法可以通过生成机床整个工作空间的误差参数来全面补偿机床工作时在几何精度上的偏差,从而对机床现有的空间定位误差进行实时纠正。

  3 国内外发展动向

  几年前,当具备空间精度补偿功能的高端数控系统Siemens 840Dsl(称VCS)和Fanuc 31i(称三维误差补偿)推向市场后,国外生产高端数控机床的厂家就开始研究相关空间精度的测量和误差补偿参数计算方法,并有少量的研究成果公开发表。从现有发表的资料看,有采用激光跟踪测量法,在机床不同部位作为站点测量机床各空间定位点误差,并用一定数学模型分离误差源;也有采用激光干涉仪配合球杆仪等其他测量工具,按21 项误差逐项检测的方法。

  采用激光干涉仪测试各项误差源则是目前国内外普遍通行的办法,其各项测试结果均具备精度可溯源性,可以逐项测量并校核机床精度是否测量正确、稳定可靠,并能方便地随时校核空间补偿效果。市场上最为普遍应用的英国产XL-80 激光干涉仪还具有开放的软件接口,方便用户自行研究开发自己的软件。应用举例如图2 所示。

应用举例

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