对数控机床在线测量进行误差分析

探讨 交流 R e s ear c h Di s c u s s i on 等产生的误差 其次 根据数控机床误差产生的条件 可以分为静态 准静 态 动态 高频误 差 3 其 中静 态误差是指机床没有工作前的原始误差 包括机床 自 身定位精度 出厂精度 几何精度等 准精度误差是 指在机床工作一段时间内基本不变或者变化较小的误 差 例如 刀具磨损 丁件热误差等口 动态误差是 指机床实际工作中加工工件时保持的精度 这种精度 受到工作环境 出厂精度 道具磨损 工件热误差等 方面的影响 高频误差也是动态误差的一部分 它受 机床刀具的颤 振影响 最后 根据数控机床的误差 来源可 以分为 几何误差 热误差 刚度误差 控制误 差 检测误差 随机误差等 其中 几何误差是由机 床的出厂缺陷引起 热误差是指机床工作时因温度变 化引起 冈 0 度误差是由机床受力变形引起 控制误差是 南机床 的控制 系统引起 检 测误差 是受机 床 的测试 系 统及测量精度引起 随机误差是由外界的一切不确定 因素组 成口 根据美 国科学 家E K K l i n e 的研究 指 j J 不同误差对机床在线测量的影响分配如表1 所示 表1 误差源所 占分配比 几何误差 2 0 3 0 机床误 差 4 5 5 5 热误差 2 5 3 5 刀具误差 1 0 1 5 夹具误差 6 1 0 操 作过 程误 差 2 5 4 0 丁件热误差 3 5 操作误差 6 1 0 安装误差 2 5 检测误差 1 0 1 5 不确定误差 8 1 0 2 2 数控机床几何误差分析 南于机床在线测量是由测头与工件的相对位置 进行测量 其测量过程本质是借助工部件的相对运 动 那么 在测量过程中工件的测点坐标位置就会受 到伺服系统 的跟踪误差 零部件的安装制造误差及润 滑等因素的影响 机床的几何误差就是由这些综合运 动误差所引起 从而造成实际测点的坐标值与测量值 会出现一定偏差 根据运动学的原理 我们知道任何 物体在空 间运动 中都可分为三个平移 自由度及三个 回 转 自由度 那么 在数控机床实际工作中将工作台为 中心建立三维坐标 必然沿着x轴 Y轴 z 轴方向 的运动分量有三个线位移和角位移 其 5 e X x 选定为六个误差参数 分别 为标 尺误差 水平不垂直度 垂直不垂直度 滚摆误 差 颠摆误差 摇摆误差 同理 沿Y 轴与z 轴上的 运动分量也有六个误差 三个坐标轴共存在垂直度误 差 三个 总共运 动误差参数有2 1 个 如表2 所示 2 3 数控机床测头系统误差分析 测 头系 统 的组 成包 括触 发式 三维 测头 和数 据采 集系 信号传输系统 在整个测量过程中 测头系统 表2 机 床几何参 数表 误差 性质 线位移误差 角位移误差 误差 沿X 沿Y 沿Z 绕X 绕Y 绕z 方 向 X x x s x x s Y y Z Z Z Z Z Z Z 垂直度 x v x z y z 是数控机床在线测量的关键部分 而测头系统中的关 键部位 就是测 头 所 以 在 整个测量 系统 中 测 头是 决定数控测量精度 的关 键部位H 因为数 控机床在线 测量是集加工部件和数据测量为一体的测量系统 其 系统的关键部分就是测头能在整个操作过程中进行数 据测量 及收集 其加 工和测 量所要 经历的共 同步骤 就 是以测 头和刀具为一个末端 以工件为另一个末 端 然后在数控机床的带动之下进行加工和测量工作 其 主要区别在于测头是测量中的直接执行部件 而刀具 则为加工部件 通常在线检测工作执行时刀具无切削 运动 也就没有切削力和切削热 但是测头在测量过 程 中受到测量力 的影响 侧头在线测量的工作原弹为 在检测状态下 三维出发测头 的红宝石测球与 I 件测 体接触 当弹簧与芯体重力和合理满足不 r 测量杆所 产生 的力矩时 触 电就会启动 触发测量信号发出 系统收集 当测量力消失时 测头芯体 自然会在弹簧 的弹力下复位 回到初始状态 一 般情况下 数控机床的测头测量 系统的误差 包括 静态误差 测头 动态误差和测头安 装误 差 5 其 中静 态误差是一项不可忽视 的误差 它是 由预行程误 差与测头在重复定位中产生的随即误差组成 主要受 到测量杆 的物理性质决定 如 刚度 长度及接触压 力等 而测头的动态误差是指j维出发测头在检测 过程中与检测工件的接触快慢 从而导致数控系统的 数据采样 时间间隔不 同而产生 的误差影 响 而侧头安 装 定位误 差是指在数控机 床的主轴上安装测头测量 中 重复定位误差 和安装 中主轴锥孑 L 锥柄误差 等 还 有 人工或者机械手更换测头活刀具时产生的受力不均 匀 碰撞等也会引起数控机床的主轴锥孑 L 锥柄等出 现误差 从而影响测量精度 整个数控机床测头测量系统的具体测量阶段的 时序图如图2 所 示 由整体测量时序图可知 在t 点测头和工件测点 刚刚接触 也 就是初始 时间点 在t 点 时测头将初 次 发出测量信号 在t n C NC 开始扫描到侧头信号进行 收集 在t 点时整个测量程序结束 在t 到t 时间段是 测头触发测点到发出信号的滞后u IN t 到t 是触发 下转第4 8 页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m R e s ear c h Di s cu s s i on 仪表校验相关质量文件 计量检定 校准工作程序文件 计量检定 校准管理程序文件 计量检定规程及计量技术规范 计量标准器使用说明书及被校仪表使用说明书 计量标准履历书 计量器具检定证书及计量检定员证书 校准资 格证书 计量标准操作程序 计量标准技术报告 实验室环境监测记录 计量器具周期检定台账 计量器具使用台账 计量检定人员台账 计量检定人员培训记录 计量检定原始记录 计量检定证书 报告 或校验 试验记录 2 项 目部对上述文件 记录的核查 并不减 轻承包商保证其符合相关法律 规程 规范 合同文 件 设计文件及程序文件等要求的责任 5 小结 结合以上计量监督管理和计量器具控制活动意 义与标准化做法分析 可以得出如下结论 建立完善 的计量管理体系 确立计量管理活动标准化程序 可 以达到协助建安承包商完善计量检测手段 加强计量 监督管理的目的 有利于确保建安承包商采用国家法 定计量单位 保证计量单位制的统一 有利于确保计 量的量值溯源可靠及计量检测数据的准确 为项 目安 装 调试活动顺利实施提供计量保证 并有利于项 目 中各类 施工 技术 人员 达成 共识 统 一思 想 统一 行 动 克服质量工作中的随意性 从而增强质量工作的 主动性 针对性和有序性 最终实现确保项 目工期 控制项 目成本 完成项目质量总 目 标的预期 参考文献 1 林诚格 非能动安全先进核电厂A P 1 0 0 0 M 北京 原子能 出版社 2 0 0 8 2 国家质量技术监督局 计量标准考核规范 s 北京 中国电力出版社 2 0 0 8 口 上接 第4 4 页 遗 斑 v t 辱 t 僻 峥t 厂 t 一 t C俯母 l 图2 测量过程 时序 图 信号发出到数控装置收集信号的滞后时间段 t 到t 是NC 记录检测坐标值的滞后时间 t 3 lJ t 是测量程序 结束后的滞后时间 8 1 图中的p 9 s v V A t V f 分别指预行程误差和测头动态误差 测头动态误差 随机项 侧头接触速度和数据收集延迟时间 3 结 束语 本文作者通过对数控机床在线测量系统的构造 组成及工作原理进行分析 然后在将在线测量系统分 为数控机床本体和测头系统两个部分 分别对其深度 探讨了误差的来源及性质 以期能够为数控机床在线 测量系统更加优化提供有价值的参考 参考文献 1 1漆志平 冯红霞 在线测量技术在数字化车间 应用探索 J 装备制造技术 2 0 1 2 1 0 2 郑颖君 多通道板宽在线测量技术 J 中国计 量学院学报 1 9 9 5 0 1 3 1 5 E 世 民 高精度尺寸在线测量与控制系统 J 航 天工艺 1 9 9 2 0 5 4 王斌 王盼锋 贺 自敏 双头数控车床加工 桥壳法兰盘端面孔的在线测量 J 制造技术与机床 2 0 1 3 0 6 5 马艳玲 谭本能 胡成海 数控在线测量的应 用与误差分析 J 航空精密制造技术 2 0 1 2 0 4 6 G P a p a i o a n n o u J M Wi l s o n F u z z y e x t e n s i o n s t o I n t e g e r P r o g r a mmi n g mo d e l s o f c e l l f o r ma t i o n p r o b l e ms i n ma c h i n e s c h e d u l i n g J A n n a l s o f Op e r a t i o n s Re s e a r c h 2 0 0 9 1 6 6 1 7 Ho n g Z h o u P e n g Z h a n g Z h i h u i Z h a n g e t a 1 Th e r ma l Cy c l i n g Ef f e c t o n t h e W e a r Re s i s t a nc e o f B i o n i c L a s e r P r o c e s s e d G r a y I r o n J J o u r n a l o f B i o n i c E n g i n e e r i n g 2 0 1 4 1 1 2 8 P o C h i e n C h o u S t o n e C h e n g S z u Ha o C h e n