數(shù)控機床幾何誤差測量及誤差補償技術的研究.pdf

1、本文研究數(shù)控機床幾何誤差檢測及其補償技術，對數(shù)控機床工作空間中的平面（二維）誤差場的檢測、建模和補償技術進行了比較系統(tǒng)和深入的探討，主要包括以下幾方面內(nèi)容： 在論述國內(nèi)外數(shù)控機床幾何誤差檢測及補償技術的基礎上，深入地闡述了機床幾何（定位）誤差的性質(zhì)，即起點相對性、指令位置依賴性和誤差場的連續(xù)性，并利用高精度的HEIDENHAIN直線光柵和平面光柵，對上述各項性質(zhì)進行了試驗驗證。進一步提出一種平面誤差場標定方法——接力測量法，并對

2、該方法的測量精度和誤差積累規(guī)律進行了深入的研究。結果表明，在試驗條件下，接力測量法可以滿足中、低檔數(shù)控機床誤差場測量的要求。接力測量方法的采用，成倍地擴大了儀器的量程，有效地解決了機床工作空間大與高精度量儀的量程不夠的矛盾。 分析了現(xiàn)有球桿儀只能測量徑向誤差，不能反映轉(zhuǎn)角誤差的不足，研發(fā)了“二維球桿儀”；該儀器可以同時測量圓軌跡上一系列指令點上的徑向誤差和轉(zhuǎn)角誤差（可以換算出X方向和Y方向的誤差值）；對二維球桿儀進行了誤差分析和

3、精度校正，對測量結果進行了試驗并和平面光柵進行了精度比對。結果表明，該裝置X向重復誤差為1.1μm, 在Y向重復誤差為1.6μm，精度比對的均方根差值X向為0.3μm，Y向為0.4μm；具有較高的測量精度，為機床幾何誤差的測定提供了一種實用的工具。 開發(fā)了基于一維步距規(guī)的機床誤差檢測、精度評價和誤差補償系統(tǒng)，并實現(xiàn)了和華中數(shù)控系統(tǒng)的融合。使用HEIDENHAIN直線光柵VM101測量系統(tǒng)，對單軸反向間隙進行了測量和補償，補償后，

4、同一點多次測量誤差可控制在2μm內(nèi)；消除了反向間隙對平面誤差場測量的影響，簡化了誤差的測量和誤差模型的建立。建立了平面誤差場的多項式和人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡兩種模型，為數(shù)控機床幾何誤差的軟件補償提供了基礎。 采用接力的方法，分別使用二維球桿儀和平面光柵，標定了一臺數(shù)控銑床的平面誤差場，用最小二乘法對模型的參數(shù)進行了辨識，并對各種測量方法、各種誤差模型的精度進行了相互驗證和分析比對，二維球桿儀和平面光柵兩種多項式誤差模型的均方根差在X、

5、Y向分別為2.3μm和1.4μm。比對結果表明，所采用的各種測量方法、所建立的各種誤差模型具有較好的一致性，它們的精度能滿足中、低檔數(shù)控機床誤差檢測的需要。 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，對機床圓軌跡運動誤差進行了補償，試驗表明，補償后，誤差減少了72﹪以上。應用建立的多項式誤差模型，對平面誤差場實施了誤差補償，測量結果表明，補償后，誤差數(shù)值下降了51.8﹪以上；對加工工件的圓度誤差進行了測試，補償前，加工工件的圓度誤差為22.0μm,