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數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究
廣東省汕頭市高級(jí)技工學(xué)校 廖海林 2014/7/22 19:53:09
摘要：數(shù)控機(jī)床有效的把集微電子、信息處理、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)等高新技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動(dòng)化、智能化以及集成化。隨著數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，人們對(duì)數(shù)控機(jī)床的精確度的要求也越來(lái)越高，而提高數(shù)控機(jī)床精確度的主要方法就是誤差補(bǔ)償。本文重點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；誤差補(bǔ)償；關(guān)鍵技術(shù)
隨著制造業(yè)向高質(zhì)量、高精度、高集成度以及智能化方向的發(fā)展，制造業(yè)對(duì)制造加工技術(shù)的要求也越來(lái)越高，數(shù)控機(jī)床已作為現(xiàn)代制造加工技術(shù)的主要設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的精確度越來(lái)越受到人們的關(guān)注。數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)是提高數(shù)控機(jī)床精確度的重要方法之一，其主要是指當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)誤差時(shí)，設(shè)備能夠在不需要改變自身結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)與修正，從而可以降低維修成本，并提高效率和精確度。筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，在本文中詳細(xì)的介紹了數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。
1、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)
1.1、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)的分類
隨著世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，目前世界上數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)主要分為三大類，即靜態(tài)補(bǔ)償法、實(shí)時(shí)補(bǔ)償法以及綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法。其中靜態(tài)補(bǔ)償法主要是針對(duì)數(shù)控機(jī)床的螺距進(jìn)行補(bǔ)償，但是這種補(bǔ)償方法存在很大的缺點(diǎn)，就是不能隨著數(shù)控機(jī)床周?chē)h(huán)境的變化而變化，而實(shí)際上數(shù)控機(jī)床周?chē)沫h(huán)境是在不斷的變化的，所以這種誤差補(bǔ)償方法沒(méi)有多大的實(shí)際意義。實(shí)時(shí)補(bǔ)償法能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)數(shù)控機(jī)床的誤差進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與修補(bǔ)，但是這種方法的應(yīng)用范圍較小，不能有效的補(bǔ)償雙軸聯(lián)動(dòng)的輪廓加工誤差以及三軸聯(lián)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的空間誤差等，所以這種誤差補(bǔ)償方法的應(yīng)用也不廣泛。綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法是根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)工況以及環(huán)境條件等，對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備進(jìn)行的一種跟蹤補(bǔ)償技術(shù)，能夠有效的對(duì)幾何誤差、熱誤差、承載變形誤差等進(jìn)行綜合性補(bǔ)償，這種方法的應(yīng)用最為廣泛，并有較大的發(fā)展前途，目前很多國(guó)家都在對(duì)這種方法進(jìn)行研究。
1.2、數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量技術(shù)
數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量的主要目的是為了精確測(cè)定機(jī)床的原始誤差參數(shù)，其主要的誤差測(cè)量方法包括直接誤差測(cè)量法和間接誤差測(cè)量法，其中直接誤差測(cè)量方法主要是利用機(jī)械、激光干涉儀以及其他的光學(xué)方法等測(cè)量出數(shù)控機(jī)床在不同溫度和位置下的誤差，這種方法測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精確度較高，缺點(diǎn)是測(cè)量起來(lái)比較麻煩，費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，所以這種測(cè)量方法主要應(yīng)用于單項(xiàng)誤差的測(cè)量；間接誤差測(cè)量方法主要是先測(cè)出與誤差相關(guān)的指標(biāo)，再通過(guò)誤差模型將其轉(zhuǎn)換成技術(shù)誤差，這種方法的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠快速、有效的測(cè)量出數(shù)控機(jī)床的誤差，其缺點(diǎn)是相對(duì)于直接誤差測(cè)量法精度略低，但也可以滿足要求，所以這種方法在綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法中應(yīng)用最為廣泛。
1.3、數(shù)控機(jī)床誤差建模技術(shù)
數(shù)控機(jī)床誤差建模技術(shù)主要分為誤差綜合建模和誤差元素建模兩種，其中誤差綜合建模就是在加工時(shí)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型將工件和刀具之間的相對(duì)位移誤差表示出來(lái)，這種建模方式能夠明確整個(gè)數(shù)控機(jī)床的誤差，但是其缺點(diǎn)是不夠精確，可能會(huì)忽略局部的誤差，所以這種建模方式的應(yīng)用并不廣泛；誤差元素建模技術(shù)就是針對(duì)某一項(xiàng)誤差元素進(jìn)行數(shù)控機(jī)床誤差建模，這種建模方法能夠精確的模擬出局部的誤差，并根據(jù)局部的誤差可以推出整個(gè)數(shù)控機(jī)床的誤差，所以這種建模方式在實(shí)際的應(yīng)用中比較廣泛，但是這種方法也有缺點(diǎn)，就是工程量較大，需要建立更多的模型。
1.4、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)
數(shù)控機(jī)床誤差的測(cè)量和建模最終都是為誤差補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)服務(wù)的，數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償實(shí)施的過(guò)程主要包括實(shí)施補(bǔ)償和離線補(bǔ)償。實(shí)施補(bǔ)償就是通過(guò)提前安裝在數(shù)控機(jī)床上的硬件輔助裝置，把獲得的數(shù)控機(jī)床外部數(shù)據(jù)，包括位置和溫度等輸送到誤差補(bǔ)償裝置中，誤差補(bǔ)償裝置在根據(jù)提前輸入的數(shù)控機(jī)床誤差模型計(jì)算程序，實(shí)時(shí)的計(jì)算出數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，再通過(guò)相應(yīng)的反饋裝置對(duì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。離線補(bǔ)償則是根據(jù)測(cè)量的誤差數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工程序進(jìn)行修改，從而使數(shù)控機(jī)床能夠按照新的加工程序進(jìn)行誤差補(bǔ)償，這種方法由于需要改變數(shù)控機(jī)床的加工程序，所以在實(shí)際的應(yīng)用中較為少用。
2、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用
2.1、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)牟襟E
在數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用中，必須嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行，這樣才能確保數(shù)控機(jī)床的精確度，數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)牟襟E主要分為四步，即數(shù)控機(jī)床誤差源的檢測(cè)和分析、建立數(shù)控機(jī)床誤差運(yùn)動(dòng)綜合數(shù)學(xué)模型、數(shù)控機(jī)床誤差元素的辨識(shí)、建模和補(bǔ)償以及對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。第一步的關(guān)鍵就是通過(guò)一些檢測(cè)裝置對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)，找出數(shù)控機(jī)床誤差的源頭，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而確定數(shù)控機(jī)床誤差之間的相互關(guān)系以（未完，下一頁(yè)）
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