基于对角线测量的机床空间定位误差热变化分析

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1、万方数据第36卷第10期2008年10月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．36No．10Octobet2008文章编号：Iooo-565X(2008)10．0125一04基于对角线测量的机床空问定位误差热变化分析木沈金华杨建国(上海交通大学机械与动力工程学院。上海200240)摘要：为了研究数控机床温度变化对机床空间定位精度的影响，提出了一种通过分步测量机床工作空间4条体对角线以快速获得机床空间定位误差的方法．基于这种方法，在不同的温度条件下

2、测量了6组数控机床的空间定位误差．并以z轴定位误差为例进行了分析．在某一机床温度条件下，对空间定位误差进行了预测和补偿，z轴定位误差最大从15Ixm降低到5斗m以内，精度得到了改善．结果证明，分步体对角线测量是一种研究机床空间定位误差与机床温度变化之间对应关系并加以补偿的有效手段．关键词：数控机床；空间定位误差；对角线测量；温度变化中图分类号：TH161文献标识码：A数控机床的空间定位精度对加工精度具有十分重要的影响，虽然在设计和制造阶段，可以通过对机床结构的合理优化和提高机床部件的制造安装精度来降低数控机床的空间定位误差，但是在机床的使用过程中，环境温度和机床运行中的主

3、轴、丝杠和拖板温度的变化会造成机床温度场的变化，而机床的温度变化对空间定位误差有着重要的影响¨。J．由于上述温度是动态变化的，因此，需要通过测量和分析来获得机床温度变化对机床空间定位精度的影响关系并进行误差的补偿．激光测量技术是获得数控机床空间定位精度的重要方法．在研究空间定位误差和机床温度变化的关系时，测量的效率是关键，否则在测量过程中温度如果发生较大的变化将无法保证辨识的准确性．由于机床的误差元素比较多，单个测量非常耗时，因此学者们提出了几种多线测量法旧‘61来提高测量和辨识的效率，但是这些方法在实施时还是比较复杂，测量时间较长．1S0230，6川中推荐了一种沿着机床

4、空间体对角线对机床空间定位精度进行快速检验的方法．由于机床的各项误差元素都会反映到体对角线方向的误差中，因此采用这种方法进行检验是非常有效的，但是在进行空间定位误差辨识分析和补偿时，这种测量方法所获得的信息太少而无法运用．文中在传统体对角线测量方法的基础上，提出了一种改进的分步体对角线测量方法．基于这种方法，在不同温度条件下对机床空间定位误差的热变化进行了6组测量，主要以：轴的定位误差为例分析了机床温度变化对机床空间定位误差的影响，并根据空间定位误差的预测值对机床进行了误差补偿实验．1数控机床的空间定位误差数控机床工作空间某一位置处的空问定位误差是机床各个轴运动产生的误差

5、在此点处的误差综合．对于数控机床在空间运动的任一运动轴，都存在着6个自由度，相对应就有6项空间定位误差元素，分别为1项直线定位误差，2项直线度误差和3项角度误差．对于3个运动轴就有18项误差，同时，3个轴相互之间还存在3项垂直度误差．这2l项误差元素”o分别表示如下．收稿f1期：2007一Il一02t基金项日：高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(200131)；上海市引进技术的吸收与创新年度计划项目(05-12)作者简介：沈金华(1981．)，男，博士生，主要从事精密测量与加工研究．E—mail：hoticey@sj,u．edu．cn万方数据譬建理工大擘学覆

6、(鑫然簿擎藏)第芟豢直线定位误差：疋(工)，氐(y)，晚(2)；盏线度误差；8y(x)，E(x)，是(y)，或(岁)，龟(毒)，8y(z)；转角误差：吼(工)，6y(x)，占：(x)，8。(Y)，占，(Y)，露。(y)，芎；(o)，君，(：)，君；(名)；瓣宣度误羞：8。，占。，8。。其中：对于位置误差，以疋(x)为例，括号内的字母互表示运动轴为x轴，下标鼻受lJ表示误差所在的方内秀盖方向；对予角度误差，黻g，(工)鸯铹，括号内酶字母X表示运动轴为工轴，下标工则畿示角度误差转动的轴线方向为X轴；对于垂直度误差，以芎。羚镄，下标掣表示筵x,y辘之闻的垂直纛误差，2分步体对角

7、线测量原理努步体对角线溯筮原淫魏匿1所示，设磊秘P．分别为机床工作空间体对角线上的两个测量点，传统体对角线测量方法是谯魂点处先测得对角线长度‰，然后遗过X、Y、z翻联动蓟下一溯量点P，，再测量得到对角线长度数据R。，两者之差为对角线长度误差AR．采用分步体对角线测量方法测量时，虽然也是首先在或熹处宠溯季霉对角线长度毪，缀随后是沿工、Y、；轴方向分别移动增量舨、Ay、缸到达P，点，在中间点嬲，、鸭和点P，各测一次对角线长凌，褥到霞。。、霞静，稷露，。与传统戆方法糨毙+数摄可以增加到原来的3倍．这样，对于机床工作空阍的4条体对角线