前沿：利用跟踪仪的大型多轴机床空间误差补偿技术

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1、空间误差补偿技术在大型机床中的应用作者：美国自动精密工程公司    来源：MM现代制造为进一步缩小大型机床，尤其是5轴、6轴机床工作时的公差范围，提升其加工精度，美国国家制造科学中心（NCMS）组织了一次名为大型机床空间精度研究（VALMT，VolumetricAccuracyforLargeMachineTools）的大规模联合行动。此次联合行动邀请了包括美国自动精密工程公司（API）、波音公司（Boeing）、西门子（Siemens）、辛辛那提（MagCincinnati）等众多行业精英企业参加。大型

2、机床空间误差补偿技术（VEC，VolumetricErrorCompensation）由此诞生。空间误差补偿技术（VEC）使用API自主知识产权的T3激光跟踪仪与同样是API专利产品的ActiveTarget高性能传感器相配合，在有效时间内对大型机床进行精确测量。在经过简单的调试、安装后，使用T3激光跟踪仪对大型机床的运动空间进行持续不间断的跟踪测量，以得到机床操作过程中自始至终的运行数据。空间误差补偿技术测量的特点就在于：测量是在一个整体坐标系中完成的，而不是像普通测量那样需要分别测量不同的坐标轴，由此

3、便可以记录到与机床实际运动最吻合及精确的数据。接下来，将这些数据输入计算机，使用软件工具对机床运行的整个路径进行模拟，以图片的形式反映空间误差，并生成补偿数据列表、核实空间补偿数值，最后直接将处理后的数据反馈于控制系统。由于结构复杂的5轴、6轴机床通常会产生40～50个误差参数，以至于使用传统的21项误差机床检测法无法对结构复杂的大型机床进行全面的误差检测。而相比于传统的机床误差检测方法，VEC技术对机床运行空间的测量更具持续性，从而能够检测出机床工作时所产生的全部误差参数。实验表明，使用VEC方法进行检

4、测、校准后的机床精度较传统检测方法校准的机床提高了4倍以上。空间误差补偿技术（VEC）使用API自主知识产权的T3激光跟踪仪（T3LaserTracker）与同样是API专利产品的ActiveTarget高性能传感器相配合，在有效时间内对大型机床进行精确测量。传统的机床校准与补偿方法长期以来，一个普遍的问题一直困扰着使用大型机床进行生产、加工的企业，那就是：企业所购买的价格不菲的高精度大型机床在生产加工过程中总会产生大大小小的误差，使其加工出的产品达不到精度要求。而造成误差的原因通常有多种因素：滚珠丝杠及

5、齿轮的磨损、金属疲劳、甚至机床本身设计或安装时所造成的缺陷等等因素都会使机床工作时产生误差。使用空间误差补偿的方法对大型机床工作时产生的误差进行修正已经在理论上被证实为是减小机床定位误差的有效方法。使用这种方法可以通过生成机床整个工作过程的误差参数来全面了解机床工作时在精度上的偏差，从而生成补偿参数，并将补偿参数输入机床控制系统从而对机床现有的定位误差进行实时纠正。而现代大型机床也在技术上支持这种空间误差补偿的操作方法。21项误差补偿法是被公认的传统机床的校准方法。以结构较简单的普通3轴机床为例，这种方法

6、需要使用激光干涉仪对机床的每个轴（X、Y、Z）分别进行测量。而在进行这些测量之前，需要对测试仪器做大量的安装调试，以便使干涉仪的激光束与机床相吻合，且对于每个轴的测量，都需要重新调整激光干涉仪的位置，并运行各自的测量步骤。如此，便耗费了大量的时间，使机床闲置，导致生产力的下降。而且由于激光干涉仪工作时间过长，还要将热漂移的因素考虑在内。每一个线性轴都会产生6个误差参数（即线性定位误差、水平直线度误差、垂直直线度误差、俯仰角、偏摆角、滚动角）。通常来讲，为确保测量的精度及数据的准确性，需要对每个线性轴上的6

7、个可能发生的误差参数各进行2次测量。从而，至少要进行36次测量，才可以收集到18个误差参数；再加上三个轴两两之间（X到Y，Y到Z，Z到X）的垂直度，就可以得到21项误差参数。接下来，根据收集到的误差参数就可以分别确定对于各个轴的补偿参数。完成这一过程，通常需要进行几天甚至是几周的测量，而测量期间内由于天气的不同以及昼夜温差导致的温度变化也会对测量结果有较大影响。如果在测量中使用API最高配置的XD6型激光干涉仪，便可以在一次测量中得到一条线性轴上的6个误差参数。在同样测量3轴机床的情况下，便将通常需进行的

8、36次测量减少到了6次，从而大幅缩减了测量时间。然而，即便使用XD6型激光干涉仪进行测量，仍然不能在不安装辅助仪器的情况下对垂直轴的滚动角进行测量。此外，在测量结构较为复杂的5轴、6轴机床时，热漂移现象仍会带来不可忽视的影响。高精度的VEC技术空间误差补偿技术（VEC）的使用较其他机床标定方法更为简单且精确度更高。由于VEC技术的测量是在一个整体的坐标系中完成，而不是像其他技术那样要分别对机床的每一个轴进行测量，所以只需一次安