数控机床运动误差的测试装置_双球规测量仪.pdf

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1、检测技术数控机床运动误差的测试装置——双球规测量仪□马锡琪(西北工业大学,西安710072)的原因、误差的大小和方位,为有效地进行补摘要:本文介绍了作者设计的双球规测量仪的结构与偿提供了理论基础。工作原理。使用这种装置不仅可以测量出数控机床的运动误2测试原理差,而且可以通过误差矢量的计算,找出造成误差的主要原对于数控机床来说,假设某一时刻,刀具因,计算出误差的大小和方位,并通过软件给予补偿,使数控前端的空间指令位置为P(X、Y、Z),实际位机床加工精度得到提高。关键词:数控机床动态精度误差补偿双球规测量置

2、为P′(X′、Y′、Z′),理想情况下,P=P′,但仪是由于机床存在运动误差,此时P≠P′,那么点P处所含误差为:1概述CX=X′-X计算机数控(CNC)机床在一些发达国家CY=Y′-Y已得到了广泛应用,并正向直接数控(DNC),CZ=Z′-Z-柔性制造系统(FMS)及计算机集成制造系统C=(CX、CY、CZ)(1)(CIMS)发展。我国机械制造业中CNC机床的检测数控机床的运动精度,就是希望测得-应用也很普及。随着对加工精度要求的提高,需C=(CX、CY、CZ)的值。假设机床运动过程的要研制出更高精度的

3、加工机床,所以也促进了某一时刻,刀具前端P(X、Y、Z)相对工作台机床精度评价技术的进展,如何分析机床加工坐标原点O(0、0、0)的距离为R,则2222误差产生的原因,分析误差产生的规律,测定R=X+Y+Z(2)加工误差的数值,开发高精度的操作简单的测由于机床运动存在误差,点P的实际位置试装置和测量方法具有非常重要的意义。P′(X′、Y′、Z′),相对工作台坐标原点的距离目前对数控机床的精度检测仍属于静态精为P′,则有:2222度的测量范畴,1990年国际标准化机构(ISO)R′=X′+Y′+Z′(3)在

4、对数据机床(CNC)和加工中心(MC)的检设△R=R′-R,则△R为因机床运动误差测中增加了机床运动精度的测试项目。随着国而造成的刀具前端与工作台坐标原点之间距离民经济的发展,我国国家标准向国际靠拢也势的变化量。将式(1)和△R=R′-R代入式在必行。(3)可得:2本文在参考国外已有研究的基础上,研制(R+△R)222出了可用于对数控机床和加工中心运动误差的=(X+CX)+(Y+CY)+(Z+CZ)(4)2222测量装置——双球规测量仪,提出了一种新的两边分别展开并略去△R,CX,CY和CZ,测试方法,开

5、发了一套相应的测试软件,应用得:2这一装置可以分析和诊断出机床运动误差产生R+2R△R计量与测试技术·1996·NO.4·3·222=X+Y+Z+2(XCX+YCY+ZCZ)(5)误差小于0.03mm将式(2)代入式(5)得:3)球与拉杆的同轴度误差小于0.01mm,△R=1(XC以保证装配后在任意位置两球的不同轴度不大X+YCY+ZCZ)(6)R于0.02mm从上式(6)可以看出,机床运动存在误差4)双球规测试装置光栅尺型号是T23-时,刀具前端与工作台坐标原点之间的距离是813-5,位移分辩率为1μm

6、与光栅配套使用的变化的,只要能够测得刀具前端相对工作台坐GS型数显仪,采用TTL电路,功耗低、抗干标原点的距离变化量△R,并且作出相应误差扰强、操作灵活可靠。曲线,就能够找出机床部件相互几何关系对机3.3测试系统的组成床运动精度的影响,并建立起相应误差的数学本文所研究的双球规测试系统包括双球模型,为机床的调整与补偿提供可靠的依据。规、微机,输入输出设备和测试软件等,如图3双球规及其测试系统2所示。3.1双球规结构双球规测量装置接口(1)根据上述测试原理,我们设计了如图1(原理图)所示的双球规,测试时两球应

7、分别安装在主轴锥孔中和工作台上。由于测试时要求以基本软件两球球心为中心灵活转动,因此采用磁力连接球和球坐。两球之间是可伸缩的拉杆,光栅尺体安装在伸缩杆的外壳上,读数头与伸缩杆相XK5040MNC-280接口(2)个人微型机连。这样当机床绕一个球的球心作圆周运动时,数控机床控制机通过光栅的读数,就可知两球心之间距离的变化。数控程序打印机绘图机图2测试系统结构框图3.4测试软件的设计图1双球规结构1.底座2.伸缩杆3.顶座4.钢球5.光栅尺一般来讲,数控编程都采用相对坐标进行,所以不必找出工作台坐标原点,令数

8、控机床作圆周运动,由圆度误差来评价机床的运动精度。3.2双球规设计精度双球规主要零部件的精度如下。图3误差测量方法1.XZ和YZ平面,2.机床主轴,3.双球规1)两钢球的球形轮廓误差不大于4.底座,5.XY平面0.02mm,球与球坐配研,着色应大于85%系统的基本软件采用模块式结构,利用程2)保证装配后球与球坐在任意方向的回转·4·计量与测试技术·1996·NO.4序覆盖技术实现模块之间的相互调用。测试方法简便,系统构成合理。