MVC-500數(shù)控機床誤差檢測與補償?shù)膽?/h1>
2012-04-29 00:00:00邱宏峰劉小芳
職業(yè)·下旬 2012年1期
一、數(shù)控機床誤差檢測與補償?shù)谋尘凹耙饬x
當今世界的制造業(yè)中心向中國轉(zhuǎn)移，而機床工業(yè)是制造業(yè)的基礎，其技術水平?jīng)Q定國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和技術水平。隨著數(shù)控技術的快速發(fā)展和廣泛應用，數(shù)控機床加工精度級別已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志。
提高數(shù)控機床的加工精度，可采用誤差防止和誤差補償兩種措施。實踐表明：提高機床的制造和裝配精度是保證加工精度最穩(wěn)定、最有效的措施、但由于制造成本與精度成幾何級數(shù)關系，制造難度也隨精度的增長而加大，甚至達到不可能的程度。通過單純提高機床的制造和裝配精度很難適應現(xiàn)代生產(chǎn)技術的要求。而誤差補償技術無需改變機床原有結構就能實現(xiàn)精度提升，符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。同時，隨著誤差檢測與辨識手段的突破，計算機技術的迅速發(fā)展，機床誤差建模技術的日臻成熟，誤差補償技術有了更加可靠的技術支持。從發(fā)展的觀點來看，為滿足日益復雜的型面的高精度加工需求，對數(shù)控機床進行全面的計算機軟件補償，以提高精度和降低成本是必然的趨勢。
二、誤差檢測的發(fā)展趨勢
隨著機械、電子、汽車等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，機床的檢測精度要求越來越高，傳統(tǒng)的檢測方法已經(jīng)不能滿足誤差檢測的需求。激光測試技術是近年來發(fā)展迅速的新型檢測技術。主要利用激光的優(yōu)異特性，將其作為光源，把被測對象的移動距離經(jīng)過光電變換系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電信號，再由計算機實時數(shù)據(jù)處理，得出測量結果，并以數(shù)字顯示。具有測量精度高、測量范圍大、檢測時間短、非接觸式等優(yōu)點，常用于測量長度、位移、速度等參數(shù)。一些高精度激光位移傳感器在數(shù)控機床各項誤差檢測中的應用，為數(shù)控機床的誤差補償技術提供了良好保障。
三、研究內(nèi)容和重點解決的技術問題
1.機床誤差建模技術
對誤差進行建模是誤差補償?shù)幕A，誤差建?？梢苑譃檎`差綜合建模和誤差元素的建模。在機械加工中，機床加工精度最終是由刀具與工件之間的相對位移決定的，相對位移誤差用運動學模型表示出來就是綜合誤差。誤差元素的建模是針對檢測得到的某一項誤差元素，比如幾何誤差中的直線定位誤差或機床主軸熱漂移誤差。誤差建模技術研究的關鍵是尋找更為有效的建模方法，將機床存在的誤差通過所建立的模型準確地反映出來。
2.誤差測量技術
誤差測量方法可以分為直接誤差測量和間接誤差辨識：直接誤差測量是在機床的不同位置和溫度條件下，使用諸如激光干涉儀或其他光學、機械方法來測量誤差，測量的是單項誤差；間接誤差辨識是指用伸縮式球棒儀、高精度平面光柵等儀器對誤差進行測量，再通過運動學綜合誤差建模和其他數(shù)學方法對測得的誤差進行分離，間接獲得各項誤差，測量的是綜合誤差。直接誤差測量更精確，其測量原理更簡單，但比較耗時；間接誤差測量則是快速、有效的測量方法。誤差測量研究的關鍵在于精度和效率的平衡，在不犧牲精度的情況下，盡量提高效率?？刹捎肕VC-500激光干涉儀對數(shù)控機床進行直接誤差檢測。
3.誤差補償技術
誤差建模和測量研究最終是為了誤差補償，誤差補償可分為離線補償和實時補償兩種。根據(jù)測量的誤差對數(shù)控加工程序修改后輸入機床，或者將測量得到的誤差作為誤差文件置于數(shù)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)在運行過程中可以調(diào)用，達到誤差補償?shù)男Ч?。離線補償要求補償?shù)恼`差是固定數(shù)值，只能針對機床穩(wěn)定的誤差，比如機床的幾何誤差。熱誤差由于和機床的溫度相關，而機床溫度是不斷變化的，因此必須采用實時補償。
實時補償通過硬件輔助裝置，將溫度和位置等外部信號輸入補償裝置，由補償裝置中的誤差模型實時計算誤差補償?shù)臄?shù)值，通過接口輸入到數(shù)控系統(tǒng)進行誤差補償。實時補償方法在機床中的適用性強，可以補償包括定位誤差在內(nèi)的多種誤差，并且誤差預測用的模型的選擇很靈活，從簡單的線性模型到復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡模型都可通過軟件建模，選用最有效的誤差預測模型可以提高補償精度。誤差補償技術研究的關鍵在于提高補償?shù)膶崟r性、準確性、有效性和簡便性。
四、社會和經(jīng)濟效益
該技術的實施對促進我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化，提高機械產(chǎn)品的加工精度具有重要意義。誤差補償技術的最大優(yōu)點是無需投入大量資金，即可大幅度地提高數(shù)控機床加工的精度。該技術非常適合我國制造工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，即工業(yè)底子薄，中、低檔數(shù)控設備所占比率較大，且在短期內(nèi)難以對現(xiàn)有設備進行大量更新和改造。攻克誤差檢測與補償技術難關，進而大范圍推廣，無疑能全面提高我國機械工業(yè)整體質(zhì)量，創(chuàng)造巨大的社會和經(jīng)濟效益。
（作者單位：衢州市技師學院）
一、數(shù)控機床誤差檢測與補償?shù)谋尘凹耙饬x
當今世界的制造業(yè)中心向中國轉(zhuǎn)移，而機床工業(yè)是制造業(yè)的基礎，其技術水平?jīng)Q定國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和技術水平。隨著數(shù)控技術的快速發(fā)展和廣泛應用，數(shù)控機床加工精度級別已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志。
提高數(shù)控機床的加工精度，可采用誤差防止和誤差補償兩種措施。實踐表明：提高機床的制造和裝配精度是保證加工精度最穩(wěn)定、最有效的措施、但由于制造成本與精度成幾何級數(shù)關系，制造難度也隨精度的增長而加大，甚至達到不可能的程度。通過單純提高機床的制造和裝配精度很難適應現(xiàn)代生產(chǎn)技術的要求。而誤差補償技術無需改變機床原有結構就能實現(xiàn)精度提升，符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。同時，隨著誤差檢測與辨識手段的突破，計算機技術的迅速發(fā)展，機床誤差建模技術的日臻成熟，誤差補償技術有了更加可靠的技術支持。從發(fā)展的觀點來看，為滿足日益復雜的型面的高精度加工需求，對數(shù)控機床進行全面的計算機軟件補償，以提高精度和降低成本是必然的趨勢。
二、誤差檢測的發(fā)展趨勢
隨著機械、電子、汽車等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，機床的檢測精度要求越來越高，傳統(tǒng)的檢測方法已經(jīng)不能滿足誤差檢測的需求。激光測試技術是近年來發(fā)展迅速的新型檢測技術。主要利用激光的優(yōu)異特性，將其作為光源，把被測對象的移動距離經(jīng)過光電變換系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電信號，再由計算機實時數(shù)據(jù)處理，得出測量結果，并以數(shù)字顯示。具有測量精度高、測量范圍大、檢測時間短、非接觸式等優(yōu)點，常用于測量長度、位移、速度等參數(shù)。一些高精度激光位移傳感器在數(shù)控機床各項誤差檢測中的應用，為數(shù)控機床的誤差補償技術提供了良好保障。
三、研究內(nèi)容和重點解決的技術問題
1.機床誤差建模技術
對誤差進行建模是誤差補償?shù)幕A，誤差建?？梢苑譃檎`差綜合建模和誤差元素的建模。在機械加工中，機床加工精度最終是由刀具與工件之間的相對位移決定的，相對位移誤差用運動學模型表示出來就是綜合誤差。誤差元素的建模是針對檢測得到的某一項誤差元素，比如幾何誤差中的直線定位誤差或機床主軸熱漂移誤差。誤差建模技術研究的關鍵是尋找更為有效的建模方法，將機床存在的誤差通過所建立的模型準確地反映出來。
2.誤差測量技術
誤差測量方法可以分為直接誤差測量和間接誤差辨識：直接誤差測量是在機床的不同位置和溫度條件下，使用諸如激光干涉儀或其他光學、機械方法來測量誤差，測量的是單項誤差；間接誤差辨識是指用伸縮式球棒儀、高精度平面光柵等儀器對誤差進行測量，再通過運動學綜合誤差建模和其他數(shù)學方法對測得的誤差進行分離，間接獲得各項誤差，測量的是綜合誤差。直接誤差測量更精確，其測量原理更簡單，但比較耗時；間接誤差測量則是快速、有效的測量方法。誤差測量研究的關鍵在于精度和效率的平衡，在不犧牲精度的情況下，盡量提高效率?？刹捎肕VC-500激光干涉儀對數(shù)控機床進行直接誤差檢測。
3.誤差補償技術
誤差建模和測量研究最終是為了誤差補償，誤差補償可分為離線補償和實時補償兩種。根據(jù)測量的誤差對數(shù)控加工程序修改后輸入機床，或者將測量得到的誤差作為誤差文件置于數(shù)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)在運行過程中可以調(diào)用，達到誤差補償?shù)男Ч?。離線補償要求補償?shù)恼`差是固定數(shù)值，只能針對機床穩(wěn)定的誤差，比如機床的幾何誤差。熱誤差由于和機床的溫度相關，而機床溫度是不斷變化的，因此必須采用實時補償。
實時補償通過硬件輔助裝置，將溫度和位置等外部信號輸入補償裝置，由補償裝置中的誤差模型實時計算誤差補償?shù)臄?shù)值，通過接口輸入到數(shù)控系統(tǒng)進行誤差補償。實時補償方法在機床中的適用性強，可以補償包括定位誤差在內(nèi)的多種誤差，并且誤差預測用的模型的選擇很靈活，從簡單的線性模型到復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡模型都可通過軟件建模，選用最有效的誤差預測模型可以提高補償精度。誤差補償技術研究的關鍵在于提高補償?shù)膶崟r性、準確性、有效性和簡便性。
四、社會和經(jīng)濟效益
該技術的實施對促進我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化，提高機械產(chǎn)品的加工精度具有重要意義。誤差補償技術的最大優(yōu)點是無需投入大量資金，即可大幅度地提高數(shù)控機床加工的精度。該技術非常適合我國制造工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，即工業(yè)底子薄，中、低檔數(shù)控設備所占比率較大，且在短期內(nèi)難以對現(xiàn)有設備進行大量更新和改造。攻克誤差檢測與補償技術難關，進而大范圍推廣，無疑能全面提高我國機械工業(yè)整體質(zhì)量，創(chuàng)造巨大的社會和經(jīng)濟效益。
（作者單位：衢州市技師學院）
