數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測(cè)與評(píng)定方法分析

陳娜，盧威

（張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 張家界 427000）

0 引言

機(jī)床定位精度是指在調(diào)整或加工過程中，機(jī)床的移動(dòng)部件按所接收的指令信號(hào)，向目標(biāo)位置沿著坐標(biāo)軸方向移動(dòng)時(shí)，實(shí)際值與目標(biāo)值的相似程度。定位精度是最具有數(shù)控機(jī)床特征的一項(xiàng)指標(biāo)，常作為評(píng)價(jià)、驗(yàn)收機(jī)床的依據(jù)。同時(shí)，通過定位精度的檢測(cè)，還可以分析定位誤差的來源，以便進(jìn)一步采取措施提高這項(xiàng)精度。

定位精度的高低通過評(píng)定定位誤差的大小確定。在運(yùn)動(dòng)過程中，移動(dòng)部件按給定指令移動(dòng)，但到達(dá)的實(shí)際位置與目標(biāo)位置之間總存在誤差，并且每一次產(chǎn)生的誤差值都不完全相等，當(dāng)對(duì)若干次重復(fù)定位誤差進(jìn)行記錄，能明顯看到誤差值呈現(xiàn)出在某一個(gè)值兩側(cè)作正態(tài)分布的特點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 定位精度圖

1 定位精度的檢測(cè)

在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)過程中，常用工具有刻線基準(zhǔn)尺、讀數(shù)顯微鏡、激光干涉儀、光柵和感應(yīng)同步器等。

圖2 定位精度的測(cè)量原理圖

在一般精度檢測(cè)中，將刻線尺安裝在被檢驗(yàn)的工作臺(tái)上，沿與之平行方向移動(dòng)，通過安裝在機(jī)床的靜止部件上的顯微鏡，觀察尺的刻度，如圖2（a）所示。較高定位精度測(cè)量常用雙頻激光干涉儀如圖2（b）所示。激光干涉儀安裝在機(jī)床的靜止部件上，反射鏡固定在工作臺(tái)上，光線平行于被檢驗(yàn)的工作臺(tái)的位移方向，當(dāng)被檢驗(yàn)的工作臺(tái)移動(dòng)規(guī)定的距離時(shí)，激光干涉儀的指示儀表顯示出工作臺(tái)移動(dòng)的實(shí)際距離。

圖3 激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)原理圖

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)，為得到某一點(diǎn)的定位精度，需要進(jìn)行5～15 次的重復(fù)定位測(cè)量。而為了得到一個(gè)坐標(biāo)軸的定位精度，則必須隨機(jī)選取測(cè)量坐標(biāo)軸上的3～15 個(gè)點(diǎn)，從正、反兩個(gè)方向移動(dòng)坐標(biāo)軸，測(cè)量和評(píng)定定位精度。例如，沿x 軸從兩個(gè)方向各進(jìn)行7 次測(cè)定某一點(diǎn)，測(cè)15 個(gè)測(cè)點(diǎn)，則共需測(cè)得210 個(gè)讀數(shù)方能評(píng)定一個(gè)坐標(biāo)軸的定位精度。為了提高測(cè)量效率、保證測(cè)量精度，近年來逐漸采用激光干涉儀測(cè)量與顯示系統(tǒng)，能夠自動(dòng)顯示、處理數(shù)據(jù)和自動(dòng)進(jìn)行記錄。圖3 所示為激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的原理圖，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一個(gè)坐標(biāo)軸連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，并能對(duì)環(huán)境溫度、氣壓等方面的影響進(jìn)行自動(dòng)修正，最后統(tǒng)計(jì)處理所有測(cè)得數(shù)據(jù)，繪制出誤差曲線。

2 數(shù)控機(jī)床定位精度的評(píng)定

2.1 評(píng)定參數(shù)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89 中“數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評(píng)定方法”，數(shù)控坐標(biāo)軸定位精度采用軸線的重復(fù)定位精度R、軸線的定位精度A 和軸線的反向差值B 三個(gè)評(píng)定參數(shù)。

2.2 評(píng)定方法

對(duì)坐標(biāo)軸軸線的重復(fù)定位精度、軸線的定位精度和軸線的反向差值進(jìn)行評(píng)定時(shí)，采用不同的評(píng)定方法。

1）軸線的重復(fù)定位精度R。各測(cè)點(diǎn)的重復(fù)定位精度為

式中：j為坐標(biāo)軸上各測(cè)點(diǎn)的位置序號(hào)，j=1，2，3…，m。

軸線重復(fù)定位精度為各測(cè)點(diǎn)重復(fù)定位精度Ri↑和Ri↓中的最大值，即R=（Ri）max。

3）軸線的反向差值B。各測(cè)點(diǎn)的反向差值中的最大絕對(duì)值為B=｜Bj｜max。

3 應(yīng)用實(shí)例

檢測(cè)某機(jī)床的某一坐標(biāo)軸時(shí)，全軸長(zhǎng)度上選定了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，移動(dòng)部件從正、反兩個(gè)方向趨近每個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)量5 次，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 數(shù)控機(jī)床定位誤差檢測(cè)結(jié)果 μm

根據(jù)實(shí)測(cè)誤差值進(jìn)行計(jì)算，可得各測(cè)點(diǎn)處的定位誤差、重復(fù)定位誤差和反向差值，該坐標(biāo)軸軸線的定位精度評(píng)定結(jié)果為：

1）軸線的重復(fù)定位精度。比較各測(cè)點(diǎn)的6Si可知，在測(cè)點(diǎn)2 處6Si最大，6Si=7.446 μm 故軸線的重復(fù)定位精度R=7.446 μm。

所以軸線的定位精度為：

3）軸線的反向差值在測(cè)點(diǎn)l 處有最大反向差值，Bjmax=3.5 μm，所以軸線的反向差值為B=3.5 μm。用曲線表示定位精度的檢測(cè)結(jié)果，見圖4。

圖4 定位精度檢測(cè)曲線圖

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)機(jī)床的定位誤差，但定位精度檢測(cè)技術(shù)的自身誤差對(duì)機(jī)床精度的測(cè)量也存在著一定的影響，若能夠在進(jìn)行定位檢測(cè)時(shí)加入定位精度補(bǔ)償技術(shù)，則可以很有效地彌補(bǔ)檢測(cè)中的自身誤差，提高定位精度，保證零件的加工質(zhì)量，這需要在以后的工作中繼續(xù)研究。

［1］林敏.數(shù)控機(jī)床線性軸線的定位精度和重復(fù)定位精度測(cè)量技術(shù)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2006（5）：50，76.

［2］曹永潔，傅建中.數(shù)控機(jī)床誤差檢測(cè)及其誤差補(bǔ)償技術(shù)研究［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2007（4）：38-41.

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［5］張公緒，孫靜.質(zhì)量工程師手冊(cè)［M］.北京：企業(yè)管理出版社，2002.