數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)的誤差分析和標(biāo)定方法

方仁

摘 要：數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)的發(fā)展為數(shù)控加工過(guò)程的質(zhì)量檢測(cè)提供了一套行之有效的方法。機(jī)床測(cè)頭作為可編程運(yùn)行、能獲取信息、可反饋的監(jiān)控設(shè)備，在制造環(huán)節(jié)中至關(guān)重要的地位突顯。本文分析了在線(xiàn)檢測(cè)存在的誤差，給出了誤差消除的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；在線(xiàn)檢測(cè)；誤差分析；測(cè)頭標(biāo)定

1 工件測(cè)頭誤差分析

未標(biāo)定的測(cè)頭在工作中存在以下運(yùn)動(dòng)誤差，如圖1所示：

（1）觸發(fā)前的預(yù)行程、測(cè)針偏擺等誤差；

（2）機(jī)床在讀取測(cè)量信號(hào)時(shí)也會(huì)由于信號(hào)傳輸、處理信號(hào)占用微少的時(shí)間而造成信號(hào)延遲，從而產(chǎn)生位移誤差；

（3）機(jī)床接收到測(cè)量信號(hào)后由運(yùn)動(dòng)到停止的減速過(guò)程中造成的位移誤差。

標(biāo)定必須在任何可能導(dǎo)致測(cè)頭測(cè)量位置發(fā)生變化的情況下進(jìn)行，如：

（1）第一次使用測(cè)頭時(shí)；

（2）測(cè)頭更換測(cè)針；

（3）懷疑測(cè)針彎曲或測(cè)頭發(fā)生碰撞后；

（4）機(jī)床進(jìn)行了調(diào)整，如補(bǔ)償位置誤差；

（5）刀柄因素。刀柄與測(cè)頭間的連接被移動(dòng)；

（6）周期性地進(jìn)行校準(zhǔn)以補(bǔ)償機(jī)床的機(jī)械變化誤差。

（7）測(cè)量速度發(fā)生變化，測(cè)量速度需要恒定往往被操作者忽略，在標(biāo)定時(shí)的進(jìn)給倍率與測(cè)量時(shí)的進(jìn)給倍率不一致，使得測(cè)針?lè)謩e在標(biāo)定、測(cè)量時(shí)的預(yù)行程等導(dǎo)致的X、Y向的偏移，Z向的縮進(jìn)量不一致，從而會(huì)較大的影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 工件測(cè)頭的標(biāo)定

標(biāo)定的作用是使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量?jī)x器對(duì)所使用儀器的準(zhǔn)確度（精度）進(jìn)行檢測(cè)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，一般大多用于精密度較高的儀器。

（1）確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的輸入—輸出關(guān)系，賦予儀器或測(cè)量系統(tǒng)分度值；

（2）確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；

（3）消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或系統(tǒng)的精確度；

（4）在科學(xué)測(cè)量中，標(biāo)定是一個(gè)不容忽視的重要步驟。

機(jī)床測(cè)頭長(zhǎng)度方向標(biāo)定方法：

設(shè)定環(huán)規(guī)、標(biāo)定球或量塊等標(biāo)準(zhǔn)件的上表面為工件坐標(biāo)系Z向原點(diǎn)，

①使用一把已知準(zhǔn)確刀長(zhǎng)、半徑的基準(zhǔn)刀安裝至主軸，并在基準(zhǔn)刀對(duì)應(yīng)刀沿中輸入它的刀長(zhǎng)。

②使用基準(zhǔn)刀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件表面，使用塞尺或塊規(guī)來(lái)輔助進(jìn)行，將標(biāo)準(zhǔn)件表面設(shè)為工件坐標(biāo)系Z向原點(diǎn)。

（5）激活設(shè)定過(guò)的工件坐標(biāo)系，換出測(cè)頭，根據(jù)環(huán)規(guī)表面的準(zhǔn)確位置和測(cè)頭觸發(fā)時(shí)的位置，計(jì)算出測(cè)頭工作時(shí)的有效刀長(zhǎng)值或相對(duì)于原先測(cè)頭近似刀長(zhǎng)值的磨損值（直接更改刀長(zhǎng)還是寫(xiě)入磨損值，不同的程序有不同的方式），更新測(cè)頭刀偏值；

機(jī)床測(cè)頭半徑方向標(biāo)定方法：

①找到標(biāo)準(zhǔn)件中心位置；

②執(zhí)行標(biāo)定動(dòng)作；

③運(yùn)算并存儲(chǔ)標(biāo)定數(shù)據(jù)；

將測(cè)頭在移動(dòng)至環(huán)規(guī)粗略中心位置并探入孔內(nèi)一定深度，測(cè)頭與NC系統(tǒng)運(yùn)行如下動(dòng)作與運(yùn)算：

第一步，主軸定位至180°，測(cè)內(nèi)圓4點(diǎn)；

第二步，主軸定位至0°，測(cè)內(nèi)圓4點(diǎn)；

第三步，以上兩次測(cè)量結(jié)果運(yùn)算出環(huán)規(guī)內(nèi)孔準(zhǔn)確的中心位置，并計(jì)算和更新測(cè)球標(biāo)定數(shù)據(jù)，如測(cè)球標(biāo)定半徑值，以及測(cè)針偏擺值。

第四步，標(biāo)定結(jié)果輸出；

標(biāo)定后的結(jié)果如測(cè)頭刀長(zhǎng)數(shù)據(jù)、測(cè)頭半徑數(shù)據(jù)將分別自動(dòng)更新到當(dāng)前刀沿中，并在相應(yīng)的MD通用機(jī)床參數(shù)中查看X、Y各方向的偏心、半徑值。宏程序測(cè)量軟件則存儲(chǔ)至指定的全局用戶(hù)變量中。

測(cè)量結(jié)果參數(shù)：上述“半徑環(huán)規(guī)校準(zhǔn)”測(cè)量循環(huán)完成后，測(cè)量結(jié)果將存入測(cè)量結(jié)果參數(shù)。如表1所示。測(cè)量結(jié)果參數(shù)可通過(guò)查看“通道用戶(hù)變量”界面查看。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)床在線(xiàn)測(cè)頭對(duì)工件、夾具、刀具進(jìn)行加工過(guò)程的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)工件超差、夾具未裝到位、刀具磨損、破損等情況后，都能及時(shí)報(bào)警，并給予補(bǔ)償或調(diào)換，提高機(jī)床自動(dòng)化程度，保證數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期工作時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量。清楚機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)的誤差產(chǎn)生原因并能夠完成機(jī)床測(cè)頭的標(biāo)定是在線(xiàn)檢測(cè)的前提，本文對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了有針對(duì)性的講解，可以預(yù)見(jiàn)，在線(xiàn)測(cè)量技術(shù)在近些年的發(fā)展將更加迅速。

參考文獻(xiàn)

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[2]崔寧寧，蔡永林，趙滿(mǎn)懷.數(shù)控機(jī)床在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)觸發(fā)式測(cè)頭的預(yù)行程誤差實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2016，（3）：5-7.

（作者單位：杭州技師學(xué)院）