数控机床误差的辨识新方法研究及补偿应用

数控机 床误 差 的辨 识新 方法研究及补偿 应用
李 阵， 王海 东 （ 沈 阳机床股份有 限公 司 ， 沈阳 １ １ ０ １ ４ １）
摘 要 ：数控 机床的误差辨识是验证机床 综合 性能的主要手段和重要 方式，通过误差辨识得 出的结 果可 以为补偿误 差提 供理论依据 ，误 差的诊 断结果 同时还 能够为机床 的检修提供 科学的判断 ，本文就数控机床存 在的空间定位误差进行综合性分析 ，利用变换坐标的方式建立新 的坐标体 系， 帮 助 机 床 进 行 误 差 的 测 量 和 补 偿 。 关 键 词 ： 数 控 机 床 ； 误 差 ； 辨 识 方 法 ； 补 偿 应 用 数控机床在使 用的过程 中会 出现一 系列误差 ，最主要 的误 差是热 部件配置所造 成 ，这种误差可 以通过数 控系统对其进行补偿 ，定位误 误差和 几何误 差 ，需要提高数控机床 的加工精度 ，就需要采 用合 适的 差往往是与温 度有关又与位置有关 的误 差 ，需要在不 同的温 度下对误 方式减 少这 两种误差对数控机床工作 的影响。随着我 国制造 水平 的提 高 ，对于数控 机床精度的要求也越 来越 高 ，但是精度越密集 的机床 ， 其热误 差 占总误差的 比例往往越 高 ，因此 ，对热误差进行 补偿是提高 数控机床精度 的关键 。
后将 测量的数据和机床 的初始状态时的数据进行综 合 比较 ，根据机床 调试。补偿器还需要同数控系统进行连接 ，对外部 的输 出线进行简化 ， 几何 精度的变化将测 量出来的结果单独绘制成 几何 图形 ，就能通过 图 预留一根触发信号线 ，可以控制最大输出的偏移量。 形找 出敏感的直线误 差甚至是垂直误差 。将所 有实验中取得 的数据绘 ２ ． ３ 补偿 的实施效果分析 制在 一张 图形上 ，从 中得 到 占空率对机床几何精度 变化的影 响。直线 通过上述测量可 以得 到定位误差 ，然后对定 位误差和主轴的热 误 度 的误差可 以由机床 轴进 行判断 ，横轴上 的直线度 数据一般不能超过 差进行建模 ，通过误 差补偿装置进行综合性补偿 。在进行补偿之前 需 ３ 微米 ，主要原 因在 于横轴对 热有一定 的敏感性 ，从传感 器收集到 的 要对机床的运动轴进 行测量 ，其次还需要测量 补偿装置输出值 的对 应 数据 可 以看 出温度与 机床其他部位相 比存在 的差别。纵轴上 的垂直 直 特性 ，下图为定位误差补偿的相应输出值 。 线 度一 般会达到 １ ５ 微米 ，这根横 轴的运 动有着 一定 的联 系。与直 线 激光测量仪对 数控机床误差 的补偿 ， 对 于横轴的定位误差而 言 ， 度的误差相 比较 ，垂 直度的误差是引起机床 几何精度直线下 降的主要 在没有补偿 的情况 下出现的定位误 差为 ８ ｍ，补偿之后定位误差 下降 原因 ，一般情 况下 ，当垂直度 的误差超过 １ ４ ０微米 时就会威胁 到机床 了 ６ 岬 ，而 Ｚ轴的定位 误差在 补偿之后下 降 了 １ ８ ｔ ｍａ 。对温 度的影 响 的正常工作 ，所 以在误差靠 近 １ ４ ０ 微 米时候 需要 及时对 机床进 行调整 ， 不进行考虑 ， 在 补偿过程 中需要 以第一次测 量的位 移最大 值进 行补偿 ，
连接 ， 对 机床的温度进行检 测 ，从而更好的预测机床存 在的误差 。在 补偿器 上还需要 连接 位移传 感器 ， 用来检测补偿后的机床主轴热偏移 。 数 据评估法是对机床 的每个轴中的直线度和垂 直度进行测量 ，然 将 笔记本 电脑 的串口与补偿 器的串 口进行连接 ，通过 上位机程序进行
差进行测量 ， 通过 插补法建立 定位误 差与温度和位置之间的关系模型 ， 并对此进行补充补偿 。
２ ． ２ 补 偿 装 置 的 安 装
１ 数控机床误差的主要辨识方法
１ ． １ 数 据 评估 法
在进行误差补偿 时需要安装适 当的补偿 装置 。 首先 在机床上布置一些温度传 感器 ，通过传感接 口与补偿器进行
度进行测量 ，由于实际的误差轨迹是 由多种误差组成 的，在 多种误差 差进行补偿之后测量得到 的径 向误差在原来 的基础上减 少了 ７ ５ ％。 的作用下会 形成统一误差轨迹 。在进 行误差分离时应该根据 每一种误 总之 ，通 过对 数控机床 的误差进行 补偿使得其定位误 差和主轴的 差轨迹 的模 式特点对误差进行分 离 ，最后对各项误差进行 准确辨识 。 热误差得 到了一定程度的改善 ，从 而得 到数控机床 的误差补 偿技术在 球杆仪 具有 误差模拟的功 能，通过模 拟发现某一项误 差时可以对 已经 提高机床精度过程 中具有较高 的实用价值 。 存在 的误 差进行等 比例 的拉伸或者进 行等 比例 的收缩 ，保证 轨迹误差 ３ 结 束 语 中的数 值不 发生变化 ，从而能够 为单项误差的辨识提供数 据依据 ，为 了保证辨 识结果的准确性 ，需要 对间隙误差进行补偿 ，当存在反 向的 现 有的数控机床在空 间定位 的误差补偿过程 中，人们 往往会忽略 间隙 误 差 时 ，同 时 还 存 在 反 响越 冲 时 ，需 要 明确 其 在 轨迹 误 差 中 的 位 对温度 的考虑 ，从而导致补偿 的精 度不够准确 ，本文通过 快速测量和
置 ，进而确定其大小 。 补偿 的方式确定了空 间定位 误差和温度之 间的正相关 关系 ，所 以在不 １ ３ 激 光 干 涉 仪 测 量 法 同温 度 情 况 下 需 要 对 空 间定 位 的 误 差 进 行 有 效 预 测 ，保证 空 间定 位 误 激 光 干 涉 仪 测 量 法 是 机 床 误 差 测 量 中 相 对 完 善 和 成 熟 的 测 量 工 差补 偿 和 温 度 变 化 不 再 分 离 ，为 补 偿 不 同更 高 的精 确 度 。 在 常 用 的数 具 。由于数控机床本身 的运动 相对复杂 ，其在运动过 程中产生的误差 控机 床误差补偿 中，管理人 员往往缺乏灵活性补偿 方法 ，针对数控 系 也是 相对复杂的 ，对这些误差进 行逐一测量需要花 费较多的时 间，通 统 的外部便宜系统进行研 究 ，可 以通过软件和硬件 的综合设计 ，为误 过激 光干涉仪能够对机床 的线 性定位误差进行辨识 ，其测量原理如下 差补偿提供新 的有效 的实施 方法 ，从而解决机床在 工作中 由于误差 的 图所 示 。 出现而 引发的高成本问题 。 激光干涉仪测量原理 对机床 的线性定位误 差进 行测量时 ，需要 固定 干涉镜 ，然后移动 参考 文献 ： 反射镜 ，分 别测量三个数 轴的定位误差 ，在此期 间需要对激光干涉仪 ［ １ ］ 刘建军 ． 多轴数控 机床 几何误差辨识与补偿技术研 究 ［ Ｄ ］ ．西南交
保证其工作的正常运行 。 事实上在不考 虑温度变化的情况下对数 控机床的误差进行补偿仍 然存 １ ． ２ 球 杆 仪 检 测 法 在一定程度 的误差数据 ，不能达 到完全 补偿的 目的 ，所 以考 虑温度的 机床在运 动过 程中 ，管理人员往往会 使用球杆仪对机床 运动的精 变化可 以进 一步提高定位误差补偿 的效果。同定位误差相 同 ， 对 热误