數(shù)控機(jī)床幾何誤差測(cè)量及誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究.pdf

1、本文研究數(shù)控機(jī)床幾何誤差檢測(cè)及其補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床工作空間中的平面（二維）誤差場(chǎng)的檢測(cè)、建模和補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)和深入的探討，主要包括以下幾方面內(nèi)容： 在論述國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床幾何誤差檢測(cè)及補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)上，深入地闡述了機(jī)床幾何（定位）誤差的性質(zhì)，即起點(diǎn)相對(duì)性、指令位置依賴性和誤差場(chǎng)的連續(xù)性，并利用高精度的HEIDENHAIN直線光柵和平面光柵，對(duì)上述各項(xiàng)性質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步提出一種平面誤差場(chǎng)標(biāo)定方法——接力測(cè)量法，并對(duì)

2、該方法的測(cè)量精度和誤差積累規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下，接力測(cè)量法可以滿足中、低檔數(shù)控機(jī)床誤差場(chǎng)測(cè)量的要求。接力測(cè)量方法的采用，成倍地?cái)U(kuò)大了儀器的量程，有效地解決了機(jī)床工作空間大與高精度量儀的量程不夠的矛盾。 分析了現(xiàn)有球桿儀只能測(cè)量徑向誤差，不能反映轉(zhuǎn)角誤差的不足，研發(fā)了“二維球桿儀”；該儀器可以同時(shí)測(cè)量圓軌跡上一系列指令點(diǎn)上的徑向誤差和轉(zhuǎn)角誤差（可以換算出X方向和Y方向的誤差值）；對(duì)二維球桿儀進(jìn)行了誤差分析和

3、精度校正，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)并和平面光柵進(jìn)行了精度比對(duì)。結(jié)果表明，該裝置X向重復(fù)誤差為1.1μm, 在Y向重復(fù)誤差為1.6μm，精度比對(duì)的均方根差值X向?yàn)?.3μm，Y向?yàn)?.4μm；具有較高的測(cè)量精度，為機(jī)床幾何誤差的測(cè)定提供了一種實(shí)用的工具。 開發(fā)了基于一維步距規(guī)的機(jī)床誤差檢測(cè)、精度評(píng)價(jià)和誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了和華中數(shù)控系統(tǒng)的融合。使用HEIDENHAIN直線光柵VM101測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)單軸反向間隙進(jìn)行了測(cè)量和補(bǔ)償，補(bǔ)償后，

4、同一點(diǎn)多次測(cè)量誤差可控制在2μm內(nèi)；消除了反向間隙對(duì)平面誤差場(chǎng)測(cè)量的影響，簡化了誤差的測(cè)量和誤差模型的建立。建立了平面誤差場(chǎng)的多項(xiàng)式和人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種模型，為數(shù)控機(jī)床幾何誤差的軟件補(bǔ)償提供了基礎(chǔ)。 采用接力的方法，分別使用二維球桿儀和平面光柵，標(biāo)定了一臺(tái)數(shù)控銑床的平面誤差場(chǎng)，用最小二乘法對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，并對(duì)各種測(cè)量方法、各種誤差模型的精度進(jìn)行了相互驗(yàn)證和分析比對(duì)，二維球桿儀和平面光柵兩種多項(xiàng)式誤差模型的均方根差在X、

5、Y向分別為2.3μm和1.4μm。比對(duì)結(jié)果表明，所采用的各種測(cè)量方法、所建立的各種誤差模型具有較好的一致性，它們的精度能滿足中、低檔數(shù)控機(jī)床誤差檢測(cè)的需要。 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)機(jī)床圓軌跡運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行了補(bǔ)償，試驗(yàn)表明，補(bǔ)償后，誤差減少了72﹪以上。應(yīng)用建立的多項(xiàng)式誤差模型，對(duì)平面誤差場(chǎng)實(shí)施了誤差補(bǔ)償，測(cè)量結(jié)果表明，補(bǔ)償后，誤差數(shù)值下降了51.8﹪以上；對(duì)加工工件的圓度誤差進(jìn)行了測(cè)試，補(bǔ)償前，加工工件的圓度誤差為22.0μm,