機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差分析

數(shù)控機(jī)床在航空航天、醫(yī)療設(shè)備、能源電子、國(guó)防通信等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在旋轉(zhuǎn)軸誤差測(cè)量方面:ZhenyaHe在旋轉(zhuǎn)軸誤差補(bǔ)償方面:減小旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差主要有兩種途徑本文利用API角擺檢查儀和6D激光干涉儀測(cè)量出五軸數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差，基于HNC-8數(shù)控系統(tǒng)的開放性特征，開發(fā)了旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊并集成于數(shù)控系統(tǒng)，以提高機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)精度，最終提高機(jī)床加工精度。1旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)定位誤差測(cè)量原理如圖1所示，以水平轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為例，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生六項(xiàng)幾何誤差，包括沿X、Y和Z軸3個(gè)方向的平動(dòng)誤差δ1.1擺動(dòng)軸轉(zhuǎn)角定位誤差計(jì)算角擺檢查儀測(cè)量頭由1個(gè)高精度圓光柵編碼器和1個(gè)高精度電子水平儀構(gòu)成。電子水平儀相對(duì)于角擺檢查儀殼體的傾斜角度可以由伺服馬達(dá)控制，將機(jī)床擺動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)角度和水平儀傾斜角度相比較，就能夠計(jì)算出角擺檢查儀從任意一個(gè)開始位置轉(zhuǎn)過的相對(duì)角度，即擺動(dòng)軸轉(zhuǎn)角定位誤差。測(cè)量機(jī)床搖擺臺(tái)和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角定位誤差原理與擺動(dòng)軸相同。1.2角擺檢查儀安裝平面鏡當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸線垂直于大地水平面的水平轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，電子水平儀不能作為轉(zhuǎn)角的參考基準(zhǔn)。測(cè)量水平轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，可以通過儀器側(cè)面法蘭將角擺檢查儀安裝到水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，在與側(cè)面法蘭相對(duì)的另一面上，旋轉(zhuǎn)軸端部可以安裝一個(gè)平面鏡。在伺服電動(dòng)機(jī)控制下，平面鏡和旋轉(zhuǎn)軸一起運(yùn)動(dòng)。通過外部設(shè)備(API6D激光干涉儀)測(cè)量鏡子的偏角，可以代替垂直狀態(tài)下電子水平儀所起的作用，實(shí)現(xiàn)測(cè)量水平轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角定位誤差功能。2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)定位誤差補(bǔ)償原理2.1補(bǔ)償值序列組成為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償，首先需要根據(jù)所測(cè)量的誤差曲線生成補(bǔ)償值序列，該序列是旋轉(zhuǎn)軸全行程范圍內(nèi)等距測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值集合。對(duì)于非測(cè)量點(diǎn)處的誤差補(bǔ)償值，基于補(bǔ)償值序列，按照線性插值的計(jì)算方法得到，方法如圖2所示，圖中當(dāng)前位置補(bǔ)償值計(jì)算公式為:其中:e2.2補(bǔ)器補(bǔ)償模塊在數(shù)控系統(tǒng)中，加工G代碼經(jīng)過解釋器后，插補(bǔ)器計(jì)算下一插補(bǔ)周期旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給量(ΔA，ΔB，ΔC)，同時(shí)，轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸所在位置計(jì)算補(bǔ)償值(Δe2.3提高定位精度HNC-8數(shù)控系統(tǒng)具有開放性特征，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差插補(bǔ)方法，在華中8型數(shù)控系統(tǒng)上開發(fā)了旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊，完善了國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)功能，提高了機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位精度。旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊開發(fā)流程如圖4所示，補(bǔ)償模塊界面如圖5所示。主要誤差補(bǔ)償參數(shù)有:補(bǔ)償軸號(hào)、螺距誤差補(bǔ)償類型、螺距誤差補(bǔ)償起點(diǎn)坐標(biāo)、螺距誤差補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)、螺距誤差補(bǔ)償點(diǎn)間距、螺距誤差取模補(bǔ)償使能、螺距誤差補(bǔ)償倍率和螺距誤差補(bǔ)償表起始參數(shù)號(hào)。3使用實(shí)例3.1旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊本論文以湖北江山華科公司生產(chǎn)的五軸龍門鏜銑床DXJ320-5A為研究對(duì)象。該機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸由擺動(dòng)軸B和水平回轉(zhuǎn)軸C構(gòu)成，配備有華中8型數(shù)控系統(tǒng)并集成了旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊。B軸的擺動(dòng)范圍為-603.2編碼器初始化過程首先在B軸初始位置將角擺檢查儀按照夾持柄豎直向上(允許斜偏幾度)的方向安裝在B軸上，運(yùn)行角擺檢查儀測(cè)量軟件，選擇擺動(dòng)軸測(cè)量模式，系統(tǒng)開始進(jìn)行編碼器初始化過程以確定編碼器和水平儀的相對(duì)位置關(guān)系。接下來設(shè)置采樣參數(shù)，B軸擺動(dòng)全行程為-603.3確定角擺檢查儀的旋轉(zhuǎn)軸線將角擺檢查儀的側(cè)面安裝法蘭向下橫放在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，用百分表以角擺檢查儀的凸起圓臺(tái)特征為參照，將角擺檢查儀的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)齊到被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸線。在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，百分表跳動(dòng)范圍在20μm以內(nèi)，即可固定好角擺檢查儀。對(duì)齊的目的是保證整個(gè)旋轉(zhuǎn)過程中，都有足夠的光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)過平面鏡反射回到激光干涉儀的6D傳感器上。3.4比較補(bǔ)償效果的分析表明按照上述測(cè)量方案對(duì)機(jī)床擺動(dòng)軸B和水平轉(zhuǎn)臺(tái)軸C進(jìn)行轉(zhuǎn)角定位誤差測(cè)量。圖10、圖11分別為B軸在-60從誤差曲線圖可以看出，B軸在-604旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊的開發(fā)應(yīng)用本文利用API角擺檢查儀和6D激光干涉儀測(cè)量了五軸數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角定位誤差，基于HNC-8數(shù)控系統(tǒng)開放性特征，開發(fā)了旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角定位誤差補(bǔ)償模塊，并在五軸機(jī)床上的擺動(dòng)軸和水平轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行了誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，