數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測(cè)及補(bǔ)償技術(shù)研究

黃達(dá)

摘 要：本文針對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)，詳細(xì)分析了數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)手段，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;定位精度檢測(cè);精度補(bǔ)償技術(shù)

前言：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，其生產(chǎn)性能在一定程度上影響了工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床定位精度主要是指機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控裝置控制下所能達(dá)到目標(biāo)位置的精準(zhǔn)精度，隨著社會(huì)生產(chǎn)對(duì)精度的要求逐漸增加，如何進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的定位精度已經(jīng)成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1.數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)方法

數(shù)控機(jī)床給進(jìn)系統(tǒng)的定位精度檢測(cè)是進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)床整體生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)性工作，在日常生產(chǎn)階段通過了解系統(tǒng)定位精度劃分情況，能夠避免各種低質(zhì)量部件出現(xiàn)，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.1傳統(tǒng)精度檢測(cè)技術(shù)

在數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)中，傳統(tǒng)的精度檢測(cè)方法所需要使用的工具包括千分表、步距規(guī)、精密水平儀、金屬線紋尺等。有學(xué)者在研究中，通過精密線紋尺與讀數(shù)顯示鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度與重復(fù)定位精度的檢驗(yàn)，雖然最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)在精度方面還存在一定的不足，但是具有成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，滿足大部分企業(yè)的應(yīng)急檢驗(yàn)要求[1]。除此之外，可以通過三維步距規(guī)，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的空間誤差模型，將三維體積位置測(cè)量的思想納入到常規(guī)測(cè)量工作中，通過分步檢測(cè)數(shù)控機(jī)床與指定離散位置之間的誤差，可以基本判斷整個(gè)數(shù)控機(jī)床的幾何誤差情況，是一種可學(xué)有效的檢測(cè)技術(shù)。

1.2基于現(xiàn)代設(shè)備的精度檢測(cè)技術(shù)

1.2.1激光干涉儀測(cè)量

雙頻激光干涉儀基于多普勒效應(yīng)，通過發(fā)射光與反射光之間的多普勒頻儀來確定計(jì)算機(jī)誤差。在精度檢測(cè)期間，不同組件之間的相互配合可以有效測(cè)量機(jī)床的垂直度、直線度與至直線軸等，并檢測(cè)中其中的細(xì)微誤差。從技術(shù)角度來看，激光干涉儀測(cè)量技術(shù)能夠在特定條件下完成對(duì)機(jī)床精度的重復(fù)定位，其理論上的定位精度達(dá)到了0.1 。但是在應(yīng)用期間需要注意的是，該技術(shù)只能檢測(cè)直線運(yùn)動(dòng)的精度誤差，并且在測(cè)量期間存在光路調(diào)整難度大的問題，不恰當(dāng)?shù)陌惭b方式可能會(huì)造成誤差，降低了檢測(cè)精度，不滿足車間廣泛使用的要求。

1.2.2平面光柵測(cè)量技術(shù)

平面光柵測(cè)量技術(shù)在實(shí)際上屬于非接觸式測(cè)量模式，通過在水平的雙轉(zhuǎn)臺(tái)上增設(shè)一個(gè)70mm的平面光柵，其中的機(jī)床主軸末端安裝了讀數(shù)頭，在測(cè)量期間將讀數(shù)頭光柵之間的距離控制在0.5mm內(nèi)，使平面光柵可以測(cè)量二維平面內(nèi)的物體運(yùn)行情況，并獲取復(fù)雜軌跡下的運(yùn)動(dòng)精度情況。根據(jù)現(xiàn)有的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，通過該技術(shù)能夠沿著單軸方向完成高精度的線性光柵驗(yàn)證結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果能夠獲得幾何誤差精度結(jié)果，此時(shí)平面光柵能夠在這個(gè)測(cè)量條件下獲得詳細(xì)的誤差精度。根據(jù)現(xiàn)有的研究經(jīng)驗(yàn)可知，通過平面光柵測(cè)量的方法可以獲得詳細(xì)的精度指標(biāo)，因此滿足二維平面內(nèi)任意軌跡的測(cè)量要求[2]。

2.定位精度補(bǔ)償技術(shù)

為了可以更好的補(bǔ)償各類精度誤差，可以借助不同的技術(shù)來對(duì)設(shè)備的各做標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行修正，這樣能夠顯著提高機(jī)床的精度。

2.1非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)

在非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)中，需要提前對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度進(jìn)行測(cè)量，期間在工作時(shí)對(duì)機(jī)床根據(jù)預(yù)先確定的偏差量來執(zhí)行相應(yīng)的補(bǔ)償指令。

本文所介紹的非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)主要是根據(jù)預(yù)先測(cè)量好的偏差量完成補(bǔ)償，在這種模式下需要保證補(bǔ)償對(duì)象的相對(duì)穩(wěn)定性，避免誤差隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化。例如在技術(shù)處理階段，針對(duì)三軸數(shù)控銑床的幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上采用B樣條曲線，基于非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)來設(shè)置基函數(shù)，在經(jīng)過這種處理之后能夠形成近似誤差軌跡，通過這個(gè)軌跡就能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的幾何誤差的快速補(bǔ)償。

其中需要注意的是，摩擦力不均勻會(huì)在兩個(gè)物體相接觸的情況下產(chǎn)生，而對(duì)于數(shù)控機(jī)床這種變化就是導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)爬行運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在定位精度補(bǔ)償中，通過二元摩擦振子模型的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)控機(jī)床爬行運(yùn)動(dòng)所造成的精度誤差進(jìn)行界定，并采用基于正壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

2.2區(qū)間分隔補(bǔ)償法

本文所介紹的區(qū)間分隔補(bǔ)償法能夠?qū)C(jī)床的定位精度進(jìn)行補(bǔ)償，該方法的原理，就是根據(jù)補(bǔ)償值n，將兩個(gè)相鄰補(bǔ)償點(diǎn)的間隔距離平均分為n+1份，其中的分隔點(diǎn)就是補(bǔ)償點(diǎn)，每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)都是一個(gè)單位，期間不能在補(bǔ)償間隔點(diǎn)之間進(jìn)行補(bǔ)償，這樣才能避免溢出等問題發(fā)生，這個(gè)補(bǔ)償步驟如圖1所示。

在圖1的流程圖中，其中的數(shù)據(jù)處理步驟主要包括：（1）分割子區(qū)間。按照補(bǔ)償值n，直接在補(bǔ)償間隔L的基礎(chǔ)上將其平均分為n+1份，此時(shí)每個(gè)子區(qū)間的長(zhǎng)度為D為D=L/（n+1）。（2）判斷當(dāng)前補(bǔ)償點(diǎn)的位置。在精度補(bǔ)償期間，結(jié)合當(dāng)前坐標(biāo)值與補(bǔ)償間隔L作取余值進(jìn)行運(yùn)算，判斷每個(gè)精度補(bǔ)償點(diǎn)坐落在相應(yīng)的補(bǔ)償間隔內(nèi)。（3）判斷故常條件。在精度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，應(yīng)該注意判斷相關(guān)補(bǔ)償位置是否滿足補(bǔ)償條件，其中的核心內(nèi)容就是要了解相關(guān)定位點(diǎn)是否處于補(bǔ)償位置中。（4）計(jì)算補(bǔ)償值。若在計(jì)算期間發(fā)現(xiàn)點(diǎn)不在補(bǔ)償點(diǎn)位置，則補(bǔ)償值為0;若處于補(bǔ)償點(diǎn)位置，則可以根據(jù)補(bǔ)償值來確定補(bǔ)償值為-1或者1。（5）返回當(dāng)前補(bǔ)償值。返回補(bǔ)償值后對(duì)當(dāng)前的點(diǎn)做誤差補(bǔ)償。

在本階段精度誤差補(bǔ)償期間還應(yīng)該注意的是，影響數(shù)控機(jī)床定位精度的因素使多方面的，所以在精度數(shù)據(jù)處理中應(yīng)該針對(duì)某些特定的誤差進(jìn)行識(shí)別，例如在區(qū)間分割法的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建綜合誤差模型，對(duì)因熱誤差與幾何誤差所引發(fā)的機(jī)床靜態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可以進(jìn)一步提高機(jī)床誤差補(bǔ)償水平。

結(jié)論：數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測(cè)及補(bǔ)償技術(shù)是提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)精度的關(guān)鍵，本文所介紹的精度檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)滿足數(shù)控機(jī)床精度管理要求，具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的精度管理要求，具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉，陳鵬，潘愛金，等.數(shù)控機(jī)床誤差檢測(cè)及補(bǔ)償技術(shù)研究進(jìn)展[J].機(jī)床與液壓，2019，47（17）：198-205.

[2]張培.基于SIEMENS 828D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測(cè)及補(bǔ)償方法[J].科技展望，2016，26（24）：62-63.