本文原載于《內蒙古教育》,作者:廣東省工商高級技工學校 溫劍藝
摘要:
本文介紹了三軸立式數控銑床幾何誤差的檢測方法、建模理論、軟件補償技術,利用中圖儀器SJ6000 激光干涉儀在不改變機床的硬件的前提下對 ZXK-32D 三軸立式數控銑床的幾何誤差進行測量、建模,實施誤差補償,驗證幾何誤差軟件補償技術。
綜合誤差測量參數辨識法是采用“數學辨識模型 + 特定點空間位置誤差”測量機床在運行正常的情況下出現的誤差,并獲得單項誤差數據。綜合誤差辨識是先通過數學建模 , 然后基于模型對其測量點的綜合誤差進行分離辨識 , 從而間接 得到機床各項幾何誤差離散值。
幾何誤差軟件補償技術是一種直接作用于機床的誤差補償方法,通過對數控機床加工指令進行修改達到提高加工精度、減少幾何誤差的目的。目前,數控機床幾何誤差補償多采取軟件補償的方法,分數控程序算法修正和控制器修正??刂破餮a償可分為嵌入軟件和參數修正。數控程序算法修正是指將程序在數控加工環節和后處理環節中的處理,數控程序補償可分為后處理器和數控指令修正。
三軸立式數控銑床是通過數控指令控制刀具的切削運動?;诙囿w系統理論,采取軟件補償的方法對數控指令進行實時修正,實時調整刀具中心運動提高加工精度。幾何誤差補償軟件補償可分為仿真模塊、建模模塊、補償模塊、測量模塊四部分,其原理是通過誤差補償軟件修改數控指令,用修正后的數控指令驅動數控機床,調整刀具中心運動軌跡,減少刀尖實際位置與理論位置之間的誤差,提高加工精度。其中,仿真模塊是利用 UG、CAXA 等軟件可快速、直觀對比補償前后程序的仿真效果 ;建模模塊是通過設置一系列的參數(如機床切削參數、刀具尺寸、設置坐標系等)實現三軸數控機床誤差模型的建立 ;補償模塊是依據測量的誤差數據和誤差補償模型補償或者修正導入數控程序的誤差 ;測量模塊是通過檢測獲取原始數據,包括 X 軸幾何誤差、Y 軸幾何誤差、Z 軸幾何誤差、垂直幾何誤差。
激光干涉儀測量一般屬于一維的準靜態測量方法。激光干涉儀可在較快的位移速度下測量較大的距離,測量精度高, 一般為 0.1μm,可用于檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等幾何誤差。激光干涉儀穩定性好,抗干擾能力強,能對測量數據進行自動處理,適合在一般車間條件下使用。
Z 軸測量 :固定 X 軸和 Y 軸,Z 軸從 C0 點移動到 C 點, 測取數值。
ZXK-32D 三軸立式數控銑床曾經被洪水浸泡,同時維護保養跟不上,長久使用后精度明顯降低。本次實驗旨在嘗試提高數控銑床精度,在不改變機床的硬件的前提下,對其進行建模測量和實施誤差補償,分別比較驗證軟件補償前后加工數據,以判斷軟件補償技術是否有效。
ZXK-32D 型三軸立式數控鐵床(廣州數控機床有限公司) 的基本參數為 :工作臺面積(寬×長 )320mm×900mm ;型槽(槽數 - 槽寬 × 槽距)3-14×100 ;工作臺承載工件重量 300kg ;工作臺左右行程(X 向)550mm ;工作臺前后行程 (Y 向)320mm ;主軸箱上下行程(Z 向)300mm ;主軸端面距工作臺面距離 50~350mm ;主軸中心線至立柱導軌面距離 300mm ;主軸錐孔MT4 主軸電機功率 1.5/2.2KW ;主軸轉速范圍 (6 級 ) 265~1815 r.p.m ;進給速度 1~1500 mm/min ;快速移動速度3m/min;線性坐標的定位精度 X/Y/Z:0.04/0.03/0.03 mm ;線性坐標的重復定位精度 X/Y/Z :0.02/0.015/0.015 mm。
從以上兩個表格數據可以看出,數控機床在幾何誤差軟件補償后,機床直線加工精度和定點運動精度都得到了提高。