论文部分内容阅读
摘 要：本文针对数控机床定位精度检测与补偿技术，详细分析了数控机床定位精度检测与补偿技术手段，并对其中的关键技术进行了全面研究。
关键词：数控机床;定位精度检测;精度补偿技术
前言：数控机床是现代工业生产的关键，其生产性能在一定程度上影响了工业生产质量。数控机床定位精度主要是指机床各运动部件在数控装置控制下所能达到目标位置的精准精度，随着社会生产对精度的要求逐渐增加，如何进一步提高数控机床的定位精度已经成为人们重点关注的问题。
1.数控机床定位精度检测方法
数控机床给进系统的定位精度检测是进一步增强机床整体生产能力的基础性工作，在日常生产阶段通过了解系统定位精度划分情况，能够避免各种低质量部件出现，具有经济价值。
1.1传统精度检测技术
在数控机床定位精度检测中，传统的精度检测方法所需要使用的工具包括千分表、步距规、精密水平仪、金属线纹尺等。有学者在研究中，通过精密线纹尺与读数显示镜实现了对数控机床的定位精度与重复定位精度的检验，虽然最终结果发现这种传统的检测技术在精度方面还存在一定的不足，但是具有成本低、操作简单等优点，满足大部分企业的应急检验要求[1]。除此之外，可以通过三维步距规，结合数控机床的空间误差模型，将三维体积位置测量的思想纳入到常规测量工作中，通过分步检测数控机床与指定离散位置之间的误差，可以基本判断整个数控机床的几何误差情况，是一种可学有效的检测技术。
1.2基于现代设备的精度检测技术
1.2.1激光干涉仪测量
双频激光干涉仪基于多普勒效应，通过发射光与反射光之间的多普勒频仪来确定计算机误差。在精度检测期间，不同组件之间的相互配合可以有效测量机床的垂直度、直线度与至直线轴等，并检测中其中的细微误差。从技术角度来看，激光干涉仪测量技术能够在特定条件下完成对机床精度的重复定位，其理论上的定位精度达到了0.1 。但是在应用期间需要注意的是，该技术只能检测直线运动的精度误差，并且在测量期间存在光路调整难度大的问题，不恰当的安装方式可能会造成误差，降低了检测精度，不满足车间广泛使用的要求。
1.2.2平面光栅测量技术
平面光栅测量技术在实际上属于非接触式测量模式，通过在水平的双转台上增设一个70mm的平面光栅，其中的机床主轴末端安装了读数头，在测量期间将读数头光栅之间的距离控制在0.5mm内，使平面光栅可以测量二维平面内的物体运行情况，并获取复杂轨迹下的运动精度情况。根据现有的应用经验可知，通过该技术能够沿着单轴方向完成高精度的线性光栅验证结果，根据该结果能够获得几何误差精度结果，此时平面光栅能够在这个测量条件下获得详细的误差精度。根据现有的研究经验可知，通过平面光栅测量的方法可以获得详细的精度指标，因此满足二维平面内任意轨迹的测量要求[2]。
2.定位精度补偿技术
为了可以更好的补偿各类精度误差，可以借助不同的技术来对设备的各做标轴的运动情况进行修正，这样能够显著提高机床的精度。
2.1非实时误差补偿技术
在非实时误差补偿技术中，需要提前对数控机床的精度进行测量，期间在工作时对机床根据预先确定的偏差量来执行相应的补偿指令。
本文所介绍的非实时误差补偿技术主要是根据预先测量好的偏差量完成补偿，在这种模式下需要保证补偿对象的相对稳定性，避免误差随着时间的变化而发生变化。例如在技术处理阶段，针对三轴数控铣床的几何误差进行补偿，在神经网络的基础上采用B样条曲线，基于非实时误差补偿技术来设置基函数，在经过这种处理之后能够形成近似误差轨迹，通过这个轨迹就能实现对数控机床的几何误差的快速补偿。
其中需要注意的是，摩擦力不均匀会在两个物体相接触的情况下产生，而对于数控机床这种变化就是导致机床出现爬行运动，此时在定位精度补偿中，通过二元摩擦振子模型的基础上，对数控机床爬行运动所造成的精度误差进行界定，并采用基于正压力的基础上进行误差补偿。
2.2区间分隔补偿法
本文所介绍的区间分隔补偿法能够对机床的定位精度进行补偿，该方法的原理，就是根据补偿值n，将两个相邻补偿点的间隔距离平均分为n+1份，其中的分隔点就是补偿点，每个补偿点都是一个单位，期间不能在补偿间隔点之间进行补偿，这样才能避免溢出等问题发生，这个补偿步骤如图1所示。
在图1的流程图中，其中的数据处理步骤主要包括：（1）分割子区间。按照补偿值n，直接在补偿间隔L的基础上将其平均分为n+1份，此时每个子区间的长度为D为D=L/（n+1）。（2）判断当前补偿点的位置。在精度补偿期间，结合当前坐标值与补偿间隔L作取余值进行运算，判断每个精度补偿点坐落在相应的补偿间隔内。（3）判断故常条件。在精度补偿环节，应该注意判断相关补偿位置是否满足补偿条件，其中的核心内容就是要了解相关定位点是否处于补偿位置中。（4）计算补偿值。若在计算期间发现点不在补偿点位置，则补偿值为0;若处于补偿点位置，则可以根据补偿值来确定补偿值为-1或者1。（5）返回当前补偿值。返回补偿值后对当前的点做误差补偿。
在本阶段精度误差补偿期間还应该注意的是，影响数控机床定位精度的因素使多方面的，所以在精度数据处理中应该针对某些特定的误差进行识别，例如在区间分割法的基础上，通过构建综合误差模型，对因热误差与几何误差所引发的机床静态误差进行补偿，可以进一步提高机床误差补偿水平。
结论：数控机床定位精度的检测及补偿技术是提高数控机床生产精度的关键，本文所介绍的精度检测与补偿技术满足数控机床精度管理要求，具有显著技术优势，满足大部分数控机床的精度管理要求，具有推广价值。
参考文献：
[1]张伟，陈鹏，潘爱金，等.数控机床误差检测及补偿技术研究进展[J].机床与液压，2019，47（17）：198-205.
[2]张培.基于SIEMENS 828D系统的数控机床定位精度的检测及补偿方法[J].科技展望，2016，26（24）：62-63.
关键词：数控机床;定位精度检测;精度补偿技术
前言：数控机床是现代工业生产的关键，其生产性能在一定程度上影响了工业生产质量。数控机床定位精度主要是指机床各运动部件在数控装置控制下所能达到目标位置的精准精度，随着社会生产对精度的要求逐渐增加，如何进一步提高数控机床的定位精度已经成为人们重点关注的问题。
1.数控机床定位精度检测方法
数控机床给进系统的定位精度检测是进一步增强机床整体生产能力的基础性工作，在日常生产阶段通过了解系统定位精度划分情况，能够避免各种低质量部件出现，具有经济价值。
1.1传统精度检测技术
在数控机床定位精度检测中，传统的精度检测方法所需要使用的工具包括千分表、步距规、精密水平仪、金属线纹尺等。有学者在研究中，通过精密线纹尺与读数显示镜实现了对数控机床的定位精度与重复定位精度的检验，虽然最终结果发现这种传统的检测技术在精度方面还存在一定的不足，但是具有成本低、操作简单等优点，满足大部分企业的应急检验要求[1]。除此之外，可以通过三维步距规，结合数控机床的空间误差模型，将三维体积位置测量的思想纳入到常规测量工作中，通过分步检测数控机床与指定离散位置之间的误差，可以基本判断整个数控机床的几何误差情况，是一种可学有效的检测技术。
1.2基于现代设备的精度检测技术
1.2.1激光干涉仪测量
双频激光干涉仪基于多普勒效应，通过发射光与反射光之间的多普勒频仪来确定计算机误差。在精度检测期间，不同组件之间的相互配合可以有效测量机床的垂直度、直线度与至直线轴等，并检测中其中的细微误差。从技术角度来看，激光干涉仪测量技术能够在特定条件下完成对机床精度的重复定位，其理论上的定位精度达到了0.1 。但是在应用期间需要注意的是，该技术只能检测直线运动的精度误差，并且在测量期间存在光路调整难度大的问题，不恰当的安装方式可能会造成误差，降低了检测精度，不满足车间广泛使用的要求。
1.2.2平面光栅测量技术
平面光栅测量技术在实际上属于非接触式测量模式，通过在水平的双转台上增设一个70mm的平面光栅，其中的机床主轴末端安装了读数头，在测量期间将读数头光栅之间的距离控制在0.5mm内，使平面光栅可以测量二维平面内的物体运行情况，并获取复杂轨迹下的运动精度情况。根据现有的应用经验可知，通过该技术能够沿着单轴方向完成高精度的线性光栅验证结果，根据该结果能够获得几何误差精度结果，此时平面光栅能够在这个测量条件下获得详细的误差精度。根据现有的研究经验可知，通过平面光栅测量的方法可以获得详细的精度指标，因此满足二维平面内任意轨迹的测量要求[2]。
2.定位精度补偿技术
为了可以更好的补偿各类精度误差，可以借助不同的技术来对设备的各做标轴的运动情况进行修正，这样能够显著提高机床的精度。
2.1非实时误差补偿技术
在非实时误差补偿技术中，需要提前对数控机床的精度进行测量，期间在工作时对机床根据预先确定的偏差量来执行相应的补偿指令。
本文所介绍的非实时误差补偿技术主要是根据预先测量好的偏差量完成补偿，在这种模式下需要保证补偿对象的相对稳定性，避免误差随着时间的变化而发生变化。例如在技术处理阶段，针对三轴数控铣床的几何误差进行补偿，在神经网络的基础上采用B样条曲线，基于非实时误差补偿技术来设置基函数，在经过这种处理之后能够形成近似误差轨迹，通过这个轨迹就能实现对数控机床的几何误差的快速补偿。
其中需要注意的是，摩擦力不均匀会在两个物体相接触的情况下产生，而对于数控机床这种变化就是导致机床出现爬行运动，此时在定位精度补偿中，通过二元摩擦振子模型的基础上，对数控机床爬行运动所造成的精度误差进行界定，并采用基于正压力的基础上进行误差补偿。
2.2区间分隔补偿法
本文所介绍的区间分隔补偿法能够对机床的定位精度进行补偿，该方法的原理，就是根据补偿值n，将两个相邻补偿点的间隔距离平均分为n+1份，其中的分隔点就是补偿点，每个补偿点都是一个单位，期间不能在补偿间隔点之间进行补偿，这样才能避免溢出等问题发生，这个补偿步骤如图1所示。
在图1的流程图中，其中的数据处理步骤主要包括：（1）分割子区间。按照补偿值n，直接在补偿间隔L的基础上将其平均分为n+1份，此时每个子区间的长度为D为D=L/（n+1）。（2）判断当前补偿点的位置。在精度补偿期间，结合当前坐标值与补偿间隔L作取余值进行运算，判断每个精度补偿点坐落在相应的补偿间隔内。（3）判断故常条件。在精度补偿环节，应该注意判断相关补偿位置是否满足补偿条件，其中的核心内容就是要了解相关定位点是否处于补偿位置中。（4）计算补偿值。若在计算期间发现点不在补偿点位置，则补偿值为0;若处于补偿点位置，则可以根据补偿值来确定补偿值为-1或者1。（5）返回当前补偿值。返回补偿值后对当前的点做误差补偿。
在本阶段精度误差补偿期間还应该注意的是，影响数控机床定位精度的因素使多方面的，所以在精度数据处理中应该针对某些特定的误差进行识别，例如在区间分割法的基础上，通过构建综合误差模型，对因热误差与几何误差所引发的机床静态误差进行补偿，可以进一步提高机床误差补偿水平。
结论：数控机床定位精度的检测及补偿技术是提高数控机床生产精度的关键，本文所介绍的精度检测与补偿技术满足数控机床精度管理要求，具有显著技术优势，满足大部分数控机床的精度管理要求，具有推广价值。
参考文献：
[1]张伟，陈鹏，潘爱金，等.数控机床误差检测及补偿技术研究进展[J].机床与液压，2019，47（17）：198-205.
[2]张培.基于SIEMENS 828D系统的数控机床定位精度的检测及补偿方法[J].科技展望，2016，26（24）：62-63.