位置和輪廓偏差的Z佳測(cè)量方法

位置和輪廓偏差的*測(cè)量方法                      

海德漢二維編碼器KGM 282

機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度決定著機(jī)床的工作性能。因此對(duì)于高精度加工，必須測(cè)量和根據(jù)需要補(bǔ)償位置偏差。然而，現(xiàn)代化機(jī)床的大加速度運(yùn)動(dòng)也意味著動(dòng)態(tài)輪廓偏差的影響越來(lái)越大。海德漢的全新KGM 282二維編碼器支持對(duì)這兩類偏差的測(cè)量。

加工區(qū)小的機(jī)床zui適用于生產(chǎn)高精度零件，例如手表和光學(xué)器械零件。高剛性和幾乎沒(méi)有振動(dòng)是其中的原因。機(jī)床校準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)機(jī)床的精度程度。但為滿足不斷提高的精度要求，需要使用新校準(zhǔn)方法。這是傳統(tǒng)的點(diǎn)測(cè)量方法現(xiàn)在被高精度的機(jī)床加工區(qū)空間測(cè)量方法所取代的原因，新方法是用二維編碼器測(cè)量。

海德漢的全新KGM 282二維編碼器（圖1）測(cè)量機(jī)床的位置和輪廓偏差。一方面，X軸和Z軸高達(dá)±1 µm的光柵尺精度能用*的精度校準(zhǔn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性。另一方面，KGM 282的信號(hào)周期只有4 µm。而且是非接觸式測(cè)量，這種方法在檢測(cè)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能中可以達(dá)到*精度。

當(dāng)然，夾具不能影響精度。為此，海德漢重新設(shè)計(jì)了在工作臺(tái)上的固定方法。三點(diǎn)底座隔離安裝機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)上沿Z軸方向測(cè)量的支撐。這樣，工作臺(tái)面上的任何污染可能影響本體，但不影響二維編碼器的支撐。而在X軸方向，連接剛性不同于上一代的KGM 181。因此，如果對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度*的機(jī)床進(jìn)行校準(zhǔn)，應(yīng)使用KGM 181二維編碼器。

位置和輪廓偏差的*測(cè)量方法                      

提高空間精度

如與海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的校準(zhǔn)循環(huán)一起使用，KGM 282二維編碼器顯著提高3軸運(yùn)動(dòng)的空間精度。在對(duì)加工區(qū)空間尺寸為200 mm x 200 mm x 200 mm的機(jī)床（圖2）測(cè)試中，KGM 282與TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的定制軟件一起將空間偏差減小到2 µm以下。所用的特殊軟件需要機(jī)床制造商與海德漢間的密切配合。因此，只能針對(duì)特定項(xiàng)目提供該服務(wù)。而且，該校準(zhǔn)方法只適用于具有較高重復(fù)精度的機(jī)床軸。必須使用的海德漢LC系列直線光柵尺，或LF系列直線光柵尺（更高精度）。

圖2：Y軸和Z軸平面的測(cè)量裝置

測(cè)試中，測(cè)量在需校準(zhǔn)的空間中的6個(gè)測(cè)量面中進(jìn)行。執(zhí)行圓弧運(yùn)動(dòng)并用軟件測(cè)量偏差。偏差測(cè)量值再轉(zhuǎn)換成基于模型的修正數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到TNC 640系統(tǒng)中。校準(zhǔn)循環(huán)執(zhí)行后和數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)控系統(tǒng)后，在所有平面中再次進(jìn)行測(cè)量，以校驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。圖3和圖4顯示校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)后的空間偏差。機(jī)床精度的提高明顯超出預(yù)期。

 圖3：3軸校準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)行程測(cè)量

圖4：用KGM 282校準(zhǔn)前（左）和校準(zhǔn)后（右）的空間誤差圖

提高動(dòng)態(tài)精度

進(jìn)給軸的大加速度運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致機(jī)床的俯仰運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)的不同，刀具中心點(diǎn)的位置誤差限制了動(dòng)態(tài)性能。（圖5）顯示這些俯仰運(yùn)動(dòng)通常由部分橫向運(yùn)動(dòng)和部分垂直運(yùn)動(dòng)組成。

圖5：大加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)給軸的俯仰運(yùn)動(dòng)

從首先銑削圓臺(tái)，然后銑削其下的矩形輪廓可見俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是工件的輪廓偏差。在矩形與圓弧輪廓重合的部位可見一個(gè)小平面，這就是輪廓偏差（圖6的右圖和圖7）。

圖6：矩形輪廓上疊加圓弧輪廓的測(cè)試件：左圖為用CTC功能加工，右圖為未用CTC功能加工，圓弧輪廓被部分銑削

圖7：未用CTC功能銑削時(shí)，名義輪廓與實(shí)際輪廓間的偏差

海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)高精功能是一系列進(jìn)給軸大加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)保持加工精度的功能。它能用高速進(jìn)給加工復(fù)雜工件。其功能之一是關(guān)聯(lián)軸補(bǔ)償（CTC）或根據(jù)加速度補(bǔ)償位置誤差。該功能可以有效補(bǔ)償以上俯仰運(yùn)動(dòng)，在測(cè)試件銑削中使用該功能后，圓弧與矩形之間無(wú)可見偏差（圖6的左圖）。補(bǔ)償所需的數(shù)據(jù)來(lái)自用KGM 282二維編碼器在機(jī)床制造商處對(duì)機(jī)床或?qū)ο盗袡C(jī)床的測(cè)量。

結(jié)論

除高精度機(jī)械系統(tǒng)外，達(dá)到*機(jī)床精度的關(guān)鍵是機(jī)床中的編碼器、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)以及校準(zhǔn)應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)。在所有這些領(lǐng)域，海德漢都提供高精度加工所需的技術(shù)：

■ 機(jī)床的直線光柵尺和角度編碼器不僅精度高，而且重復(fù)精度高。其動(dòng)態(tài)特性允許測(cè)量方向上的高速運(yùn)動(dòng)和大加速度運(yùn)動(dòng)。這些編碼器不僅適用于傳統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)進(jìn)給軸，也適用于直接驅(qū)動(dòng)。

■ TNC 640數(shù)控系統(tǒng)能保證在高加工速度時(shí)達(dá)到高精度和高表面質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制、有效的加加速控制和輪廓的動(dòng)態(tài)預(yù)讀等功能是其中的關(guān)鍵。

■ VM182等比較儀系統(tǒng)和KGM 282二維編碼器采集機(jī)床的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)偏差數(shù)據(jù)。因此，能直接檢測(cè)機(jī)床精度。

位置和輪廓偏差的*測(cè)量方法