摘要：本文介紹一種使用激光多普勒位移測量儀，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行體積誤差檢測的激光矢量測量新方法。該方法可以方便而快速的檢測出機(jī)床的體積定位精度，包括3個(gè)定位誤差、6個(gè)直線度誤差和3個(gè)垂直度誤差；同時(shí)還可以根據(jù)測量的體積定位誤差數(shù)據(jù)生成誤差補(bǔ)償?shù)拇a，進(jìn)而可以對其進(jìn)行體積定位誤差的補(bǔ)償，大幅度提高了數(shù)控機(jī)床加工精度。
/^0Hi4+\ 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床體積誤差 激光測量 補(bǔ)償
TZZ qV8 f.'o4HSj 1 引言
$X-,6* W?/7PVGv5h 數(shù)控機(jī)床的體積定位精度包括線性位移誤差、直線度誤差、垂直度誤差、角偏和剛性誤差，這些誤差決定了數(shù)控機(jī)床的精度性能。對于現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床，在假設(shè)誤差是可重復(fù)的并可以測量的情況下[1、2]，通過軟件補(bǔ)償可以大大提高機(jī)床的精度性能。該方法的性能價(jià)格比較高是提高機(jī)床精度的一個(gè)較好的方法。
qx53,^2 nS'0i&<{1 數(shù)控機(jī)床由于其本身的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，因此其運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的各種誤差相對來說也比較復(fù)雜。以三軸加工中心為例，有21項(xiàng)誤差元素，如圖1所示。目前所采用的測量方法很多，其中大多都是利用激光測量。傳統(tǒng)的方法對機(jī)床的體積定位精度的完整檢測非常復(fù)雜和耗時(shí)。鑒于上述原因，許多國際化標(biāo)準(zhǔn)組織推薦了一種沿體對角線進(jìn)行測量的方法。所謂體對角線就是指在空間直角坐標(biāo)系中，由機(jī)床工作臺三個(gè)進(jìn)給方向上的最大行程所圍成的長方體的對角線。國際化標(biāo)準(zhǔn)組織推薦該法的主要原因是體對角線的測量對各種誤差元素非常敏感。但是該法的一個(gè)致命的缺陷是在測量過程中它無法獲得足夠的信息用于分離各誤差元素。
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圖1 21項(xiàng)誤差元素
本文介紹一種新的激光矢量測量方法—激光多步矢量法,利用激光多譜勒測量儀[3]進(jìn)行多步的體對角線測量可以很容易地根據(jù)矢量原理測量出機(jī)床的各項(xiàng)誤差。這里應(yīng)用該方法我們對一臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了檢測，再通過補(bǔ)償，提高了機(jī)床的精度。
mrd(\&EhA R{6.O+j` 2 激光多步矢量法
-acW[$t hgKs[ySo,3 2.1 傳統(tǒng)的體對角線測量
<v[,A8Q Z) 7
{e"5d 體對角線測量法由于其檢測的快速性曾經(jīng)備受推薦[4]。該方法和激光線性位移測量方法基本相同,唯一不同的地方在于體對角線測量法將激光束的方向沿著對角線方向，而線性位移測量是將激光束的方向沿著坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)方向。具體的操作如下：先校準(zhǔn)激光束的方向，使之平行于體對角線方向；將一塊反射鏡通過磁性座安裝在主軸上，然后就可移動(dòng)主軸進(jìn)行測量 。如圖2所示，機(jī)床共有四條體對角線，可以先從任何一條體對角線開始測量。例如從左下角a沿著對角線方向到右上角g。從左下角a出發(fā)，沿對角線方向移動(dòng)主軸，到達(dá)體對角線上新的一點(diǎn)，此時(shí)可以測量到一個(gè)位移誤差。假設(shè)主軸沿體對角線的位移是R，則所測量到的誤差是位移R的的位移誤差dR。接著可以繼續(xù)移動(dòng)主軸進(jìn)行位移誤差的測量，一直到主軸運(yùn)動(dòng)到對角線的另一個(gè)角g。同樣地對其它三條對角線進(jìn)行測量。上述測量的每一個(gè)位置的定位精度實(shí)際上取決于三個(gè)軸的定位精度，通常也受機(jī)床的幾何精度的影響。應(yīng)該說體對角線測量法是一個(gè)比較好的測量方法，但是其不能識別誤差源，當(dāng)然也不能用來對機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償。
