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基于球杆仪的数控机床误差识别与补偿X

胡西平张虎陈吉红冯国元
华中理工大学国家数控系统工程技术研究中心,湖北武汉430074

摘要:论述了数控机床几何误差的球杆仪识别及软件补偿技术。提出了从Renishaw球杆仪测量数控机
床的联动误差数据中识别反向间隙、直线度、垂直度、定位误差的一种方法;建立了机床结构的每个误差
元和切削刀具相对工件位置误差相联系的通用数学模型;用球杆仪在数控机床上进行补偿前后加工轨
迹的测量实验表明该方法效率高、效果显著。
关键词:数控机床;几何误差;球杆仪;误差模型;误差补偿;误差识别
中图分类号:TG806文献标识码:A文章编号:1001-2265(2001)12-0010-04

ErrorsidentificationandcompensationforCNCmachinetoolsbasedontheRenishawballbar
HUXipingZHANGHuCHENGJihongFENGGuoyuan
Abstract:SoftwarecompensationtechniqueandBallbaridentificationofCNCmachinetools’geometricerrorsbasedonthe
HuaZhongⅠtypecomputernumericallycontrolledsystemisdevelopedinthispaper.ThelinkageerrorsofCNCmachinetoolsis
measuredwiththeBallbarproducedbyRenishawcompany.Amethodtoidentifytheinverseerrors,thelinearity,theperpen2
dicularityandthepositioningerrorfromBallbarmeasuringdataispresented.Ageneralmathematicalmodel,whichrelatesthe
errorinthepositionofthecuttingtipwithrespecttotheworkpiecestotheerrorsoftheindividualelementsofthemachinetool
structure,isestablished,andcompensationisrealizedbyimportingtheidentifieddatatothemodel.Experimentsofcomparing
thetrackofbeforecompensationwiththatofafterontheCNCmachinetoolindicatesthismethodismoreefficientandlow
cost.
Keywords:CNCmachinetool;geometricerror;ballbar;errormodel;errorcompensation;erroridentification;

几何误差元,该方法的缺点是测量周期长。二是在机
1引言
床加工空间中直接测量刀具的空间位置误差,通过数
数控机床的精度是机床的性能的一项重要指标,学辩识模型实现误差参数的分离。
它是影响工件加工精度的重要因素,用低精度机床加本文采用球杆仪直接测量机床的刀具轨迹误差,
工出高精度的零件是机床生厂商和机床用户共同追求从中识别出机床的几何误差元,通过建立的误差模型,
的目标。因此,提高数控机床精度的研究受到了极大实现误差的补偿。该方法具有设备成本低廉,测量效
的关注。而影响机床加工精度的因素很多,研究表明,率高,操作简单,测量结果具有较高的可信度等优点。
对加工工件精度影响最大的是机床的几何误差[1]。球杆仪可用于测量机床刀具的圆周运动轨迹。测
提高机床精度,减小误差有两条途径:其一是误差预量时通过测量轨迹的半径变化得出刀具的运动误差。
防,其二是误差补偿。误差预防是通过设计和制造途测量方法见图1。
径消除可能的误差源。单纯使用误差预防的方法来提
2球杆仪误差识别
高机床的精度是十分困难的,往往难以奏效,而必须辅
以误差补偿的策略[2],因此误差补偿受到了广泛的关在误差测量中,球杆仪在半径方向的变化,它包含
注。了两运动轴的联动信息,从中可分离出多项误差元。
几何误差的识别是机床误差补偿的关键。一般常下面的推导以XY平面为例,其结论对YZ、ZX平
用的方法有两种:一是用激光干涉仪直接测量机床的面同样适用。

X基金项目:国家863项目资助(项目编号863-511-820-004)和国家博士后科学基金资助
10组合机床与自动化加工技术
1)定位误差式中m—采样点数,采样点数可根据实验时的设定求
在x-y平面出,设进