数控钻床三维空间误差补偿技术的应用

数控钻床三维空间差错抵偿技能的运用newmaker以来，空间精度抵偿技能一向运用于三坐标丈量机上，以三坐标丈量机作为计量用具而对其较高的精度需要， 而其机械制造与电器调试的精度难以满意有关需要。通常三坐标丈量机都经过抵偿，使其能满意完结丈量的需要。跟着数控钻床技能的不断展开，对钻床精度的需要也越来越高。现有钻床精度单从机械设计和硬件制造上来考虑，变成制约职业展开的一个遍及作为三坐标丈量机职业中丈量技能前锋的英国（Renishaw）公司，在将其三坐标丈量机UCC 控制器中"空间差错抵偿技能"成功运用十后，关于Fanuc、Siemens 等数控体系，推出"空间差错抵偿技能"。以雷尼绍老练的XL-80 激光干与仪（如图1 所示）和QC-20 球杆仪作为测验根底，向市场推出RVC-Fanuc和RVC-Siemens 两套空间差错批改软件，以合作具有三维空间抵偿选项的选用Fanuc 或 Siemens 数控体系的加工中心、数控镗铣和龙门钻床来进步其空间精度。从当前用户实际运用的反应标明，RVC 软件在有关数控钻床上运用灵敏、简洁，作用显着。遇到的瓶颈。将三坐标丈量机的空间精度抵偿技能引进到数控钻床上，可成功地处理数控钻床精度再进步的要害疑问。

抵偿原理 1 数控钻床几许精度常见的21 项差错 在钻床的三轴移动空间中，共有9 个平移差错参数，9 个视点差错参数和3 个笔直度差错参数，总计21项差错。要将21 项差错对机器空间方位的影响，需要将各项差错地检测出来，并研讨有关软件，将检测的差错数据转换为具有相应功用的数控体系所能承受的参数，供给给体系抵偿成果，然后进步钻床空间精度。 在实际情况中，一台钻床的差错缘由会是多种差错的叠加作用的成果，单一差错丈量显着无法进步钻床的几许精度， 格外是在整台机器的作业区域内各方向的精度。 2 数控体系的新增功用 运用空间精度抵偿办法对数控钻床作业时发生的差错进行批改，如前所述，前期已经在三维丈量机职业被证实为是减小钻床定位差错的有用办法之一。当前，上许多闻名数控体系厂家，如Siemens和 Fanuc 等，均在其数控体系中支持这种空间精度抵偿的办法（三维差错抵偿或VCS），运用这种办法能够经过生成钻床整个作业空间的差错参数来抵偿钻床作业时在几许精度上的偏差，然后对钻床现有的空间定位差错进行实时纠正。 3 展开意向 几年前，当具有空间精度抵偿功用的数控体系Siemens 840Dsl（称VCS）和Fanuc 31i（称三维差错抵偿）推向市场后，出产数控钻床的厂家就开端研讨有关空间精度的丈量和差错抵偿参数核算办法，并有少量的研讨成果公开宣布。从现有宣布的材料看，有选用激光盯梢丈量法，在钻床不一样部位作为站点丈量钻床各空间定位点差错，并用数学模型别离差错源；也有选用激光干与仪合作球杆仪等其他丈量东西，按21 项差错逐项检测的办法。 选用激光干与仪测验各项差错源则是当前遍及通行的办法，其各项测验成果均具有精度可溯源性，能够逐项丈量并校核钻床精度是不是丈量正确、安稳牢靠，并能便利地随时校核空间抵偿作用。市场上遍及运用的英国产XL-80 激光干与仪还具有开放的软件接口，便利用户自行研讨自个的软件。运用举例如图2 所示。

关于Fanuc 31i 和Siemens 840D 展开空间差错抵偿所需软、硬件设备 1 检测设备 XL-80 激光干与仪：分别丈量线性位移、直线度、俯仰角、扭摆角等，为RVC 软件供给所需核算抵偿参数所需差错数据文件。 QC20-W 球杆仪：丈量各轴间的笔直度；并供给钻床电器差错与机械差错方向性确诊。 RX10 转台 （ 可选）：丈量并供给反转作业台的转角精度的丈量与抵偿。电子水平仪等：丈量钻床滚摆等参数。 2 空间差错批改软件 Fanuc 三维空间抵偿对应的批改软件是RVC-Fanuc，Siemens 对应的批改软件是RVC-Siemens。 RVC 软件具有如下三大功用，每一功用能够为被测钻床完结不一样项目的抵偿：一般线性差错抵偿、三维空间差错抵偿（线性位移、直线度、视点）和三轴间笔直度差错抵偿。 3 数控体系及对应的空间抵偿功用挑选附件 Fanuc 3D Compensation 功用和Siemens VCS 功用。 其间840D sl1.3 或更新版别，需要加载正确的ELF 文件；雷尼绍的RVC-Siemens 适用于"VCSplus"、" VCS A3" 和"VCS A5"。 进行抵偿功用要采取如下几个过程： ·在机器作业空间规模中收集丈量数据， 评价偏差参数并将它们保存为数据文件; · 将文件拷入数控体系子目录"Manufact.Cycles"（CMA） 中； ·选用GUD- 变量抵偿； ·体系实时核算抵偿成果并依据三根几许轴线的实际MCS 方位将其写入方位偏置。 4 在空间抵偿前对钻床根底情况的需要 在进行空间差错抵偿前用球杆仪对钻床归纳精度情况进行评价，若钻床存在较大的反向跃冲、伺服不匹配等电器差错，则即便进行空间差错抵偿，也对该钻床加工精度不大。在进行空间差错抵偿前将钻床电器差错调整为非精度疑问尤为（对钻床归纳精度情况评价拜见QC20-W 球杆仪运用阐明）。重复精度欠好的钻床即便进行空间差错抵偿，抵偿作用也不显着。 关于精度需要高达5μm 左右的数控钻床，建议对其运用环境大概按三坐标丈量机的运用环境来需要，不然从长远来看钻床本身因环境改变而带来的精度改变将会在某种程度上削弱空间差错抵偿的作用。 RVC 空间差错批改软件的运用事例 1 RVC-Fanuc 软件运用 英国某公司在平常出产中运用的配装Fanuc 31i 的Fanuc Robodrill钻床上，用雷尼绍 RVC 空间差错批改软件对该钻床进行了三维空间差错抵偿，并按ISO230-4"数控钻床圆查验"规范选用球杆仪对该钻床抵偿前和抵偿收效后的XY 平面内的圆度进行验证比照，其圆度差错由9.1μm 减小到5.7μm。 在北京某钻床研讨机构出产的Fanuc 31i 数控坐标镗床上，用QL20-W 球杆仪对该钻床进行归纳精度测验，在3D 空间差错抵偿前，XY 平面的笔直度XWY 为24.9μm/m，归纳圆度为11.5μm。 加上3D 空间差错抵偿参数和笔直度抵偿参数并使抵偿收效后， 笔直度差错XWY 为2μm/m; 归纳圆度差错为5.2μm —— 6.6μm （ 含屡次丈量的重复性差错）。 为便利阐明该钻床空间差错抵偿的细节，现以Y 轴为例，将该钻床的精度测验和抵偿后的作用作一具体介绍如下： 该钻床Y 轴运动在X 方向的扭摆差错YRX 到达12〃；Y 轴在Z方向的俯仰差错YRZ 到达9〃；在X-500 Z-791.235 方位（ 即主轴端部） 对Y 轴定位精度YTY 进行丈量，差错大约为14μm。 在离主轴450mm 方位， 对Y 轴定位精度进行丈量， 差错YTY 大约为12μm, 但显着因为钻床Y 轴在X方向视点差错的影响，同样是Y 轴定位精度，在离主轴端面不一样方位丈量，其精度曲线区别很大。 对Y 轴Z 方向的直线度YTZ 进行三维空间抵偿后，立刻验证抵偿作用，如图3 所示，蓝色为抵偿前趋势曲线（差错带宽为约7μm），绿色曲线为抵偿后曲线（差错带宽为约±1μm），抵偿作用显着。

2 RVC-Siemens 软件运用 在意大利Breton 公司配装Siemens 840D 的Flymill 1000 龙门钻床上， 选用XL-80 激光干与仪和球杆仪对各项几许精度进行丈量并完结VCS 空间差错抵偿。有关抵偿前后成果比照如图4 所示：排在前三位显着的有X 轴定位精度差错XTX 由68μm 减小到2μm；Z 轴在Y 方向的直线度差错ZTY 从18μm 减小到3.7μm ；X轴在Z 方向的直线度差错XTZ 从15μm 减小到1.1μm。 关于上述丈量和VCS 抵偿，选用空间多处丈量线性定位精度的办法来验证空间精度全体进步的定论。例如在没有做空间抵偿前，某空间上高、中、低3 处的方位差错分别为5.8μm、3.9μm、8.0μm; 而在用XL-80激光干与仪和球杆仪进行VCS 空间差错后，在该高、中、低三处的方位差错分别为2.7μm、1.9μm、2.1μm。可见空间遍地的全体方位精度在VCS 收效后都有所进步，并趋于共同，其ISO230-4 球杆仪测验圆度相应也进步了25%。 在坐落德国Erlangen 的Siemens 技能中心内， 对一台配装Siemens 840D 的Huron钻床进行了测验。测验标明RVCSiemens软件与Siemens体系的VCS 功用在钻床上有用。笔直度抵偿作用格外显着，XY 笔直度XWY 由-9.8〃进步到-0.1〃；一起线性和视点抵偿成果也不错。 参加测验的有关人员评论道，选用雷尼绍 球杆仪和 XL-80 激光干与仪比其他同类商品运用要快许多，因为从仪器装置运用上看雷尼绍的商品便利。 按ISO230-2 对Y 轴进行线性定位精度的抵偿前后的比照，蓝色曲线为抵偿后差错（如图5 所示）。按ISO230-4 进行球杆仪测验的圆度精度进步近40%（见图6）。

定论 鉴于数控钻床三轴几许精度抵偿技能与五轴钻床中反转轴抵偿技能的不一样（反转轴抵偿需要数控体系别的的选项和别的的测验办法），依据多数用户的需要，当前RVC 软件关于的是三轴钻床的空间差错抵偿。当前用户在测验运用中发生的若干看法： （1）依据多个客户的测验反应来看，选用XL-80 激光干与仪和QC20-W 球杆仪进行空间差错抵偿测验，因为能够便利地分别对钻床各项差错进行测验并疾速验证抵偿作用，还能够有挑选地只挑选部分要害差错项来抵偿，因而在准确性的前提下，也可选用有挑选地抵偿的办法来节省时刻。 （2）用ML10/XL80 激光干与仪逐项测验线性位移、直线度、视点差错，简单对差错溯源，便利判别差错方向。（3）选用QC20-W 无线球杆仪，在一次装置的情况下，对钻床XY 、YZ 和ZX 三个平面进行测验，可疾速对笔直度进行丈量和抵偿。 （4）测验成果证明，用雷尼绍公司的RVC 软件对Fanuc 31i 和Siemens 840D sl 的钻床进行三维差错抵偿，经过按ISO230-2 规范选用激光干与仪或/ 和按ISO230-4 规范选用球杆仪仪验证，抵偿前后作用显着。