数控机床位置精度及标准 - 图文

2006届机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）

第3章 数控机床位置精度的检测

在数控机床的检测中，测量直线运动的检测工具有：测微仪和成组块规，标准长度刻度尺和光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。鉴于目前国内已经很少再使用测微仪和成组块规进行机床位置精度检测，本文不再对它进行介绍，只对标准长度刻度尺和光学读数显微镜检测法及双频激光干涉仪检测法进行介绍。

3.1 标准长度刻度尺和光学读数显微镜检测法

3.1.1测量原理

以精密线纹尺作为标准器,采用相对测量法进行测量,求出被测数控机床坐标轴上各被测点的位置偏差(单独偏差)。当数控机床沿被测坐标轴的轴线方向上作直线移动到目标位置p1,p2,p3,pj时(下标为目标位置序号),通过读数显微镜从精密线纹尺精确读出该目标位置的读数值,经过误差修正得到该目标位置的实际位置 P根据GB 10931-89ij(i为检测序号)。中的位置偏差定义,实际位置减目标位置之差值即为该测点的位置偏差 即: Xij=Pij-Pj (3-1)

根据这些位置偏差及位置精度的评定方法,经过数据处理,即可得到该轴线的定位精度,重复定位精度和轴线的反向差值等精度指标

3.1.2 测量方法

线纹尺及读数显微镜的安装遵循阿贝原则将0级或1级线纹尺安放在机床的工作台上,如图3-1 a示,反复调整线纹尺,使之与被测坐标的轴线方向一致,若检测竖直方向(Y轴或Z轴)的位置精度,可用方箱作为定位基面，如图3-1 b示。

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周远康：数控机床的位置精度检测及标准研究

3.1.3目标位置Pj及循环方式的选择

目标位置的选择必须客观真实地反映其周期误差。在被测轴向的全部工作行程内随机选取各目标位置,一般应符合式(3-2)

Pj=(j-1)t+r (3-2)

式中:j――目标位置序号;j取1,2,,m,

T――目标位置的间距;应取整数,丝杆传动时,t不应等于导程

的倍数

R――目标位置的取值的小数部分,位数与最小设定单位相当,

每个目标位置可按一定方式(如递增或递减)取不同值,当j=1时,取r=0

当选择目标位置的数目时,需考虑测量范围的尺寸和需要的测量时间,据国外有关资料要求,每一测量线上至少应选择m=11个目标位置。运动换向需要的起点和终点位置应靠在被测坐标轴线的端点位置。

循环方式是指测量时机床运动部件的循环运动的方式。一般有线性循环和阶梯循环两种方式

3.1.4 误差分析

标准长度刻度尺和光学读数显微镜检测法测量误差来源及分析如下

（1）仪器的极限误差Δ1im 1

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（2）标准件的误差Δ1im 2

它是标准器本身固有的误差,与测量方法无关。 （3）安装误差Δ1im 3

它主要是由测量轴线(线纹尺)与机床移动的轴线不平行而引起的误差。其量值大小与其测量长度L及两轴之间夹角H的余弦成正比.

即:Δ1im3=L(1-cosH),由于用杠杆千分表进行校正,其q￡8°,此项误差可忽略不计

（4）温度误差Δ1im 4

由于测量过程中线纹尺和机床的光栅尺存在着温度误差,必须对各点的位置偏差进行误差修正。根据温度误差的计算公式得温度误差的修正值:

DL2=aL(t2-t1) (3-3)

式中：a――线纹尺或机床光栅尺的线膨胀系数；

L――测量长度；

t2――机床光栅尺的温度； t1――线纹尺的温度； 由(3-3)式微分可得:

dDL2=L(t2-t1)da+aLd(t2-t1) (3-4)

式(3-4)中,L(t2-t1)da表示由于线纹尺和机床光栅尺的线膨胀系数不准确而造成的误差。式(3-4)中,aLd(t2-t1)表示由于测量过程中温度测量不准确而造成的误差

Δ1im4=?t(t2t1)2d2a+a2a2(t2-t1) （3-5）

（5）估读误差 Δ1im 5 测量总误差为:

Δ1im总=?Δlim21Δlim22+Δlim23+Δlim24+Δlim25 （3-6）

从上面分析可以看出,在诸项误差中,温度误差中的线膨胀系数的误

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差L(t2-t1)da和温度测量的误差aLa(t2-t1)两项是影响最大的,它不但包括温度测量的误差,还包括标准件和被测件各部位的温度均匀性。为了减少这项误差,要求在测量时,标准件和被测件需在恒温条件下长时间等温,以保证各处温度的均匀性;同时要尽量提高温度测量的精度。另外,如果测量时安装不得当,由安装所造成的误差也是不可忽略的[4]

3.2 双频激光干涉仪检测法

3.2.1 双频激光干涉仪的工作原理

激光干涉测量原理如图3-2所示

将He-Ne激光器1置于永久磁场中，由于塞曼效应使激光原子谱线分裂为旋转方向相反的左右圆偏振光。设两束光振幅相同，频率分别为f1和。左右圆偏振光经l/4片2后变成振动方向相互垂f2（f1和f2相差很小）

直的线偏振光。分光器3将一部分光束反射，经检偏器4形成f1:f2拍频信号。由接收器5接收为参考信号;另一部分光束通过分光器3进入偏振分光器6,其中平行于分光面的频率为f2的线偏振光完全通过分光器6到达可动反射镜8，可动反射镜8以速度V移动时，由于多普勒效应产生差频Δf，这时f2变成（f'=f2+Δf).而垂直于分光面的频率为f1的线偏

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