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數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)及應(yīng)用提高在線檢測精度的補(bǔ)償技術(shù)

來源:360cnc

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關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床 誤差補(bǔ)償 在線檢測 補(bǔ)償技術(shù)

    加工過程的質(zhì)量監(jiān)測問題一直受到人們的重視。制造業(yè)如何以低成本、高精度和靈活多變的柔性加工技術(shù)迎接二十一世紀(jì)的挑戰(zhàn)也是人們關(guān)心的問題。質(zhì)量監(jiān)控是現(xiàn)代加工技術(shù)的重要組成部分,作為加工過程監(jiān)測手段的在機(jī)測頭,可對工件安裝定位、對刀、刀具磨損或破損以及加工件的形位尺寸等進(jìn)行有效的監(jiān)控。目前針對測量精度問題的研究主要集中在如何提高測頭系統(tǒng)的精度[5],當(dāng)測頭作為在機(jī)測量工具時(shí),機(jī)床的坐標(biāo)精度直接影響測量精度。本文通過在機(jī)測量

    過程機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈分析,并以特征分析法來處理測頭的內(nèi)部誤差,用軟件補(bǔ)償法提高測量精度。

    2 在線檢測過程的運(yùn)動(dòng)鏈分析

    在線檢測過程的運(yùn)動(dòng)鏈與加工過程相似,其區(qū)別是將刀具替換成測頭。根據(jù)機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)分析,將包括機(jī)床在內(nèi)的在機(jī)測量系統(tǒng)抽象提煉,以低序體陣列形式描述機(jī)床拓補(bǔ)結(jié)構(gòu),通過相鄰體的基本變換(包括位置變換矩陣和位移變換矩陣),其形式為(其中:c=cos,s=sin;αk、βk、γk為坐標(biāo)系間的相對方位角)

    式中:表示多體系統(tǒng)低序體的連乘,為測頭測球中心相對于刀具坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。

    基本變換中的誤差參數(shù)主要為機(jī)床的幾何誤差,通過參數(shù)辨識(shí)的方法(也可采用雙頻激光測距儀直接測量)獲得[6]。

    3 基于特征測頭誤差處理技術(shù)

    在機(jī)測頭測量的基本要素為點(diǎn)、線、面,由此構(gòu)成形位尺寸的測量。在測量過程中,機(jī)床坐標(biāo)反映的測頭測球位置,當(dāng)處理和補(bǔ)償測頭誤差時(shí),以測點(diǎn)的法線方向?yàn)橐罁?jù),獲得對測頭精度最大的影響因素—預(yù)行程誤差(死區(qū)誤差),其它的誤差項(xiàng)如動(dòng)態(tài)誤差、重復(fù)精度等誤差通過多次測量減小其影響。

    3.1 測量類型

      1)基本測量:主要包括點(diǎn)、線、直線距離和坐標(biāo)系。

      2)簡單組合測量:主要包括鍵槽、臺(tái)階、長方孔、圓心及直徑、橢圓、扇形、角度。

      3)空間基本測量:

       球       球心及橢圓度

       圓柱      不同高度的圓度,中心坐標(biāo)

       圓錐      高度、母線測量

       曲線測量    平面曲線測量

       空間曲線測量  基于網(wǎng)格的測量

    3.2 特征描述

      幾何特征:內(nèi)凹、外凸。

      位置特征:

       方向   X,Y,Z

       基平面  XY,YZ,ZX,XYZ

    3.3 測量及誤差處理技術(shù)

     ?。?)測量過程

      以下為測量Z方向一個(gè)點(diǎn)的程序段:

    (程序頭)

      G31 G91 Z-10.F30;(以30mm/min的速度測量,此前刀具已定位到測頭上方)

      G31 G91 Z10。F600;(刀具抬起)

      G28 G91 Z0;(刀具返回參考點(diǎn))

      G01 P10;(暫停)

     #12=#4014;(取當(dāng)前坐標(biāo)系號(hào))

     #100=#5063;(讀觸發(fā)時(shí)Z坐標(biāo))

     #101=#[2700+#12]+#100;(把觸發(fā)坐標(biāo)換算成機(jī)床坐標(biāo))

     #102=#101-#506;(計(jì)算刀長測量值)

     #2010=#102;(把刀長值送給指定刀編號(hào):10號(hào))

     (程序尾)

    (2)處理過程

      從圖1可看出,對于不同幾何特征,同樣測量圓心坐標(biāo)和直徑,其測量路徑和測頭觸發(fā)方向都不一致。

      針對規(guī)則形體測量,具體處理流程如圖2所示。對空間曲面的測量也可用類似的方法處理,但機(jī)械式觸發(fā)測量系統(tǒng)的效率較低,建議采用模擬測頭。

    4 在線檢測誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)

    本實(shí)驗(yàn)采用機(jī)床校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件

    在MAKINO FANUC86—A20三坐標(biāo)立式加工中心上實(shí)現(xiàn)。采用Renishaw MP3型機(jī)械式觸發(fā)頭,其中測頭的預(yù)行程誤差如表1所示。通過RS232C口NC系統(tǒng)與微機(jī)相連接,測量數(shù)據(jù)在

    微機(jī)上進(jìn)行后處理。該試件在MITUTOYO—BLN231三坐標(biāo)測量機(jī)上用PH6觸發(fā)式測頭進(jìn)行測量驗(yàn)證。在無補(bǔ)償、有坐標(biāo)和測頭誤差補(bǔ)償以及三坐標(biāo)測量機(jī)的測量結(jié)果對比如表2所示。從測量的結(jié)果來看,通過誤差補(bǔ)償,測量精度有明顯的提高,接近三坐標(biāo)的測量結(jié)果。

    表1 測桿長度為50mm的預(yù)行程誤差

    角度(°) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

    誤差值(μm) 17 25 29 19 21 22 16 8 5 15 23 21

    表2 標(biāo)準(zhǔn)試件基本尺寸在不同條件下的檢測結(jié)果

    尺寸(mm) A B H D

    無補(bǔ)償措施測量結(jié)果 213.901 123.808 14.934 245.220

    坐標(biāo)和測頭誤差補(bǔ)償后測量結(jié)果 213.920 123.839 14.945 245.247

    三坐標(biāo)測量機(jī)測量結(jié)果 213.922 123.841 14.946 245.250

    5 結(jié)論

    隨著計(jì)算機(jī)集成技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用的不斷深入,機(jī)械制造從勞動(dòng)力密集型往技術(shù)密集型發(fā)展,在線檢測技術(shù)取代了人工測量,成為加工過程重要的監(jiān)測手段。機(jī)械式觸發(fā)測頭價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)為廣大用戶所接受,國內(nèi)有多家供應(yīng)商。本文重點(diǎn)介紹的在機(jī)測量誤差處理方法,利用軟件補(bǔ)償法提高測量精度,通過補(bǔ)償前后與三坐標(biāo)測量機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,表明補(bǔ)償效果良好。該方法有一定的普遍性,適合其它類型的測頭誤差處理。


    (審核編輯: 智匯小新)

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