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球桿儀的立式加工中心圓度的測試
閱讀：241 發(fā)布時間：2020-8-11
0 引言
精密與超精密加工仍然是現(xiàn)代機械制造中的重要組成部分和未來發(fā)展的方向［1］，隨之廣泛的應用對數控機床的精度提出了更高的要求。數控機床誤差的檢測對其精度的提高具有重要的意義。傳統(tǒng)的機床精度檢測方法，如激光干涉儀，檢測精度高，但操作復雜，成本也比較高。因此，實現(xiàn)對機床精度進行快速、方便、經濟的測量，具有較大的現(xiàn)實意義。
球桿儀系統(tǒng)提供了一種測量數控機床常見誤差的有效方法［2］。該方法可以實現(xiàn)機床動態(tài)輪廓精度的測量，分離各影響因素的誤差。球桿儀還具有便于攜帶和易于安裝等優(yōu)點，被廣泛的應用于機床精度 的 評 價 和 診 斷［3］，已 經 被 ISO230［4］ 和 ASME B5. 54［5］等采納為檢測機床圓運動和精度檢驗的標準工具。國內外很多學者也利用球桿儀對做了很多的測試。Tian 等［6］利用雙頭球桿儀對 3-DOF 主軸進行了動態(tài)標定。Lee 等［7］利用雙頭球桿儀對五軸( 含一個擺頭) 機床幾何誤差進行了識別和測量。參考文獻［8-10］針對不同機床，利用球桿儀檢測技術，提出了對其幾何誤差或者空間誤差的檢測方法以及補償模型。
以上研究中很多給吹圓度誤差與進給速度的關系，但沒有剖析其原因。本文采用雙頭球桿儀對某立式加工中心圓度誤差進行測試，測試包含 X-Y，Y-Z 和 Z-X 平面內的誤差，并且在多進給速度下進行測試，對測試結果中圓度誤差影響因素分離，并對測試結果分析，為提高加工精度提供參考。
1 誤差形式的介紹
立式加工中心的圓度會受到反向間隙、橫向間隙、周期誤差、比例不匹配、伺服不匹配、反向躍沖、垂直度以及 X / Y 軸直線度等因素影響［11］。其中，垂直度、伺服不匹配、反向躍沖、直線度、比例不匹配對圓度的影響較大。
( 1) 垂直度
垂直度誤差是指測試機器的 X 軸和 Y 軸相互不為 90°。垂直度誤差對加工的影響是，會使加工形狀呈橢圓或花生形，沿 45°或 135°對角方向拉伸變形，拉伸量不受進給率的影響，如圖 1a 所示。
( 2) 反向越沖
反向躍沖是圓運動軌跡在經過軸線時產生一個小尖峰，如圖 1b 所示。尖峰大小通常隨機器的進給率增加而增大。導致該問題的可能原因有: 該軸驅動電機輸出的扭矩不夠，造成在換向處由于摩擦力的方向發(fā)生改變而出現(xiàn)粘性停頓; 機器在進行反向間隙補償時伺服響應時間不準確，機器不能準時地對反向間隙施加補償，導致軸出現(xiàn)停頓; 伺服響應在伺服換向點很差，導致在軸停止一個方向運動和開始另一方向運動之間出現(xiàn)短暫時延。
( 3) 伺服不匹配
伺服不匹配就是兩根伺服軸存在時間的上的不同步，通常以一根伺服軸超前于另一伺服軸的時間表示， 單位以毫秒計。伺服不匹配會導致圖形呈橢圓或花生形，沿 45° 或 135° 對角方向拉伸變形，如圖 1c 所示。通常隨著進給率的增加，拉伸變形量也會增加。伺服不匹配將導致插補圓不圓。