0 引言
精密與超精密加工仍然是現代機械制造中的重要組成部分和未來發展的方向[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,實現對機床精度進行快速、方便、經濟的測量,具有較大的現實意義。
球桿儀系統提供了一種測量數控機床常見誤差的有效方法[2]。該方法可以實現機床動態輪廓精度的測量,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生改變而出現粘性停頓; 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。
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5結束語
立式加工中心圓度的檢測是評價機床精度的重要因素之一。本文通過球桿儀對立式加工中心快速檢測,得到空間圓度誤差,并對誤差分析得到以下結論:
( 1) 伺服不匹配、垂直度、橫向間隙、比例不匹配、周期誤差、反向間隙和反向躍沖所造成的誤差占據了加工圓度誤差的主要部分。
( 2) 立式加工中心各坐標平面圓度誤差與機器進給速度近似成正比,其原因是伺服誤差與進給速率成正比,并且伺服誤差隨進給速度增加成為圓度誤差主要影響因素。
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