位置和輪廓偏差的*測量方法                      

海德漢二維編碼器KGM 282

機床的運動精度決定著機床的工作性能,。因此對于高精度加工,，必須測量和根據(jù)需要補償位置偏差,。然而,，現(xiàn)代化機床的大加速度運動也意味著動態(tài)輪廓偏差的影響越來越大,。海德漢的全新KGM 282二維編碼器支持對這兩類偏差的測量,。

加工區(qū)小的機床zui適用于生產高精度零件,，例如手表和光學器械零件,。高剛性和幾乎沒有振動是其中的原因,。機床校準可以發(fā)現(xiàn)機床的精度程度,。但為滿足不斷提高的精度要求，需要使用新校準方法,。這是傳統(tǒng)的點測量方法現(xiàn)在被高精度的機床加工區(qū)空間測量方法所取代的原因,，新方法是用二維編碼器測量。

海德漢的全新KGM 282二維編碼器（圖1）測量機床的位置和輪廓偏差,。一方面,，X軸和Z軸高達±1 µm的光柵尺精度能用*的精度校準機床運動特性。另一方面,，KGM 282的信號周期只有4 µm,。而且是非接觸式測量，這種方法在檢測機床動態(tài)性能中可以達到*精度,。

當然,，夾具不能影響精度。為此,，海德漢重新設計了在工作臺上的固定方法,。三點底座隔離安裝機構和工作臺上沿Z軸方向測量的支撐。這樣,，工作臺面上的任何污染可能影響本體,，但不影響二維編碼器的支撐。而在X軸方向,，連接剛性不同于上一代的KGM 181,。因此，如果對工作臺運動速度*的機床進行校準,，應使用KGM 181二維編碼器,。

位置和輪廓偏差的*測量方法                      

提高空間精度

如與海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的校準循環(huán)一起使用，KGM 282二維編碼器顯著提高3軸運動的空間精度,。在對加工區(qū)空間尺寸為200 mm x 200 mm x 200 mm的機床（圖2）測試中,，KGM 282與TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的定制軟件一起將空間偏差減小到2 µm以下。所用的特殊軟件需要機床制造商與海德漢間的密切配合,。因此,，只能針對特定項目提供該服務,。而且,，該校準方法只適用于具有較高重復精度的機床軸。必須使用的海德漢LC系列直線光柵尺,，或LF系列直線光柵尺（更高精度）,。

圖2：Y軸和Z軸平面的測量裝置

測試中，測量在需校準的空間中的6個測量面中進行,。執(zhí)行圓弧運動并用軟件測量偏差,。偏差測量值再轉換成基于模型的修正數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)導入到TNC 640系統(tǒng)中,。校準循環(huán)執(zhí)行后和數(shù)據(jù)導入到數(shù)控系統(tǒng)后，在所有平面中再次進行測量,，以校驗測量結果,。圖3和圖4顯示校準前和校準后的空間偏差。機床精度的提高明顯超出預期,。

 圖3：3軸校準的運動行程測量

圖4：用KGM 282校準前（左）和校準后（右）的空間誤差圖

提高動態(tài)精度

進給軸的大加速度運動必然導致機床的俯仰運動,。根據(jù)機床結構的不同，刀具中心點的位置誤差限制了動態(tài)性能,。（圖5）顯示這些俯仰運動通常由部分橫向運動和部分垂直運動組成,。

圖5：大加速度運動時進給軸的俯仰運動

從首先銑削圓臺，然后銑削其下的矩形輪廓可見俯仰運動的結果是工件的輪廓偏差,。在矩形與圓弧輪廓重合的部位可見一個小平面,，這就是輪廓偏差（圖6的右圖和圖7）。

圖6：矩形輪廓上疊加圓弧輪廓的測試件：左圖為用CTC功能加工,，右圖為未用CTC功能加工,，圓弧輪廓被部分銑削

圖7：未用CTC功能銑削時，名義輪廓與實際輪廓間的偏差

海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)高精功能是一系列進給軸大加速度運動時保持加工精度的功能,。它能用高速進給加工復雜工件,。其功能之一是關聯(lián)軸補償（CTC）或根據(jù)加速度補償位置誤差。該功能可以有效補償以上俯仰運動,，在測試件銑削中使用該功能后,，圓弧與矩形之間無可見偏差（圖6的左圖）。補償所需的數(shù)據(jù)來自用KGM 282二維編碼器在機床制造商處對機床或對系列機床的測量,。

結論

除高精度機械系統(tǒng)外,，達到*機床精度的關鍵是機床中的編碼器、機床數(shù)控系統(tǒng)以及校準應用的測量系統(tǒng),。在所有這些領域,，海德漢都提供高精度加工所需的技術：

■ 機床的直線光柵尺和角度編碼器不僅精度高，而且重復精度高,。其動態(tài)特性允許測量方向上的高速運動和大加速度運動,。這些編碼器不僅適用于傳統(tǒng)的高動態(tài)進給軸，也適用于直接驅動,。

■ TNC 640數(shù)控系統(tǒng)能保證在高加工速度時達到高精度和高表面質量,。優(yōu)化設計的運動控制、有效的加加速控制和輪廓的動態(tài)預讀等功能是其中的關鍵,。

■ VM182等比較儀系統(tǒng)和KGM 282二維編碼器采集機床的動態(tài)與靜態(tài)偏差數(shù)據(jù),。因此，能直接檢測機床精度,。

位置和輪廓偏差的*測量方法