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[铜锯床] 3D空间误差补偿技术在数控机床中的应用

日期:2019-06-22 11:54:22
数控机床的三维空间误差补偿技术的应用已经使用了很长时间。空间精密补偿技术已应用于坐标测量机,以确保坐标测量机作为测量仪器的高精度,其机械制造和电气调试精度难以满足相关要求。通常,CMM经过补偿以满足高精度测量的需要。随着数控机床的不断发展,对机床精度的要求越来越高。现有的机床精度从机械设计和硬件制造考虑,已成为行业的共同领导者。它是CMM行业测量技术的先驱。雷尼绍是其坐标测量机的UCC控制器。经过十多年成功应用“空间误差补偿技术”,最近在Fanuc和西门子等数控系统中引入了“空间误差补偿技术”。基于雷尼绍经过验证的XL-80激光干涉仪(如图1所示)和QC-20球杆仪作为测试基础,RVC-Fanuc和RVC-Siemens两套空间误差修正软件被引入市场以匹配3D空间补偿选项使用Fanuc或西门子数控系统的加工中心,数控镗铣床和龙门机来提高其空间精度。实际用户使用的反馈表明,RVC软件在相关的数控机床上灵活,简单,有效。遇到了瓶颈。将CMM空间精密补偿技术引入数控机床,可以成功解决提高数控机床精度的关键问题。 补偿原理1数控机床常见错误21误差在机床的三轴移动空间中,有9个平移误差参数,9个角度误差参数和3个垂直度误差参数,共计21个误差。为了完全消除21个误差对机器空间位置的影响,有必要准确地检测误差并研究和开发相关软件,将检测到的误差数据转换成具有相应功能的数控系统可接受的参数。提供系统补偿结果,以提高机器空间精度。在实际情况中,一个机床的误差将是多个误差叠加的结果。单一误差测量显然不能完全提高机床的几何精度,尤其是整机工作区域内各方向的精度。 2数控系统的新功能空间精度补偿方法用于校正数控机床操作引起的误差。如上所述,前一阶段已被证明是减少三维测量机行业中机床定位误差的有效方法之一。目前,世界上许多着名的数控系统制造商,如西门子和Fanuc,都在其高端数控系统中支持这种空间精度补偿(3D误差补偿或VCS)方法。该方法可用于生成机床的整个工作空间。误差参数用于完全补偿机床在运行过程中几何精度的偏差,从而实时校正机床现有的空间定位误差。 3国内外发展趋势几年前,当具有空间精度补偿功能的高端数控系统,西门子840Dsl(称为VCS)和Fanuc 31i(称为3D误差补偿)被推向市场时,制造商从国外开始研究相关的高端数控机床。公布了空间精度的测量和误差补偿参数的计算方法,以及少量的研究成果。从现有公布的数据中,有激光跟踪测量方法,测量机床不同部位的机床空间定位点误差,并将误差源与一定的数学模型分开;还可以使用其他测量工具,如激光干涉仪和球杆仪。根据21项逐项检测方法。 使用激光干涉仪测试各种误差源是国内外常用的方法。测试结果准确且可追溯。它可以测量和检查机床的精度是否准确,稳定和可靠。随时检查空间补偿效果。英国最受欢迎的英国XL-80激光干涉仪还具有开放式软件界面,允许用户研究和开发自己的软件。应用示例如图2所示。 Fanuc 31i和Siemens 840D的空间误差补偿软件和硬件设备1检测设备XL-80激光干涉仪:分别测量线性位移,直线度,俯仰角,扭转角等,为RVC软件提供所需的计算补偿参数必需的错误数据文件。 QC20-W球杆仪:测量各轴之间的垂直度;并提供机床电气误差和机械误差的定向诊断。 RX10转盘(可选):测量并提供旋转台转角精度的测量和补偿。电子水准仪等:测量机器滚动等参数。 2空间误差校正软件Fanuc三维空间补偿对应的校正软件为RVC-Fanuc,西门子对应的校正软件为RVC-Siemens。 RVC软件具有以下三个功能,每个功能可以补偿被测机器的不同项目:常见的线性误差补偿,三维空间误差补偿(线性位移,直线度,角度)和三轴垂直误差补偿。 3 CNC系统和相应的空间补偿功能选择附件Fanuc 3D补偿功能和Siemens VCS功能。其中840D sl1.3或更新版本,需要加载正确的ELF文件;雷尼绍开发的RNS-Siemens适用于“VCSplus”,“VCS A3”和“VCS A5”。执行补偿功能需要执行以下步骤:•在机床工作区中收集测量数据,评估偏差参数并将其保存为数据文件; •将文件复制到CNC系统子目录“Manufact.Cycles”(\ CMA)中•使用GUD变量激活补偿; •系统实时计算补偿结果,并根据三个几何轴的实际MCS位置将其偏移到位置。 4空间补偿前机器基本条件的要求在空间误差补偿之前,最好使用球杆来评估机器的综合精度。如果机器具有较大的电气误差,例如反向跳跃和伺服不匹配,则即使执行空间误差补偿,机床的加工精度也不会提高太多。在空间误差补偿之前,尤其需要将机床电气误差调整为二次精度(有关机床综合精度的评估,请参阅QC20-W球杆仪说明手册)。即使重复性差的机器被空间误差补偿,补偿效果也不明显。对于精度要求高达5μm的数控机床,建议使用它们的环境应符合使用CMM的环境。否则,从长远来看,由于环境变化,机器本身的准确性将在一定程度上。减少空间误差补偿的影响。 RVC空间误差修正软件的应用案例1 RVC-Fanuc软件应用机器的三维误差由Renishaw RVC空间误差修正软件在配备有Fanuc 31i的Fanuc Robodrill机器上进行,该机器由英国公司在日常生产中使用。补偿,根据ISO230-4“数控机床圆检验”标准,球杆仪用于验证和比较补偿前XY平面的圆度,补偿有效。圆度误差从9.1μm减小到5.7μm。该机器在北京机床研究所最近生产的Fanuc 31i数控坐标镗床上进行了全面的精密测试。在3D空间误差补偿之前,XY平面的垂直度XWY为24.9μm/m。整体圆度为11.5μm。当添加三维空间误差补偿参数和垂直度补偿参数并验证补偿时,垂直度误差XWY为2μm/m;综合圆度误差为5.2μm至6.6μm(包括多次测量的重复性误差)。 为了解释机器空间误差补偿的细节,以Y轴为例说明机器的精度和补偿如下:机器Y轴在X方向的运动的Y轴是高达12〃; Y轴的Y轴螺距误差YRZ高达9〃; Y轴定位精度YTY在X-500 Z-791.235位置(即主轴端)测量,误差约为14μm。在距离主轴450mm的位置处测量Y轴的位置精度。误差YTY约为12μm。然而,显然Y轴定位精度也受到机床的Y轴在X方向上的角度误差的影响。精度曲线差异很大。在Y轴的Z方向上对直线度YTZ进行三维补偿后,立即验证补偿效果,如图3所示。蓝色是预补偿趋势曲线(误差带宽约为7μm) ,绿色曲线是补偿曲线(误差带宽)。约±1μm),补偿效果明显。 2 RVC-Siemens软件应用在配备意大利布列塔尼西门子840D的Flymill 1000龙门机上,XL-80激光干涉仪和球杆用于测量几何精度并完成VCS空间误差补偿。补偿前后的结果比较如图4所示。前三位的最显着改进是X轴定位精度误差XTX从68μm减小到2μm; Y方向的Z轴直线度误差ZTY从18μm减小到3.7μm; X轴在Z方向上的直线度误差XTZ从15μm减小到1.1μm。对于上述测量和VCS补偿,采用多个位置测量线性定位精度的方法来验证空间精度整体提高的结论。例如,在执行空间补偿之前,空间中的高,中和低位置的位置误差分别为5.8μm,3.9μm和8.0μm,并且在使用XL-执行VCS空间误差之后80激光干涉仪和球杆。高,中和低位置的位置误差分别为2.7μm,1.9μm和2.1μm。在VCS生效后,可见空间的整体位置精度得到了提高,并且变得均匀。 ISO230-4球杆仪测试圆度也增加了25%。配备西门子840D的Huron机器在德国埃尔兰根的西门子技术中心进行了测试。测试表明,RVCSiemens软件和西门子系统的VCS功能在机器上完全有效。垂直度补偿效果特别明显,XY垂直度XWY从-9.8〃增加到-0.1〃;线性和角度补偿结果也很好。参与测试的人员评论说,Renishaw球杆仪和XL-80激光干涉仪比其他类似产品快得多,因为从安装和使用仪器看Renishaw的产品会更方便。 在根据ISO230-2补偿Y轴线性定位精度之前和之后,蓝色曲线是补偿后的误差(如图5所示)。根据ISO230-4的球杆仪测试的圆度精度提高了近40%(见图6)。 结论鉴于数控机床的三轴几何精度补偿技术与五轴机床的旋转轴补偿技术的区别(旋转轴补偿需要额外的选项和CNC系统的附加测试方法),根据对于大多数用户的需求,目前的RVC软件主要针对性。它是三轴机床的空间误差补偿。目前,用户在测试应用中有几点看法:(1)根据多个客户的测试反馈,采用XL-80激光干涉仪和QC20-W球杆进行空间误差补偿测试,方便分别测试机床的各种误差,快速验证补偿效果。还可以选择性地仅选择一些关键错误项来进行补偿,从而在确保准确性的前提下也可以使用选择性补偿方法来节省时间。 (2)用ML10/XL80激光干涉仪逐项测试线性位移,直线度和角度误差。很容易跟踪错误并便于判断错误方向。 (3)使用QC20-W无线球杆仪测试仪,可在一次安装中在XY,YZ和ZX平面上进行测试,可快速测量和补偿垂直度。 (4)测试结果证明Fanuc 31i和Siemens 840D sl的机床使用Renishaw的RVC软件通过三维误差进行补偿,使用符合ISO230-2的激光干涉仪或/和ISO230-4的仪器验证,补偿前后的效果是显而易见的。
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