五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度檢測(cè)模板.doc

1、五軸數(shù)控機(jī)床的精度檢測(cè)方法分析摘要：本文首先對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床的精度檢測(cè)技術(shù)做了一個(gè)簡(jiǎn)要概括，然后介紹數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)的必要性,指出數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)的精度要求及傳統(tǒng)檢測(cè)方法,并介紹先進(jìn)檢測(cè)方法和檢測(cè)儀器、工具 ,以及各個(gè)檢測(cè)方法的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 ：五軸數(shù)控機(jī)床；精度檢測(cè)Precision analysis of detection method of five axis CNC machine toolsAbstract: Firstly ， this paper introduces the precision detection technology of five axis NC machine

2、tools, and then introduces the necessity of CNC machine tool accuracy detection accuracy requirements of CNC machine tools, points out the common and the traditional detection method, and introduce advanced detection method and detection instruments, tools, and the characteristics of each detection

3、method.Key words: Five axis NC machine tool ； Precision detection1 引言五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床目前已大量用于航空制造等高端制造領(lǐng)域。由于機(jī)床復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工精度檢測(cè)及優(yōu)化一直是機(jī)械制造行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，成為影響產(chǎn)品加工質(zhì)量及效率的關(guān)鍵。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō),購(gòu)買數(shù)控機(jī)床是一筆相當(dāng)大的投資,特別是購(gòu)買大型機(jī)床。實(shí)踐表明,大多數(shù)大型數(shù)控機(jī)床解體發(fā)運(yùn)給用戶安裝時(shí),必須在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能符合其技術(shù)指標(biāo),因此 ,在新機(jī)床檢收時(shí),要進(jìn)行嚴(yán)格的檢定, 使機(jī)床一開(kāi)始安裝就能保證達(dá)到其枝術(shù)指標(biāo)預(yù)期使用性能和生產(chǎn)效率。投入生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床

4、使用一段時(shí)間后,必須再進(jìn)行精度檢定。 通常新機(jī)床在使用半年后需再次進(jìn)行檢定,以后每年檢測(cè)一次,定期檢測(cè)機(jī)床誤差,并及時(shí)校正螺距及反向間隙等,可切實(shí)改善使用中的機(jī)床精度及零件加工質(zhì)量,提高機(jī)床的生產(chǎn)率。2 數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀常用的機(jī)床誤差測(cè)量方法有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法,其中間接測(cè)量法,如首先用典型工件試切或試加工,然后再對(duì)所試切的工件進(jìn)行精度檢測(cè)。但這種方法的測(cè)量結(jié)果中包括了工藝、刀具和材料等因素在內(nèi)，雖然可以通過(guò)試件的加工精度間接反映出機(jī)床的精度，但不能精確地用于指導(dǎo)機(jī)床的研發(fā)和改進(jìn)。而直接測(cè)量法如用微位移傳感器測(cè)量裝夾在主軸上的圓柱形基準(zhǔn)棒或基準(zhǔn)球，或者對(duì)裝夾在工件臺(tái)面上的基準(zhǔn)量

5、塊或平尺直接進(jìn)行測(cè)量,這種方法可以直接獲得某項(xiàng)誤差,但該方法測(cè)量效率低,測(cè)量的范圍 (如行程 )有限。目前世界各國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)指標(biāo)的定義、測(cè)量方法及數(shù)據(jù)處理方法等都有所不同。國(guó)際上有五種精度標(biāo)準(zhǔn)體系 ,分別為 :德國(guó) VDI 標(biāo)準(zhǔn)、日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo) GB 系列、美國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì) NMTBA 。其中 NAS979 是美國(guó)國(guó)家航空航天局在二十世紀(jì)七十年代提出的通用切削試件 ,NAS 試件” 是通過(guò)檢測(cè)加工好的圓錐臺(tái)試件的 “面粗糖度、圓度、角度、尺寸”等精度指標(biāo)來(lái)反映機(jī)床的動(dòng)態(tài)加工精度。NAS試件已在三坐標(biāo)數(shù)1控機(jī)床的加工精度檢測(cè)方面得到了很好的應(yīng)用,但用

6、NAS 試件來(lái)檢測(cè)五軸數(shù)控機(jī)床的加工精度還存在一些問(wèn)題。成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán) )有限責(zé)任公司于2011 年提出了用于檢驗(yàn)五軸數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)試件“S 形試件” ,該試件是由一個(gè)呈“S”形狀的直紋面等厚緣條和一個(gè)矩形基座組合而成,通過(guò)檢測(cè)加工試件的“外形輪廓尺寸、厚度、表面粗糙度”等指標(biāo),以及試件上的 3 條線共 99 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置來(lái)檢驗(yàn)五軸數(shù)控機(jī)床的加工精度,“ S 形試件”是目前五軸數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)通用的檢測(cè)試件,該試件已于2011 年申請(qǐng)美國(guó)國(guó)家專利,“ S 形試件”模型圖及檢測(cè)點(diǎn)如圖1.1 所示。S 試件模型圖測(cè)量方法需根據(jù)具體的測(cè)量?jī)x器來(lái)制訂 ,機(jī)床精度提髙的需求也促進(jìn)了機(jī)床精度檢測(cè)工具

7、的發(fā)展。根據(jù)檢測(cè)軌跡的不同 ,檢測(cè)儀器可分為圓軌跡運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和直線運(yùn)動(dòng)軌跡檢測(cè)。由于機(jī)床的圓軌跡運(yùn)動(dòng)包含了較多誤差信息,因此開(kāi)發(fā)一種用于檢測(cè)機(jī)床軌跡運(yùn)動(dòng)的儀器也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。Heidenhaim 公司研制的平面正交光柵(GGET), 既可以檢測(cè)圓軌跡又可以檢測(cè)直線軌跡或不規(guī)則的異形平面運(yùn)動(dòng)。Wei Gao 等用光電自準(zhǔn)直儀檢測(cè)主軸偏角的誤差,用電容位移測(cè)頭測(cè)出了主軸的軸向跳動(dòng)誤差,用直尺和電容位移測(cè)頭結(jié)合檢測(cè)出了導(dǎo)軌的直線度誤差。用于直線運(yùn)動(dòng)軌跡檢測(cè)的儀器,目前比較常用的有雙頻激光干涉儀和激光跟蹤儀。上海交通大學(xué)與美國(guó)光動(dòng)公司合作,基于激光多普勒位移測(cè)量?jī)x提出了一種沿體對(duì)角的機(jī)床空間幾

8、何誤差的激光矢量測(cè)量方法,通過(guò)分步測(cè)量機(jī)床工作空間的4 條體角線 ,并結(jié)合空間誤差綜合模型快速分離機(jī)床的19 項(xiàng)誤差。該方法通過(guò)添加3 個(gè)面上的6 條對(duì)角線 ,可以實(shí)現(xiàn)分離出機(jī)床的21項(xiàng)幾何誤差。根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)工程協(xié)會(huì)(CIRP) 的預(yù)測(cè) ,至 2012 年 ,30%-50% 的新機(jī)床將配備定位誤差、直線度和各種轉(zhuǎn)向誤差的補(bǔ)償功能。隨著數(shù)控機(jī)床使用數(shù)量的增加,在使用過(guò)程中如何對(duì)數(shù)控機(jī)床精度進(jìn)行再標(biāo)定及誤差溯源,調(diào)整機(jī)床以排除故障或?qū)ζ溥M(jìn)行誤差補(bǔ)償,并定期地對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償?shù)男枨笠矔?huì)增加。提高機(jī)床精度的關(guān)鍵步驟是誤差檢測(cè),因此快速高效的誤差檢測(cè)方法也成為研究的重點(diǎn),同時(shí)隨著多軸數(shù)控機(jī)床

9、的廣泛應(yīng)用,研究的對(duì)象也逐漸向多軸機(jī)床轉(zhuǎn)移。3 五軸數(shù)控機(jī)床的傳統(tǒng)精度檢測(cè)方法五軸機(jī)床一般是比三軸機(jī)床多兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。首先， 要對(duì)三個(gè)直線軸進(jìn)行檢測(cè)；其次，是針對(duì)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的檢測(cè)；最后，要對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)性能進(jìn)行檢測(cè)。主要包括兩個(gè)：（1）三個(gè)直線軸的檢測(cè)2方法和三軸銑床一樣，所以這里不做敘述。（2）兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的檢測(cè)因?yàn)樾D(zhuǎn)軸的各項(xiàng)精度對(duì)五軸加工精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三個(gè)直線軸精度的影響， 所以對(duì)五軸機(jī)床的檢測(cè)重點(diǎn)是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的精度。旋轉(zhuǎn)軸的精度包括兩個(gè)方面：一方面是旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的精度，主要要檢測(cè)每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的重復(fù)定位精度； 另一方面是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相互之間的關(guān)系， 主要檢測(cè)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸線和主軸軸線之間空間幾何關(guān)系

10、是否正確。4.1 測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的重復(fù)定位精度方法和直線軸測(cè)量方法類似： 對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)類型的旋轉(zhuǎn)軸， 在轉(zhuǎn)臺(tái)上固定一個(gè)方塊， 用千分表接觸方塊的表面， 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)一定角度， 再反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)同樣多角度， 回到原位， 觀察兩次表針接觸方塊表面時(shí)的表讀數(shù)是否一致，誤差多少（如圖1）；對(duì)于擺頭類型的旋轉(zhuǎn)軸，在主軸上裝上檢測(cè)用芯棒，用千分表指針接觸芯棒來(lái)檢測(cè)（如圖2）。圖 1 測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)的重復(fù)定位精度圖 2 測(cè)量擺頭的重復(fù)定位精度4.2 測(cè)定兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和主軸之間的空間幾何關(guān)系這項(xiàng)需要按照五軸銑床的類型分為三種情況：（ 1）雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的五軸銑床圖 3 為一個(gè)雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的示意圖， 在圖中標(biāo)出了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸線， 這兩根

11、軸線應(yīng)該如圖中那樣相交于一點(diǎn)。如果這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸線不相交，則要測(cè)定出兩個(gè)軸線的偏心距離。C 軸軸線B 軸 軸圖 3 雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖測(cè)定方法如下：先將 C 軸轉(zhuǎn)臺(tái)校正，使 C 軸轉(zhuǎn)臺(tái)平行于 XY 平面（方法略）；再如圖 4 所示，分別旋轉(zhuǎn) B 軸+90 和 -90，測(cè)量?jī)蓚€(gè)方位下 B 軸轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)面最高點(diǎn)的高度差。如果高差為零，則雙轉(zhuǎn)臺(tái)的空間幾何關(guān)系符合理想情況，如果高差不為零，則B、C 軸的偏轉(zhuǎn)臺(tái)最高點(diǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)最高點(diǎn)心量為此高差的二分之一。3圖 4 雙轉(zhuǎn)臺(tái)軸線偏心量測(cè)定（2）轉(zhuǎn)臺(tái)和單擺頭結(jié)構(gòu)的五軸銑床圖 5 為單擺頭結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中標(biāo)出了B 軸的軸線和主軸的軸線，這兩個(gè)軸線應(yīng)該相交于一點(diǎn)，如果它

12、們不相交，需要測(cè)定出它們的距離，即主軸和擺動(dòng)軸B 軸的偏心量。主軸軸線B 軸軸線圖 5 轉(zhuǎn)臺(tái)和擺頭銑床擺頭部分結(jié)構(gòu)示意圖測(cè)定方法如下：先在主軸上裝上檢測(cè)用芯棒，校正B 軸，使芯棒（主軸軸線）垂直于XY 平面（方法略）；再如圖6 中所示，分別旋轉(zhuǎn)B 軸 +90 和 -90，測(cè)量?jī)蓚€(gè)方位下芯棒側(cè)面最低點(diǎn)的高差。如果高差為零， 則擺頭和主軸間的空間幾何關(guān)系符合理想情況，如果高差不為零，則主軸和B 軸的偏心量為此高差的二分之一。圖 6 擺頭和主軸偏心量測(cè)定（3）雙擺頭結(jié)構(gòu)的五軸銑床圖 7 為雙擺頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)出了主軸軸線、 B 軸軸線和 C 軸軸線。理想情況下，主軸軸線和 C 軸軸線應(yīng)該重合，

13、B 軸軸線和它們相交。如果這三個(gè)軸線不符合這種理想情況，需要測(cè)定出它們之間的偏心量。4C 軸軸線B 軸軸線主軸軸線圖 7 雙擺頭結(jié)構(gòu)示意圖首先，測(cè)定B 軸和主軸的偏心量，方法和單擺頭銑床的測(cè)定方法一樣。然后，測(cè)定C 軸和主軸的偏心量，方法如下：如圖8 左邊所示，在工作臺(tái)上固定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱型，將千分表表座固定在C 軸上，表針接觸圓柱形側(cè)面，調(diào)整機(jī)床XY 軸的位置，使得 C 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)千分表讀數(shù)不變，這樣C 軸軸線就和圓柱形的中心重合了，將這個(gè)位置機(jī)床的 X 、Y 坐標(biāo)值記錄下來(lái)；如圖 8 右邊所示， 先轉(zhuǎn)動(dòng) B 軸，使主軸軸線垂直于工作臺(tái)（ XY平面），再在主軸上裝上檢棒，將表座固定在檢棒上（主軸

14、上），表針接觸圓柱形側(cè)面，調(diào)整機(jī)床 XY 軸的位置， 使得檢棒旋轉(zhuǎn)時(shí)千分表讀數(shù)不變，這樣主軸軸線就和圓柱形中心重合了，將這時(shí)機(jī)床的X 、 Y 坐標(biāo)值同剛剛記錄下來(lái)的坐標(biāo)值比較，差值就是C 軸軸線和主軸軸線的 X 、 Y 偏心量。圖 8 雙擺頭銑床C 軸和主軸偏心測(cè)定綜上所述，雙轉(zhuǎn)臺(tái)銑床的B 軸、 C 軸是結(jié)合為一體的雙轉(zhuǎn)臺(tái)，要測(cè)定出B、C 軸的偏心量；轉(zhuǎn)臺(tái)和單擺頭銑床的B 軸和主軸結(jié)合為一體，要測(cè)定出B 軸和主軸的偏心量；雙擺頭銑床的 B 軸、 C 軸和主軸是結(jié)合為一體的雙擺頭，需要測(cè)定出B 軸和主軸、 C 軸和主軸的偏心量。三 五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測(cè)不需要按照五軸銑床的類型來(lái)分

15、類。五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測(cè)的目的有兩個(gè)： 一是檢測(cè)對(duì)五軸銑床幾個(gè)軸之間空間幾何關(guān)系測(cè)定的準(zhǔn)確性，二是檢測(cè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對(duì)五軸空間幾何關(guān)系的補(bǔ)償功能。五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測(cè)不能通過(guò)直接測(cè)量來(lái)檢測(cè)， 而是通過(guò)加工一些標(biāo)準(zhǔn)形狀， 再測(cè)量加工出形狀的誤差來(lái)檢測(cè)的：（一）直線在一個(gè)平面上加工一條直線，加工時(shí)要求刀軸連續(xù)變化，圖 9 中所示就是一種5 軸加工5直線的刀路， 可以嘗試用多種刀軸控制方法來(lái)加工。 加工用材料可以選擇較易加工的非金屬材料或者有色金屬，刀具用球刀。加工好以后，觀察直線是否彎曲，如果明顯彎曲，則需要重新檢測(cè)機(jī)床各項(xiàng)精度，特別是重新測(cè)定兩旋轉(zhuǎn)軸和主軸間的偏心關(guān)系是否正確。圖 9 變刀軸加工直線刀

16、路（二）平面用球刀精加工一個(gè)平面，將這個(gè)平面分為多段，分別用數(shù)個(gè)不同角度的固定刀軸和連續(xù)變化的刀軸來(lái)加工，圖10 中所示為這些加工刀路。加工好以后，測(cè)量這個(gè)平面上不同段之間的誤差， 理想情況下這個(gè)平面仍然是平的，如果誤差過(guò)大， 則重新測(cè)定兩旋轉(zhuǎn)軸和主軸間的偏心關(guān)系是否正確。圖 10 多種刀軸控制方法加工同一個(gè)平面（三）球形用球刀精加工球形，要超過(guò)半球， 刀軸垂直于球面加工，分別采用沿經(jīng)線雙向加工和沿緯線螺旋加工的方法各加工一個(gè)直徑相同的球形，加工刀路如圖 11 所示。加工好之后，測(cè)量?jī)蓚€(gè)球形的直徑， 和標(biāo)準(zhǔn)值比較誤差。 如果有條件， 還可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)球形的圓度和標(biāo)準(zhǔn)球形的誤差值。圖 11 五軸加

17、工球形的兩種刀路6以上就是用加工標(biāo)準(zhǔn)形狀的方法來(lái)檢測(cè)五軸銑床的五軸聯(lián)動(dòng)性能的一種基本方法?？偨Y(jié)如下：先加工一條直線，初步判斷五軸空間幾何關(guān)系測(cè)定的正確性，同時(shí)檢測(cè)數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否生效。這是一維形狀的檢測(cè)，是最基本的要求，在此基礎(chǔ)上才能做下面的檢測(cè)。再加工一組平面，檢測(cè)五軸空間幾何關(guān)系測(cè)定的準(zhǔn)確性，同時(shí)檢測(cè)數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否設(shè)定正確。這是二維形狀的檢測(cè)，比一維形狀的檢測(cè)的要求高一等級(jí)，如果檢測(cè)合格，說(shuō)明五軸空間幾何關(guān)系的測(cè)定基本準(zhǔn)確，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)基本滿足五軸加工的要求。最后，加工球形， 進(jìn)一步檢測(cè)五軸空間幾何關(guān)系測(cè)定的準(zhǔn)確性，同時(shí)檢測(cè)數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否在三維空間做出了正確的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

18、。這是三維形狀的檢測(cè)， 也是最高等級(jí)的要求。如果滿足了三維形狀加工的要求， 就可以說(shuō)這臺(tái)五軸銑床完全合格， 可以勝任生產(chǎn)加工任務(wù)了。4五軸數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)精度檢測(cè)方法傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和檢測(cè)工具只是用于精度較低的中小型數(shù)控機(jī)床,國(guó)內(nèi)各工廠的大型數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)是進(jìn)口的,均采用高精度的激光干涉儀、球桿儀。如今，通過(guò)一系列步驟的直接檢測(cè)來(lái)判斷機(jī)床的精度，依然是許多機(jī)床生產(chǎn)商和使用者的首選方法。單項(xiàng)檢測(cè)法的測(cè)量不確定度很小，結(jié)果可信度很高。針對(duì)直線軸的比較成熟的檢測(cè)法如下:4.1 激光干涉儀測(cè)量定位誤差激光干涉儀測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)軸的定位精度用激光干涉儀測(cè)量定位誤差，如圖所示。由于部分機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸安裝在工作臺(tái)面

19、以下，其回轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)精度只能在機(jī)床裝配時(shí)進(jìn)行測(cè)量和改善。 單項(xiàng)檢測(cè)法只能實(shí)現(xiàn) : 使用激光干涉儀和反射鏡組測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的角度定位精度4.2 球桿儀法球桿儀法是ISO 230-1 中推薦的一種方法，1982 年， J BBRYAN 在美國(guó) Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室， 首先開(kāi)發(fā)出了用于快速檢測(cè)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差的球桿儀& 球桿儀由兩個(gè)精密金屬圓球和一個(gè)可伸縮連桿組成，在連桿中間鑲嵌著用于檢測(cè)位移的光柵尺，如圖. 所示&測(cè)量時(shí)，一個(gè)圓球通過(guò)磁性鋼座固定在工作臺(tái)上，另一個(gè)圓球通過(guò)同樣的裝置安裝在主軸上。7雷尼紹 QC20 球桿儀設(shè)備球桿儀可以同時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)奢S聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下的圓運(yùn)動(dòng)精度，新

20、式的球桿儀設(shè)備可以在一次安裝后，依次測(cè)量XY ， YZ ，XZ 個(gè)平面上的圓軌跡精度。數(shù)控機(jī)床的垂直度、重復(fù)性、間隙、各軸的伺服增益比例匹配、伺服性能和絲杠周期性誤差等參數(shù)指標(biāo)都能從圓運(yùn)動(dòng)輪廓的半徑變化中反映出來(lái)。通常，測(cè)量周期不超過(guò)1h。球桿儀是一維的位移測(cè)量，在檢測(cè)多軸機(jī)床時(shí)，需要設(shè)置復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)方案。一維測(cè)量能獲得的信息是有限的，從空間三維測(cè)量的角度來(lái)講，會(huì)遺漏許多關(guān)鍵的誤差源信息，球桿儀的安裝和調(diào)準(zhǔn)依然是一項(xiàng)需要較高技術(shù)的工作，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度檢驗(yàn)的自動(dòng)化和高效。4.3 平面光柵法如圖# 所示，工作臺(tái)上置有直徑140mm 、刻有高精度正交柵紋的平面光柵，主軸端裝有讀數(shù)光柵 & 在平面光柵

21、的有效工作范圍內(nèi)，不論按 NC 指令執(zhí)行的工作臺(tái)與主軸所作的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是規(guī)則的圓運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)或者是不規(guī)則的復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)，都可通過(guò)主軸端的讀數(shù)頭及后續(xù)電路直接讀出其運(yùn)動(dòng)軌跡是否精良的信號(hào)，讀數(shù)分辨率可達(dá)5nm。海德漢 Heidenhain 公司的 KGM 平面光柵測(cè)量系統(tǒng)平面正交光柵法可以通過(guò)檢測(cè)機(jī)床直線軸復(fù)合軌跡運(yùn)動(dòng)( 直線軌跡和圓軌跡的組合) 的軌跡誤差，解算出數(shù)控機(jī)床的3 個(gè)直線軸的21 項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差。除了儀器價(jià)格較高這一點(diǎn)之外，是當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)精度診斷的首選方法。但平面光柵也存在一定的局限性，因?yàn)樗臋z測(cè)都局限在平面上，無(wú)法評(píng)價(jià)五軸機(jī)床多軸聯(lián)動(dòng)（尤其是包含回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)）的空間精度。4.4R-

22、test 方法Rest 測(cè)量裝置由瑞士的SWEIKERT 和 WKNAPP 在 2004 年發(fā)明 Cs7，專門針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床的誤差測(cè)量。Rest 裝置由一個(gè)高精度的標(biāo)準(zhǔn)球(陶瓷或鋼 )和安裝有3 個(gè) (或者 4 個(gè))位移傳感器的探測(cè)頭組成。傳感器探頭的平而與球體表而相互接觸，標(biāo)準(zhǔn)球和探測(cè)頭分別裝在主軸端或工作臺(tái)， 如圖 5 所示。機(jī)床做多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)球隨主軸運(yùn)動(dòng)，探測(cè)系統(tǒng)隨工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)， 5 軸機(jī)床可以保證多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)球心和底座的空間相對(duì)位置保持不變，即刀具中心點(diǎn)8( Tool Center Point) 和工件的空間相對(duì)位置不變。由于機(jī)床幾何誤差的存在， 球體和探測(cè)頭的相對(duì)位置發(fā)生微小的偏移

23、，空間3 個(gè)方向的偏移量被傳感器測(cè)得。將3 個(gè)(或者 4 個(gè))位移傳感器的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為空間X,Y, Z 方向的偏移。此外， ZARCAR-BASHI 等提出了一種測(cè)量設(shè)備 CapBall ，使用的是非接觸式的傳感器。日本的 Soichi IBARAKI 等對(duì) R-test 系統(tǒng)進(jìn)行了更加深入的研究圖，提出使用非接觸式的測(cè)量。ISO TC39/SC2 己經(jīng)在討論收錄R-test。IBS 精密工程和 FIDIA己有商用的類似 R-test 裝置。瑞士的 wKNAPP等致力于 R-test 配合精密球盤的檢測(cè)研究Dn7，數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上裝上精密的球盤，然后主軸端安裝R-test探測(cè)頭，機(jī)床的直線軸按照NC 指令運(yùn)動(dòng)，使 Rest 按照特定的川頁(yè)序測(cè)量球盤 .典型的 R-test 測(cè)量裝置相對(duì)于激光干涉儀，平而光柵和球桿儀， R-test 具有著 3 維位移檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在一次測(cè)量中能獲得的信息很多， 能夠分析五軸機(jī)床的大部分誤差源。 Rest 可以配合標(biāo)準(zhǔn)球或者精密球盤等，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)， 具有很大的潛力， 是當(dāng)今機(jī)床精度研究的熱點(diǎn)。作者所在課題組正在致力于 R-test 裝置的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)有陸續(xù)的研究成果展示。5結(jié)束語(yǔ)對(duì)于集機(jī)、電、液、氣于一體的大型數(shù)控機(jī)床的驗(yàn)收,無(wú)論是預(yù)驗(yàn)收,還是終驗(yàn)收 ,都十分重要 ,它直接