數控機床在線檢測的誤差分析和標定方法

方仁

摘 要：數控機床在線檢測的發展為數控加工過程的質量檢測提供了一套行之有效的方法。機床測頭作為可編程運行、能獲取信息、可反饋的監控設備，在制造環節中至關重要的地位突顯。本文分析了在線檢測存在的誤差，給出了誤差消除的方法。

關鍵詞：數控機床；在線檢測；誤差分析；測頭標定

1 工件測頭誤差分析

未標定的測頭在工作中存在以下運動誤差，如圖1所示：

（1）觸發前的預行程、測針偏擺等誤差；

（2）機床在讀取測量信號時也會由于信號傳輸、處理信號占用微少的時間而造成信號延遲，從而產生位移誤差；

（3）機床接收到測量信號后由運動到停止的減速過程中造成的位移誤差。

標定必須在任何可能導致測頭測量位置發生變化的情況下進行，如：

（1）第一次使用測頭時；

（2）測頭更換測針；

（3）懷疑測針彎曲或測頭發生碰撞后；

（4）機床進行了調整，如補償位置誤差；

（5）刀柄因素。刀柄與測頭間的連接被移動；

（6）周期性地進行校準以補償機床的機械變化誤差。

（7）測量速度發生變化，測量速度需要恒定往往被操作者忽略，在標定時的進給倍率與測量時的進給倍率不一致，使得測針分別在標定、測量時的預行程等導致的X、Y向的偏移，Z向的縮進量不一致，從而會較大的影響測量結果的準確性。

2 工件測頭的標定

標定的作用是使用標準的計量儀器對所使用儀器的準確度（精度）進行檢測是否符合標準，一般大多用于精密度較高的儀器。

（1）確定儀器或測量系統的輸入—輸出關系，賦予儀器或測量系統分度值；

（2）確定儀器或測量系統的靜態特性指標；

（3）消除系統誤差，改善儀器或系統的精確度；

（4）在科學測量中，標定是一個不容忽視的重要步驟。

機床測頭長度方向標定方法：

設定環規、標定球或量塊等標準件的上表面為工件坐標系Z向原點，

①使用一把已知準確刀長、半徑的基準刀安裝至主軸，并在基準刀對應刀沿中輸入它的刀長。

②使用基準刀對標準件表面，使用塞尺或塊規來輔助進行，將標準件表面設為工件坐標系Z向原點。

（5）激活設定過的工件坐標系，換出測頭，根據環規表面的準確位置和測頭觸發時的位置，計算出測頭工作時的有效刀長值或相對于原先測頭近似刀長值的磨損值（直接更改刀長還是寫入磨損值，不同的程序有不同的方式），更新測頭刀偏值；

機床測頭半徑方向標定方法：

①找到標準件中心位置；

②執行標定動作；

③運算并存儲標定數據；

將測頭在移動至環規粗略中心位置并探入孔內一定深度，測頭與NC系統運行如下動作與運算：

第一步，主軸定位至180°，測內圓4點；

第二步，主軸定位至0°，測內圓4點；

第三步，以上兩次測量結果運算出環規內孔準確的中心位置，并計算和更新測球標定數據，如測球標定半徑值，以及測針偏擺值。

第四步，標定結果輸出；

標定后的結果如測頭刀長數據、測頭半徑數據將分別自動更新到當前刀沿中，并在相應的MD通用機床參數中查看X、Y各方向的偏心、半徑值。宏程序測量軟件則存儲至指定的全局用戶變量中。

測量結果參數：上述“半徑環規校準”測量循環完成后，測量結果將存入測量結果參數。如表1所示。測量結果參數可通過查看“通道用戶變量”界面查看。

3 結語

機床在線測頭對工件、夾具、刀具進行加工過程的監測，發現工件超差、夾具未裝到位、刀具磨損、破損等情況后，都能及時報警，并給予補償或調換，提高機床自動化程度，保證數控機床長期工作時的產品質量。清楚機床在線檢測的誤差產生原因并能夠完成機床測頭的標定是在線檢測的前提，本文對這兩個問題進行了有針對性的講解，可以預見，在線測量技術在近些年的發展將更加迅速。

參考文獻

[1]潘銘.五軸數控機床精度檢測以及標定技術應用分析[J].科技創新與應用， 2016，（27）：157.

[2]崔寧寧，蔡永林，趙滿懷.數控機床在線檢測系統觸發式測頭的預行程誤差實驗研究[J].機械制造與自動化，2016，（3）：5-7.

（作者單位：杭州技師學院）