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內(nèi)部空間精度補(bǔ)償金技術(shù)一直應(yīng)用領(lǐng)域于三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)上，以確保三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)做為計(jì)算方法用具而對(duì)其較高的精度明確要求,而其機(jī)械制造與電器增容的精度難以滿足用戶有關(guān)明確要求。一般三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)都經(jīng)過(guò)補(bǔ)償金，使其能滿足用戶完成高精度量測(cè)的須要。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)床精度的明確要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)有機(jī)床精度單從機(jī)械設(shè)計(jì)和硬件制造上來(lái)考慮，成為制約金融行業(yè)發(fā)展的一個(gè)兩極化做為三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)金融行業(yè)中引領(lǐng)量測(cè)技術(shù)先鋒的英國(guó)(Renishaw)公司，在將其三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)UCC控制器中“內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金技術(shù)”成功應(yīng)用領(lǐng)域十多年后，特別針對(duì)Fanuc、Siemens等數(shù)控控制系統(tǒng)，新近面世“內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金技術(shù)”。以雷尼紹成熟的XL-80雷射光譜儀和QC-20球拍儀做為試驗(yàn)基礎(chǔ)，向市場(chǎng)面世RVC-Fanuc和RVC-Siemens兩套內(nèi)部空間數(shù)值修改軟件，以相互配合具有二維內(nèi)部空間補(bǔ)償金選項(xiàng)的選用Fanuc或Siemens數(shù)控控制系統(tǒng)的加工中心、數(shù)控鏜銑和龍門(mén)機(jī)床來(lái)提高其內(nèi)部空間精度。從現(xiàn)階段使用者實(shí)際采用的反饋表明，RVC軟件在有關(guān)數(shù)控機(jī)床上采用靈活、簡(jiǎn)便，效用明顯。遇到的瓶頸。將三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)的內(nèi)部空間精度補(bǔ)償金技術(shù)引入到數(shù)控機(jī)床上，可成功地解決數(shù)控機(jī)床精度再提高的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　補(bǔ)償金原理

　　1數(shù)控機(jī)床歐幾里得精度常見(jiàn)的21項(xiàng)數(shù)值

在機(jī)床的兩軸移動(dòng)內(nèi)部空間中，共有9個(gè)平移數(shù)值模塊，9個(gè)視角數(shù)值模塊和3個(gè)垂直度數(shù)值模塊，總計(jì)21項(xiàng)數(shù)值。要將21項(xiàng)數(shù)值對(duì)機(jī)器內(nèi)部空間位置的影響完全消除，須要將每項(xiàng)數(shù)值精確地檢驗(yàn)出來(lái)，并科學(xué)研究開(kāi)發(fā)有關(guān)軟件，將檢驗(yàn)得到的數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)機(jī)能的數(shù)控控制系統(tǒng)所能接受的模塊，提供更多給控制系統(tǒng)補(bǔ)償金結(jié)果，從而提高機(jī)床內(nèi)部空間精度。

　　2數(shù)控控制系統(tǒng)的新增機(jī)能

　　采用內(nèi)部空間精度補(bǔ)償金方法對(duì)數(shù)控機(jī)床組織工作時(shí)產(chǎn)生的數(shù)值進(jìn)行修改,如前所述，前期已經(jīng)在二維量測(cè)機(jī)金融行業(yè)被證實(shí)為是減小機(jī)床功能定位數(shù)值的有效方法之一。現(xiàn)階段，歐美國(guó)家許多知名數(shù)控控制系統(tǒng)廠家，如Siemens和Fanuc等，均在其高端數(shù)控控制系統(tǒng)中支持這種內(nèi)部空間精度補(bǔ)償金的方法(二維數(shù)值補(bǔ)償金或VCS)，采用這種方法可以通過(guò)生成機(jī)床整個(gè)組織工作內(nèi)部空間的數(shù)值模塊來(lái)全面補(bǔ)償金機(jī)床組織工作時(shí)在歐幾里得精度上的局限性，從而對(duì)機(jī)床現(xiàn)有的內(nèi)部空間功能定位數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)糾正。

　　3海內(nèi)外發(fā)展動(dòng)向

幾年前，當(dāng)具有內(nèi)部空間精度補(bǔ)償金機(jī)能的高端數(shù)控系統(tǒng)Siemens840Dsl(稱VCS)和Fanuc31i(稱二維數(shù)值補(bǔ)償金)推向市場(chǎng)后，國(guó)外生產(chǎn)高端數(shù)控機(jī)床的廠家就開(kāi)始科學(xué)研究有關(guān)內(nèi)部空間精度的量測(cè)和數(shù)值補(bǔ)償金模塊計(jì)算方法，并有少量的科學(xué)研究成果公開(kāi)發(fā)表。從現(xiàn)有發(fā)表的資料看，有選用雷射跟蹤量測(cè)法，在機(jī)床不同部位做為站點(diǎn)量測(cè)機(jī)床各內(nèi)部空間功能占位數(shù)值，并用一定數(shù)學(xué)模型分離數(shù)值源；也有選用雷射光譜儀相互配合球拍儀等其他量測(cè)工具，按21項(xiàng)數(shù)值逐一檢驗(yàn)的方法。

選用雷射光譜儀試驗(yàn)每項(xiàng)數(shù)值源則是現(xiàn)階段海內(nèi)外兩極化通行的辦法，其每項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均具有精度可溯源性，可以逐一量測(cè)并瀉量機(jī)床精度是否量測(cè)恰當(dāng)、穩(wěn)定可靠，并能方便快捷地隨時(shí)瀉量?jī)?nèi)部空間補(bǔ)償金效用。市場(chǎng)上最為兩極化應(yīng)用領(lǐng)域的英國(guó)產(chǎn)XL-80雷射干涉儀還具有開(kāi)放的軟件接口，方便快捷使用者自行科學(xué)研究開(kāi)發(fā)自己的軟件。

　　特別針對(duì)Fanuc31i和Siemens840D開(kāi)展內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金所需軟、硬件設(shè)備

　　1檢驗(yàn)設(shè)備

　　XL-80雷射光譜儀：分別量測(cè)非線性偏轉(zhuǎn)、直線度、射界、Bazas角等，為RVC軟件提供更多所需計(jì)算補(bǔ)償金模塊所需數(shù)值CSV。

　　QC20-W球拍儀：量測(cè)各軸間的垂直度；并提供更多機(jī)床電器數(shù)值與機(jī)械數(shù)值方向性診斷。

　　RX10庫(kù)塞縣(可選)：量測(cè)并提供更多回轉(zhuǎn)組織工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角精度的量測(cè)與補(bǔ)償金。電子弧面等：量測(cè)機(jī)床滾擺等模塊。

　　2內(nèi)部空間數(shù)值修改軟件

　　Fanuc二維內(nèi)部空間補(bǔ)償金有關(guān)聯(lián)的修改軟件是RVC-Fanuc，Siemens有關(guān)聯(lián)的修改軟件是RVC-Siemens。

RVC軟件具有如下表所示三大機(jī)能，每一機(jī)能能夠?yàn)楸粶y(cè)機(jī)床完成不同項(xiàng)目的補(bǔ)償金：普通非線性數(shù)值補(bǔ)償金、二維內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金(非線性偏轉(zhuǎn)、直線度、視角)和兩軸間垂直度數(shù)值補(bǔ)償金。

　　3數(shù)控控制系統(tǒng)及有關(guān)聯(lián)的內(nèi)部空間補(bǔ)償金機(jī)能選擇附件

　　Fanuc3DCompensation機(jī)能和SiemensVCS機(jī)能。

　　其中840Dsl1.3或更新版本，須要加載恰當(dāng)?shù)腅LF文檔；雷尼紹開(kāi)發(fā)的RVC-Siemens適用于“VCSplus”、“VCSA3”和“VCSA5”。

　　進(jìn)行補(bǔ)償金機(jī)能要采取如下表所示幾個(gè)步驟：

　　·在機(jī)器組織工作內(nèi)部空間范圍中采集量測(cè)數(shù)據(jù),評(píng)估局限性模塊并將它們保存為CSV;

　　·將文檔拷入數(shù)控控制系統(tǒng)LBA“Manufact.Cycles”(\CMA)中；

　　·選用GUD-變量激活補(bǔ)償金；

·控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償金結(jié)果并根據(jù)三根歐幾里得軸線的實(shí)際MCS位置將其寫(xiě)入位置偏置。

　　4在內(nèi)部空間補(bǔ)償金前對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)狀況的明確要求

　　在進(jìn)行內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金前最好用球拍儀對(duì)機(jī)床綜合精度狀況進(jìn)行評(píng)估，若機(jī)床存在較大的反向躍沖、伺服不匹配等電器數(shù)值，則即使進(jìn)行內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金，也對(duì)該機(jī)床加工精度改善不大。在進(jìn)行內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金前將機(jī)床電器數(shù)值調(diào)整為次要精度問(wèn)題尤為必要(對(duì)機(jī)床綜合精度狀況評(píng)估參見(jiàn)QC20-W球拍儀采用說(shuō)明)。重復(fù)精度不好的機(jī)床即使進(jìn)行內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金，補(bǔ)償金效用也不明顯。

對(duì)于精度明確要求高達(dá)5μm左右的數(shù)控機(jī)床，建議對(duì)其采用環(huán)境應(yīng)該按三坐標(biāo)量測(cè)機(jī)的采用環(huán)境來(lái)明確要求，否則從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看機(jī)床自身因環(huán)境變化而帶來(lái)的精度變化將會(huì)在某種程度上削弱內(nèi)部空間誤差補(bǔ)償金的效用。

　　RVC內(nèi)部空間數(shù)值修改軟件的應(yīng)用領(lǐng)域案例

　　1RVC-Fanuc軟件應(yīng)用領(lǐng)域

　　英國(guó)某公司在日常生產(chǎn)中采用的配裝Fanuc31i的FanucRobodrill機(jī)床上，用雷尼紹RVC內(nèi)部空間數(shù)值修改軟件對(duì)該機(jī)床進(jìn)行了二維內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金，并按ISO230-4“數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)選用球拍儀對(duì)該機(jī)床補(bǔ)償金前和補(bǔ)償金生效后的XY平面內(nèi)的圓度進(jìn)行驗(yàn)證比較，其圓度數(shù)值由9.1μm減小到5.7μm。

　　在北京某機(jī)床科學(xué)研究機(jī)構(gòu)最新生產(chǎn)的Fanuc31i數(shù)控坐標(biāo)鏜床上，用QL20-W球拍儀對(duì)該機(jī)床進(jìn)行綜合精度試驗(yàn)，在3D內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金前，XY平面的垂直度XWY為24.9μm/m，綜合圓度為11.5μm。

加上3D內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金模塊和垂直度補(bǔ)償金模塊并使補(bǔ)償金生效后,垂直度數(shù)值XWY為2μm/m;綜合圓度數(shù)值為5.2μm～6.6μm(含多次量測(cè)的重復(fù)性數(shù)值)。

　　為方便快捷說(shuō)明該機(jī)床內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金的細(xì)節(jié)，現(xiàn)以Y軸為例，將該機(jī)床的精度試驗(yàn)和補(bǔ)償金后的效用作一詳細(xì)介紹如下表所示：

　　該機(jī)床Y軸運(yùn)動(dòng)在X方向的Bazas數(shù)值YRX最大達(dá)到12〃；Y軸在Z方向的俯仰數(shù)值YRZ最大達(dá)到9〃；在X-500Z-791.235位置(即主軸端部)對(duì)Y軸功能定位精度YTY進(jìn)行量測(cè),數(shù)值大約為14μm。

　　在離主軸450mm位置,對(duì)Y軸功能定位精度進(jìn)行量測(cè),數(shù)值YTY大約為12μm,但顯然由于機(jī)床Y軸在X方向視角數(shù)值的影響，同樣是Y軸功能定位精度，在離主軸端面不同位置量測(cè)，其精度曲線差異很大、

2RVC-Siemens軟件應(yīng)用領(lǐng)域

　　在意大利Breton公司配裝Siemens840D的Flymill1000龍門(mén)機(jī)床上,選用XL-80雷射光譜儀和球拍儀對(duì)每項(xiàng)歐幾里得精度進(jìn)行量測(cè)并完成VCS內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金。排在前三位最為明顯的改進(jìn)有X軸功能定位精度數(shù)值XTX由68μm減小到2μm；Z軸在Y方向的直線度數(shù)值ZTY從18μm減小到3.7μm；X軸在Z方向的直線度數(shù)值XTZ從15μm減小到1.1μm。

對(duì)于上述量測(cè)和VCS補(bǔ)償金，選用內(nèi)部空間多處量測(cè)非線性功能定位精度的辦法來(lái)驗(yàn)證內(nèi)部空間精度整體提高的結(jié)論。例如在沒(méi)有做內(nèi)部空間補(bǔ)償金前，某內(nèi)部空間上高、中、低3處的位置數(shù)值分別為5.8μm、3.9μm、8.0μm;而在用XL-80雷射光譜儀和球拍儀進(jìn)行VCS內(nèi)部空間數(shù)值后，在該高、中、低三處的位置數(shù)值分別為2.7μm、1.9μm、2.1μm?？梢?jiàn)內(nèi)部空間各處的整體位置精度在VCS生效后都有所提高，并趨于一致，其ISO230-4球拍儀試驗(yàn)圓度相應(yīng)也提高了25%。

　　在位于德國(guó)Erlangen的Siemens技術(shù)中心內(nèi),對(duì)一臺(tái)配裝Siemens840D的Huron機(jī)床進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)表明RVCSiemens軟件與Siemens控制系統(tǒng)的VCS機(jī)能在機(jī)床上完全有效。垂直度補(bǔ)償金效用特別明顯，XY垂直度XWY由-9.8〃提高到-0.1〃；同時(shí)非線性和視角補(bǔ)償金結(jié)果也不錯(cuò)。

參與試驗(yàn)的有關(guān)人員評(píng)論道，選用雷尼紹球拍儀和XL-80雷射光譜儀比其他同類產(chǎn)品采用要快許多，因?yàn)閺膬x器安裝采用上看雷尼紹的產(chǎn)品更為方便快捷。

　　按ISO230-2對(duì)Y軸進(jìn)行非線性功能定位精度的補(bǔ)償金前后的對(duì)比。按ISO230-4進(jìn)行球拍儀試驗(yàn)的圓度精度提高近40%。

　　結(jié)論

　　鑒于數(shù)控機(jī)床兩軸歐幾里得精度補(bǔ)償金技術(shù)與五軸機(jī)床中回轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償金技術(shù)的不同(回轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償金須要數(shù)控控制系統(tǒng)另外的選項(xiàng)和另外的試驗(yàn)方法)，根據(jù)多數(shù)使用者的需求，現(xiàn)階段RVC軟件主要特別針對(duì)的是兩軸機(jī)床的內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金?，F(xiàn)階段使用者在試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域中產(chǎn)生的若干看法：

(1)根據(jù)多個(gè)客戶的試驗(yàn)反饋來(lái)看，選用XL-80雷射光譜儀和QC20-W球拍儀進(jìn)行內(nèi)部空間數(shù)值補(bǔ)償金試驗(yàn)，由于可以方便快捷地分別對(duì)機(jī)床每項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn)并快速驗(yàn)證補(bǔ)償金效用，還可以有選擇地只挑選部分關(guān)鍵數(shù)值項(xiàng)來(lái)補(bǔ)償金，因而在確保準(zhǔn)確性的前提下，也可選用有選擇地補(bǔ)償金的方法來(lái)節(jié)約時(shí)間。

　　(2)用ML10/XL80雷射光譜儀逐一試驗(yàn)非線性偏轉(zhuǎn)、直線度、視角數(shù)值，容易對(duì)數(shù)值溯源，方便快捷判斷數(shù)值方向。

　　(3)選用QC20-W無(wú)線球拍儀，在一次安裝的情況下，對(duì)機(jī)床XY、YZ和ZX三個(gè)平面進(jìn)行試驗(yàn)，可快速對(duì)垂直度進(jìn)行量測(cè)和補(bǔ)償金。

　　(4)試驗(yàn)結(jié)果證明，用雷尼紹公司的RVC軟件對(duì)Fanuc31i和Siemens840Dsl的機(jī)床進(jìn)行二維數(shù)值補(bǔ)償金，通過(guò)按ISO230-2標(biāo)準(zhǔn)選用雷射光譜儀或/和按ISO230-4標(biāo)準(zhǔn)選用球拍儀儀驗(yàn)證，補(bǔ)償金前后效用明顯。

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