15机床误差检测与处理word

误差分析与测试数据处理大作业数控机床误差检测与处理学院：机械与动力工程学院班级：B1502091指导老师：王华组员：程青松115020910002朱德志115020910021朱孟瑞1150209100222015年12月20目录1.研究背景及目标..........................................................................................................................31.1数控机床简介.....................................................................................................................31.2数控机床特点.....................................................................................................................31.3几何精度检测工具.............................................................................................................42、研究内容与测量系统.................................................................................................................42.1数控机床误差类别............................................................................................................42.2数控机床误差检测方法....................................................................................................52.2.1单项误差分量检测方法........................................................................................52.2.2综合误差分量检测方法........................................................................................53.实验数据的最小二乘拟合............................................................................................................73.1曲线拟合的提出背景.........................................................................................................73.2实验原始数据.....................................................................................................................83.3数据建模拟合.....................................................................................................................83.3.1X轴误差拟合............................................................................................................83.3.2Y轴误差拟合..........................................................................................................113.3.3Z轴误差拟合..........................................................................................................124.样条插值建立误差数学模型......................................................................................................134.1插值法提出的背景...........................................................................................................134.2插值方法的分类...............................................................................................................134.3用插值方法处理实验数据...............................................................................................164.3.1X轴方向移动在三个方向引起的误差..................................................................164.3.2Y轴方向移动在三个方向引起的误差..................................................................174.3.3Z轴方向移动在三个方向引起的误差..................................................................174.4结论..................................................................................................................................191.研究背景及目标1.1数控机床简介数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。1.2数控机床特点相比于普通机床，其主要具有以下五个特点。1)可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；2)加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；3)机床本身的精度高、刚性大，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；4)机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；5)数控机床使用数字信息与标准代码处理，有利于生产管理的现代化。数控机床作为机械制造中的基础工具，它的精度是影响加工精度的重要因素。高速高精度下数控机床的（复杂）运动轨迹误差直接影响着被加工对象的几何精度，能否确切地掌握该误差，既是进行在线补偿加工的必需，又直接关系到能否精确地追溯机床各传动部件的精度异常源或故障源。随着先进制造领域对于制造装备精度的要求不断提高，对数控机床进行误差检测和异常溯源就显得更为重要。一台数控机床的全部检测验收工作是一项技术难度非常大的工作，也需要相应一套检测仪器和手段相配合。近年来出现了一系列的对机床性能进行评价的方法,国际标准化组织ISO并制订了机床静态的几何精度、数控机床运动精度（包括位置精度和重复精度）、加工精度和数控机床的圆运动的检测试验标准。对机床的机、电、液、气等各部分及整机进行综合性能及单项性能检测，包括机床的动静刚度和热变形等一系列试验，最后得出对该机床的综合评价。属于这一类的机床验收工作应由国家指定的几个机床检测中心进行，以得出权威性的结论意见。因此只适合于新机床样机和产业产品的评比检验及关键进口设备的检验。对一般的机床用户，其验收工作主要根据机床出厂检验合格证上的规定验收技术条件和实际能提供的检测手段，部分或全部地测定机床合格证上的各项技术指标。1.3几何精度检测工具检测机床几何精度传统的常用检测工具有：精密水平仪、直角尺、平尺、平行光管、千分表或测微仪和高精度主轴芯棒等。测量直线运动误差的常用检测工具有测微仪、成组块规、标准刻线尺、金属线纹尺、步距规、光学读数显微镜、准直仪等，近年来有使用更好的双频激光测量仪的。通常以双频激光测量仪为准。测量回转运动误差的常用检测工具有高精度标准分度转台和多面体等。应用高精度双球规和平面光栅在国际上也是近年才出现的事，国内更为稀少。其优点是既可测回转运动误差、短距离的直线运动误差，更可测具有复杂轨迹的平面运动误差。2、研究内容与测量系统2.1数控机床误差类别数控机床误差主要分为以下几类1)几何误差：机床中各组成环节或部件的实际几何参数和位置相对于理想几何参数和位置发生偏离。（固有误差）2)热变形误差：机床的温度分布发生变化导致机床与标准稳态状态相比而产生的附加热变形，由此改变了机床中各组成部分的相对位置，从而产生的附加误差。3)切削力误差：机床在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下产生的附加几何变形破坏了机床各组成部分原有的相互位置关系而产生的附加误差。4)控制误差（更多的是数控机床）：由数控机床控制系统的不精确性引起的机床运动部件实际运动轨迹与理想运动轨迹的偏差。5)运动误差：机床在工作过程中，工作台、主轴等主要运动部件的实际运动轨迹和理想运动轨迹的不符合程度。（静态误差）6)定位/位置误差：机床工作台或道具在机床工作空间中，从一点运动到另一点的过程中，其理想位置和实际位置的差异程度。7)加工误差：在加工状态下，由于机床热分布不平衡以及加工负载等加工过程原因，使得刀具与工件相对运动中的非期望值发生变化，具体反映在工件产生的附加尺寸误差、形状误差和位置误差。几何误差、热变形误差和力变形误差为机床的主要误差。2.2数控机床误差检测方法2.2.1单项误差分量检测方法该方法选用合适的测量仪器，对数控机床多项几何误差直接单项测量。1)基于量规或量尺的测量方法，常用测量仪器有金属平尺、角规、千分表等;2)基于重力的测量方法，常用仪器有水平仪、倾角仪等;3)基于激光的测量方法，常用仪器为激光干涉仪和各种类型的光学镜。其中以激光干涉检测方法应用最广。2.2.2综合误差分量检测方法该方法使用测量仪器一次同时对数控机床多项空间误差进行测量。a)标准工件法用已标定的工件作为测量基准，测量时通过比较标准工件的实际坐标和其标定值，经过后续处理得到误差函数。此类方法对标准件精度要求较高，且一般只能测量有限的误差项，实际应用并不广泛。b)轨迹法通过测量机床一定运动轨迹误差并根据误差辨识模型分离出机床几何误差参数的方法。轨迹法较适合数控机床的在机检测，是目前应用最为广泛的一类方法。常见测量轨迹有直线和圆。基于直线轨迹的典型方法为激光干涉仪检测法。而基于圆轨迹运动的检测仪器主要