数控在线误差鉴定的探究

　　对大型数控加工机床而言，加工过程中，由于机床导轨的磨损、受力变形、温度场变化，以及插补误差的影响，刀架理想运动曲线会发生变化，势必影响零件轮廓形状的轮廓度误差。误差分离技术EST（Error Separation Technique）给这类零件线轮廓度误差在线测量带来方便。本文探讨把误差分离技术应用于大型数控机床加工中实时在线测量，从而将刀架运动曲线误差和零件轮廓曲线误差从测量结果中分离出来，为数控强力切削中动态误差补偿加工提供基础。

　　在线测量线轮廓度误差原理2. 1误差分离数学模型在数控机床上加工具有轮廓形状的工件，则刀架运动轨迹必须走理想轮廓曲线。

　　工件安装示意，建立如图所示坐标系，xoy是测量基准坐标系，x′oy是测量坐标系。设U（x）为刀架理想运动曲线函数，V（x）为零件理想轮廓曲线函数，R（x）为刀架实际运动曲线函数，S（x）为零件实际线轮廓曲线函数，则零件的线轮廓度误差H（x）可表达为H（x）= S（x）- V（x）（1）刀架运动曲线误差h（x）可表达为h（x）= R（x）- U（x）（2）在测量中，我们关心的是测量H（x），h（x）误差，将三个测头A，B，C安装在测座上，测头间距分别为l 1，l 2，测座安装在数控机床刀架上，刀架在数控伺服系统驱动下两坐标联动，走理想轮廓运动曲线，以测量零件线轮廓度误差。当刀架移动距离x时，三测头A，B，C就有一组输出信号，设为A（x），B（x），C（x），显然这一组输出信号是一组混合信号，它包含了零件线轮廓度误差H（x）和刀架运动曲线误差h（x）。

　　对采样信号进行预处理，同时考虑去除相邻测头采样信号中的理想线轮廓梯度值影响（这在软件中考虑），则有如下关系式可求出频域上的线轮廓度误差H（n）的一系列离散值。对H（n）再进行傅里叶逆变换，得到零件在时域上的线轮廓度误差H（k）h（k）= A（k）- H（k）（16）r（k）≈< B（k）- H（k + m 1）- h（k）>/（m 1Δl）（17）2. 2仿真零件线轮廓度误差曲线设三组误差信号H（k）、h（k）、r（k），根据参数选择条件确定有关参数，根据（9）、（10）、（11）式由此产生测头模拟输出信号A（k）、B（k）、C（k），再根据（15）、（16）、（17）式误差分离公式，对A（k）、B（k）、C（k）进行分离得到三组分离信号H′（k）、h′（k）、r′（k），并与所设三组误差信号H（k）、h（k）、r（k）进行比较。我们在586 PC机上进行了误差分离仿真，仿真结果表明三点法误差分离技术应用于线轮廓度误差测量是可靠的。

　　零件线轮廓度误差曲线，图中列出了当采样长度（l）一定，采样点数（N）、采样间隔（Δl）不同，根据参数选择条件选取不同参数m 1、m 2时，误差分离得到的零件线轮廓度误差曲线H（k），（刀架运动曲线h（k）略），图中曲线a为理想曲线，曲线b为所设数组H（k）误差曲线，曲线c为误差分离后的数组H′（k）误差曲线。从图中看出，曲线b和曲线c相差一个平移量，但误差曲线形状相同，不影响线轮廓度误差评定结果。

　　线轮廓度误差评定可采用作图法或解析法（编程计算），求出各离散点中相对理想轮廓曲线对应点在Y方向的最大差值Δy max和最小差值Δy min，线轮廓度误差f =Δy max -Δy min，必要时可将测得值换算成垂直于理想轮廓方向（法向）上的数值评定。

　　实测结果我们利用如所示测量系统，在CJ K630经济型数控车床上对一试件进行在线测量，被测试件长1 300 mm，线轮廓是半径为4 120 mm的圆弧，凸度为50 mm，将三个测头调整到位于试件的轴截面上，在采样长度1 270 mm上每隔10mm采样一次，采样点数为128，采样得离散点误差值经评定线轮廓度误差为0. 095 mm.实测结果与用样板检测相比，大大提高了测量准确度和测量效率。

　　结束语

　　我们在误差分离技术应用于直线度误差测量方面进行过较深入的研究，在此基础上，把误差分离技术推广应用于线轮廓度误差测量，在仿真研究后，给我们如下提示：

　　①三点法误差分离技术应用于线轮廓度测量是可靠的，适用于在线或离线测量，但线轮廓度误差测量不同于直线度误差测量，它更适用于在数控机床上进行在线测量。

　　②测量系统参数选择要符合参数选择条件，否则将出现谐波损失，影响误差分离准确度，甚至导致出错。采样长度一定时，采样点数越多，测量准确度越高。

　　③本文对误差分离技术应用于线轮廓度误差测量进行了有益的探讨，由此较容易推广应用于面轮廓度误差测量，进而为在三坐标数控加工机床上对空间曲面进行在线测量、补偿加工提供基础。

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