数控机床误差补偿技术及应用提高在线检测精度的补偿技术

1　概述
　　加工过程的质量监测问题一直受到人们的重视。制造业如何以低成本、高精度和灵活多
变的柔性加工技术迎接二十一世纪的挑战也是人们关心的问题。质量监控是现代加工技术
的重要组成部分，作为加工过程监测手段的在机测头，可对工件安装定位、对刀、刀具磨损
或破损以及加工件的形位尺寸等进行有效的监控。目前针对测量精度问题的研究主要集中
在如何提高测头系统的精度［5］，当测头作为在机测量工具时，机床的坐标精度直接影
响测量精度。本文通过在机测量
过程机床运动链分析，并以特征分析法来处理测头的内部误差，用软件补偿法提高测量精
度。
2　在线检测过程的运动链分析
　　在线检测过程的运动链与加工过程相似，其区别是将刀具替换成测头。根据机床几何
误差补偿技术分析，将包括机床在内的在机测量系统抽象提炼，以低序体阵列形式描述机
床拓补结构，通过相邻体的基本变换（包括位置变换矩阵和位移变换矩阵），其形式为
（其中：c=cos,s=sin;αk、βk、γk 为坐标系间的相对方位角）

构成计算测头测球中心定位误差模型为

式中：表示多体系统低序体的连乘，为测头测球中心相对于刀具坐标系的坐标值。
　　基本变换中的误差参数主要为机床的几何误差，通过参数辨识的方法（也可采用双频
激光测距仪直接测量）获得［6］。
3　基于特征测头误差处理技术
　　在机测头测量的基本要素为点、线、面，由此构成形位尺寸的测量。在测量过程中，机
床坐标反映的测头测球位置，当处理和补偿测头误差时，以测点的法线方向为依据，获得

—

对测头精度最大的影响因素 预行程误差（死区误差），其它的误差项如动态误差、重复
精度等误差通过多次测量减小其影响。
3.1　测量类型
　　1）基本测量：主要包括点、线、直线距离和坐标系。
　　2）简单组合测量：主要包括键槽、台阶、长方孔、圆心及直径、椭圆、扇形、角度。
　　3）空间基本测量：
　　　球　　　　　　　球心及椭圆度
　　　圆柱　　　　　　不同高度的圆度，中心坐标
　　　圆锥　　　　　　高度、母线测量