数控机床探头误差补偿方法

2020-04-30

数控机床钻孔诊断

  数控机床在工作过程中,会不可避免地产生振动,这会对刀具的寿命产生负面的影响。所以,本文开发了一种基于NICompactDAQ(无线数据采集系统)类型的模块化USB系统自动化诊断系统。本文主要考虑的是钻头的自由振动,使用西门子SINUMERIC840D数控系统(额定主轴转速1500rpm,最大转速8000rpm)在500V/5加工中心钻小直径孔,来诊断振动。实验条件如下:螺旋钻头直径2.85和4.7毫米(P18钢),钻孔深度8mm;298×110×10mm棱柱形工件(14X17H2钢)。钻孔中,主轴转速为n=250,500和600rpm,轴向供给为0.06mm/转。为了减少测试时间,没有向切割区供应润滑剂。每次实验至少进行三次;重复次数取决于结果证明是相似的。

  该测量系统中,给定频率范围内的振动频谱分析不仅可以确定沿X,Y和Z轴的信号的位移,而且可以显示这些信号的幅频特性,更好地指示其磨损和故障期间钻头操作的变化。

  结果表明,小直径钻头的磨损伴随着振动加速度信号的出现和显着增加。主轴转速从250转/分升至600转/分,振幅从39.0升至63.2米/秒。在该信号达到最大值之后(特征频率),该位断裂。此信息证明在位诊断中非常有用。当在不锈钢工件上钻出小直径(2.85和4.7mm)的钻孔时,钻头的磨损特征频率500Hz,以及450-550Hz范围内的相邻谐波。完成磨损和断裂的钻头寿命不是很依赖于钻头速度:在250-600rpm的范围内,是187.1-229.3s。

数控机床探头误差补偿方法

  使用三点运动探头通常会造成大于是10μm半径误差,这是数控机床的主要测量误差。数控机床的运动触发式探头的系统误差可能会超出机床本身的误差。因此,探头的精度很大程度上决定了机床的精度。因为探测误差的主要部分是系统误差,所以数值误差校正方法是可行的。为了提高精度,人们通常会采用一种探头系统误差数值校正方法,可是这种校正方法需要在数控机床的控制器做很大的运算。为了减少计算量,本研究提出了一种新的方法:通过将测量探头设定在特定的速度上,通过对特定方向上测量值的修改来修改探头在此方向上的预行程。由于在测量一个新机器之前,所有的计算都可以离线完成,并用以此来确定数控机床G代码中的速度值。数控机床是通过改变单个测量速度值而不是通过单独计算三个方向的校正值来进行误差校正的。

  应用新方法可以使三点运动探头测量精度达到通过应用更复杂、更昂贵的应变计探头所达到的精度相当。在数控机床上使用数值误差校正可以达到相同的效果,但是本文所提出的方法计算量更小,可操作性更强。本文所提出的方法已经在运动探头式数控机床上进行了测试,结果表明,使用这种方法可以将误差降低至少10倍。

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