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基于西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)的龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償軟件開發(fā)
2020-6-30  來源：-  作者：-
 
     摘要: 基于西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)垂度誤差補(bǔ)償功能，開發(fā)一種龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償軟件。該軟件通過導(dǎo)入給定檢測策略下激光干涉儀與 Ｒ － test 的檢測數(shù)據(jù)以及輔助工裝的幾何參數(shù)建立辨識方程組，通過十三線辨識方法實(shí)現(xiàn)平動軸幾何誤差辨識，通過偏置球心 Ｒ － test 方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動軸幾何誤差辨識，以西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)垂度誤差補(bǔ)償文件為模板，輸出可被數(shù)控系統(tǒng)自動識別的誤差補(bǔ)償文件，最后通過裝載補(bǔ)償文件實(shí)現(xiàn)機(jī)床幾何誤差的自動補(bǔ)償。該軟件內(nèi)部集成幾何誤差檢測策略，將辨識算法和補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行自動化封裝，避免了誤差辨識和補(bǔ)償過程的繁瑣性，有效提升了幾何誤差補(bǔ)償效率。

    關(guān)鍵詞: 五軸數(shù)控機(jī)床; 幾何誤差辨識; 十三線法; Ｒ － test; 誤差補(bǔ)償


    五軸數(shù)控機(jī)床因位姿調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，切削效率高，工件安裝時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為復(fù)雜工件加工的主要設(shè)備。由于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，五軸數(shù)控機(jī)床空間定位精度相比于三軸數(shù)控機(jī)床更難得到保證，工零件加工過程中尺寸超差時(shí)有發(fā)生［1］。特別是大型龍門五軸數(shù)控機(jī)床，其加工行程長，龍門跨度大，運(yùn)動單元重，空間定位精度易超差，周期性誤差補(bǔ)償必不可少。為應(yīng)對這一問題，眾多機(jī)床誤差建模和辨識方法被相繼提出，五軸數(shù)控機(jī)床加工精度的改善成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)［2］。幾何誤差是影響機(jī)床加工精度的主要因素之一［3］，包括定位誤差，直線度誤差，顛擺、偏擺、滾擺誤差及垂直度誤差。在 04 專項(xiàng)支持下，筆者近幾年系統(tǒng)性地開展了龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差檢測、辨識和補(bǔ)償方法研究。針對平動軸，提出了十三線幾何誤差辨識方法［4］，利用長方體空間的 9 條棱、3 條面對角線和 1 條體對角線定位誤差可有效計(jì)算出平動軸各項(xiàng)幾何誤差［5］;針對 A、C 擺動軸，提出了基于偏置球心 Ｒ － test 的幾何誤差辨識方法［6］，通過變更 Ｒ －test 偏置參數(shù)獲得關(guān)于檢測球頭的多組空間位置誤差，結(jié)合誤差模型求解超靜定方程組可辨識轉(zhuǎn)動軸各項(xiàng)幾何誤差［7］。


    在獲得幾何誤差值的基礎(chǔ)上，使用數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償列表對機(jī)床誤差進(jìn)行修正是減小機(jī)床空間定位誤差的最有效方法之一［8］。許多知名數(shù)控系統(tǒng)廠家均在其推出的數(shù)控系統(tǒng)中支持這種補(bǔ)償方法。如 Fanuc30i 和 Siemens 840D 誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，采用激光干涉儀作為檢測設(shè)備，在機(jī)床工作空間內(nèi)采集測量數(shù)據(jù)，然后生成數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償文件可實(shí)現(xiàn)機(jī)床幾何誤差的補(bǔ)償［9］。雖然激光干涉儀的檢測值可以直接用于定位誤差補(bǔ)償，但實(shí)際測量過程中直接檢測是無法準(zhǔn)確獲得平動軸的全部幾何誤差項(xiàng)的(如直接測量的定位誤差實(shí)際上是軸間垂直度誤差、角度誤差與實(shí)際定位誤差的疊加)。
   
     開展機(jī)床幾何誤差建模，通過辨識算法求解進(jìn)給軸全項(xiàng)幾何誤差，更有利于分離干擾誤差項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床幾何誤差的準(zhǔn)確補(bǔ)償。筆者經(jīng)多年研究在龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差建模、檢測、辨識和補(bǔ)方面取得了一些研究成果［1 － 7，10，11］，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)所提出的辨識算法獲取機(jī)床的各項(xiàng)幾何誤差，然后通過數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償列表進(jìn)行誤差補(bǔ)償。然而，目前誤差補(bǔ)償還只能以手工錄入補(bǔ)償數(shù)據(jù)的方法來完成，大大限制了補(bǔ)償效率以及研究成果的普及。機(jī)床空間誤差補(bǔ)償技術(shù)屬于商業(yè)機(jī)密，國外研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠商鮮有文章介紹相關(guān)軟件的開發(fā)，而國內(nèi)基于數(shù)控系統(tǒng)的空間誤差補(bǔ)償軟件尚有待開發(fā)。雖然國外已有成熟的 VCS(volumetric error compensationsystem) 軟件及配套設(shè)備，但其采購和維護(hù)費(fèi)高昂。若全面采用進(jìn)口儀器和軟件來完成機(jī)床的幾何誤差補(bǔ)償，雖然能夠解決一時(shí)之急，但長期持續(xù)成本過大而且易受國外技術(shù)牽制，同時(shí)還制約了我國自主知識產(chǎn)權(quán)誤差補(bǔ)償技術(shù)的研發(fā)。因此，研制一款具有檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入、誤差自動辨識、補(bǔ)償文件自動生成和識別功能的幾何誤差補(bǔ)償軟件，對于機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償方法的應(yīng)用推廣具有極為重要的工程意義。

    本文基于筆者所提出的平動軸與擺動軸誤差辨識算法［4，6］，開發(fā)了一種針對 Siemens 840D 數(shù)控系統(tǒng)的幾何誤差補(bǔ)償軟件，通過導(dǎo)入激光干涉儀和Ｒ － test 的誤差檢測數(shù)據(jù)［4 － 7，10 － 11］能夠自動辨識機(jī)床的各項(xiàng)幾何誤差，并將辨識結(jié)果以 Semens 840D 系統(tǒng)識別的補(bǔ)償格式輸出，從而通過數(shù)控系統(tǒng)裝載補(bǔ)償文件實(shí)現(xiàn)了幾何誤差自動補(bǔ)償。本文首先闡述了軟件的設(shè)計(jì)思路及開發(fā)環(huán)境，然后介紹了軟件內(nèi)部集成的辨識算法及配套檢測策略，在此基礎(chǔ)上介紹了軟件的主要界面及操作流程，最后通過切削 S試件驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償軟件的應(yīng)用效果。

    1 、軟件設(shè)計(jì)
  
    功能需求、軟件架構(gòu)和開發(fā)環(huán)境是軟件設(shè)計(jì)的三要素。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求調(diào)研，立足于簡潔、實(shí)用的原則，本章將從功能需求分析、基本架構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)境3 個(gè)方面介紹該誤差補(bǔ)償軟件的總體設(shè)計(jì)思路。

    1. 1 功能分析
  
    軟件開發(fā)的主要目的在于實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入、補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算、補(bǔ)償文件生成這 3 個(gè)主要功能，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充一些便于操作的輔助功能。通過對數(shù)控廠應(yīng)用需求的調(diào)研，該幾何誤差補(bǔ)償軟件需要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:
  
    (1)賬號密碼登陸;(2) 機(jī)床及軸種類選擇;(3)測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入和刪除;(4) 測量數(shù)據(jù)圖表展示;(5) 計(jì)算參數(shù)導(dǎo)入;(6) 補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算;(7) 計(jì)算結(jié)果圖表展示;(8)補(bǔ)償系數(shù)導(dǎo)入;(9)
補(bǔ)償文件生成。

    1. 2 基本結(jié)構(gòu)
  
    基于功能需求和使用便捷性，規(guī)劃軟件結(jié)構(gòu)及操作流程如圖 1 所示。


    首先通過賬號和密碼進(jìn)入誤差補(bǔ)償軟件，根據(jù)需求選擇不同類型的機(jī)床(目前只有龍門五軸數(shù)控機(jī)床，其他為留用接口)。進(jìn)入機(jī)床類型后，根據(jù)需要選擇平動軸或轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行誤差辨識，并創(chuàng)立相應(yīng)工程文件。在所創(chuàng)建的工程文件里進(jìn)行的主要操作包括:測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入(測量數(shù)據(jù)是在給定檢測策略下獲得［5，7］)、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)刪除(修改) 以及檢測參數(shù)輸入。完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入和辨識條件配置后，即可進(jìn)行幾何誤差辨識計(jì)算以及結(jié)果的展示。此外，可以根據(jù)工程需要通過補(bǔ)償系數(shù)對補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，最終由軟件生成西門子數(shù)控系統(tǒng)識別的補(bǔ)償文件。
  
     1. 3 開發(fā)環(huán)境
  
     本軟件以 Windows 平臺為基礎(chǔ)，選擇了 Qt［12］作為開發(fā)框架，Qt Creator 作為開發(fā)環(huán)境，使用 C + + 進(jìn)行程序語言編寫。選擇 C + + 作為編程語言能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)和合法操作的封裝，有利于在數(shù)值分析復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算中保持各組數(shù)據(jù)間不會出現(xiàn)相互干擾。對于 32 位簡化系統(tǒng)工控機(jī)運(yùn)行環(huán)境，C + + 具有更好的兼容性。Qt 是1991 年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺 C + + 圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，其良好的封裝性和高模塊化程度使得其各個(gè)元件之間的協(xié)同工作變得十分簡單，對于開發(fā)需要進(jìn)行窗口模塊間反復(fù)傳值調(diào)用的工業(yè)軟件而言有著巨大的優(yōu)勢。同時(shí)，大量已經(jīng)開發(fā)成型的模塊可以被直接用于軟件編寫 ( 如本軟件中繪圖部分采用的qwt［13 － 15］即為基于 LGPL 版權(quán)協(xié)議的開源項(xiàng)目，可生成各種統(tǒng)計(jì)圖)，從而能大大加快程序的開發(fā)速度。QtCreator［16］
是與 Qt 配套的集成開發(fā)環(huán)境，能夠幫助 Qt 用戶快速地入門、開發(fā)和運(yùn)行項(xiàng)目。內(nèi)部集成的 Qt Desig-ner 能夠方便開發(fā)人員對軟件窗口進(jìn)行可視化布局，同時(shí)其對 Qt 核心的信號槽機(jī)制也有配套的圖示調(diào)節(jié)器。
  
    2 、核心算法
  
    龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償軟件，包括平動軸幾何誤差辨識、補(bǔ)償模塊和擺動軸幾何誤差辨識、補(bǔ)償模塊兩個(gè)重要部分。由于兩種進(jìn)給軸的拓?fù)漕愋筒煌捎玫臋z測策略和辨識方法都有所差異。幾何誤差檢測方法和辨識算法是本軟件算法的核心所在，本文將分別對平動軸和擺動軸的測量方法和辨識算法進(jìn)行簡要說明。

    2. 1 平動軸幾何誤差辨識
  
    平動軸幾何誤差辨識以激光干涉儀為檢測工具，通過輔助工裝將反射鏡與機(jī)床主軸固連。如圖 2 為輔助工裝三維圖，雙箭頭 L1～ L13表示檢測軌跡，對應(yīng)軌跡上安裝有激光干涉儀反射鏡，輔助工裝通過圓軸安裝在機(jī)床主軸上［10］。根據(jù)檢測策略［5］編寫數(shù)控代碼，驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動使反射鏡沿檢測軌跡移動，通過激光干涉儀檢測給定軌跡上的定位誤差［10］。測量所得定位誤差以 rtl后綴文件形式保存，如圖 3 所示為激光干涉儀檢測文件的格式。本軟件將對激光干涉儀檢測文件進(jìn)行自動識別，將測量值取至數(shù)組中用于進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

 
 
 

    平動軸幾何誤差檢測所測得定位誤差實(shí)質(zhì)上是機(jī)床各項(xiàng)幾何誤差綜合作用的結(jié)果。為從定位誤差檢測結(jié)果中辨識出各項(xiàng)幾何誤差，軟件采用筆者所提出的十三線辨識方法［4］(檢測軌跡如圖 4 所示)，以長方體空間的 9 條棱，3 條面對角線與 1 條體對角線的各檢測點(diǎn)上定位誤差為數(shù)據(jù)源。通過 X、Y、Z 軸運(yùn)動矩陣和誤差傳遞矩陣構(gòu)建刀具幾何誤差模型，在給定檢測軌跡下得到幾何誤差辨識方程，并通過逐步分離和最小二乘法解算各項(xiàng)幾何誤差［5］。

  
     2. 2 轉(zhuǎn)動軸幾何誤差辨識
  
    擺動軸幾何誤差辨識以 Ｒ － test 作為檢測工具，通過輔助工裝將帶有偏置的球形檢測頭安裝于機(jī)床主軸上［11］。基于數(shù)控機(jī)床 ＲTCP 運(yùn)動功能，通過 3 個(gè)非接觸式位移傳感器檢測在不同擺角時(shí)球頭相對于空間理想位置的三維誤差［2］。如圖 4 所示為 Ｒ － test 檢測示意圖［6］，圖 6 所示為 Ｒ － test 檢測所得數(shù)據(jù)的格式。在C 擺動軸誤差檢測時(shí)，讓 A 擺動軸靜止，通過輔助工裝3 次改變球頭相對于機(jī)床主軸的偏置參數(shù) ( 圖 6 所示的水平偏置 H 和豎直參數(shù) L)，進(jìn)行 ＲTCP 運(yùn)動檢測得到 3 組數(shù)據(jù)［7］。將檢測數(shù)據(jù)和 A 擺動軸幾何誤差模型［6］結(jié)合建立 A 擺動軸幾何誤差辨識模型，利用最小二乘法求解超靜方程組得到 A 擺動軸各項(xiàng)幾何誤差［7］。在 A 擺動軸幾何誤差檢測時(shí)，讓 C 擺動軸保持靜止，然后以類似的方式改變偏置參數(shù)，進(jìn)行 3 次ＲTCP 運(yùn)動誤差檢測。最終將 A 軸的誤差檢測數(shù)據(jù)和幾何誤差模型結(jié)合，即可辨識出 A 軸在各個(gè)擺角下的幾何誤差。


 
 

     3 、操作流程及界面說明
  
     根據(jù)前 2 章所介紹的程序架構(gòu)和辨識算法，即可應(yīng)用 C 語言在 QT 框架下編寫補(bǔ)償軟件的人機(jī)交互界面。本章將對軟件的誤差辨識操作流程和主要界面進(jìn)行介紹。

     3. 1 軟件主界面
  
     圖 7 所示為軟件登陸界面，輸入用戶名和密碼點(diǎn)擊登陸按鈕即可進(jìn)入軟件主界面。對于不同種類的數(shù)控機(jī)床以及不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的進(jìn)給軸，誤差檢測策略和辨識方法存在很大差異，數(shù)據(jù)處理方法和輸出格式也有所不同。本文主要介紹龍門五軸數(shù)控機(jī)床平動軸和擺動軸幾何誤差辨識與補(bǔ)償，其他類型機(jī)床可在后期研究工作完成后作為擴(kuò)展目標(biāo)添加到該軟件。圖 8 所示為龍門五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸選擇界面，可以根據(jù)辨識需求進(jìn)入相應(yīng)界面。

 
 

     3. 2 平動軸檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入與誤差辨識
  
     點(diǎn)擊圖 8中平動軸辨識按鈕，進(jìn)入平動軸誤差辨識主界面，如圖 9 所示。點(diǎn)擊界面左上角文件按鈕，選擇新建文件或者打開文件后，可新建辨識工程或打開已有辨識工程進(jìn)行操作。平動軸幾何誤差辨識程序是基于 13 線法開發(fā)的，點(diǎn)擊“導(dǎo)入平動文件”按鈕可將 13 組測量數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入辨識程序，導(dǎo)入界面如圖 10 所示。已經(jīng)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)會在對應(yīng)線號旁以綠鉤形式提示，點(diǎn)擊線號按鈕可查看已經(jīng)導(dǎo)入的各組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)查看界面如圖 11 所示。如果有存在疑問的數(shù)據(jù)可以刪除后重新導(dǎo)入或?qū)植繑?shù)據(jù)進(jìn)行修正。完成檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，點(diǎn)擊“導(dǎo)入平動測量間距”按鈕輸入測量工裝的參數(shù)( 圖 12)，即可為誤差辨識提供計(jì)算參數(shù)。在測量數(shù)據(jù)和測量參數(shù)都導(dǎo)入之后，點(diǎn)擊主界面(圖 9)的“綜合數(shù)據(jù)檢測”按鈕即可在新的窗口中查看誤差辨識結(jié)果，如圖 13 為幾何誤差辨識結(jié)果顯示界面。輸入查詢點(diǎn)號后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)查詢按鈕，窗體下方即顯示 X、Y、Z 三軸上相應(yīng)點(diǎn)的各項(xiàng)誤差值。點(diǎn)擊“結(jié)果輸出按鈕”可在新的窗口中對誤差補(bǔ)償輸出值進(jìn)行定義和修正。根據(jù)實(shí)際誤差檢測情況定義檢測零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，從而確定補(bǔ)償列表生成的起始點(diǎn)。在補(bǔ)償修正系數(shù)窗口更改各項(xiàng)補(bǔ)償值的修正倍率(初始為 1)，有助于實(shí)現(xiàn)迭代補(bǔ)償，提升補(bǔ)償效果。在補(bǔ)償修正系數(shù)和檢測坐標(biāo)確定之后，點(diǎn)擊“保存并繪圖”按鈕即可將補(bǔ)償數(shù)據(jù)以圖形展示(如圖 14 所示)。

 
  
 
 
 
 

     點(diǎn)擊“輸出至文件”按鈕，補(bǔ)償文件會自動生成至初始創(chuàng)建工程的文件夾中，該補(bǔ)償文件形式如圖 15 所示，可以直接導(dǎo)入數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平動軸幾何誤差自動補(bǔ)償。


     3. 3 擺動軸檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入與誤差辨識
   
     在進(jìn)給軸選擇界面( 圖 8 所示) 選擇“轉(zhuǎn)動軸辨識”進(jìn)入轉(zhuǎn)動軸辨識程序。點(diǎn)擊界面左上角文件按鈕，選擇新建文件或者打開文件后，即可在打開工程中進(jìn)行后續(xù)操作。基于轉(zhuǎn)動軸幾何誤差檢測策略［7］，在轉(zhuǎn)動軸誤差辨識主界面(如圖 16 所示) 的引導(dǎo)下，分別將 A、C 擺動軸所對應(yīng)的 3 組數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件。已經(jīng)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)會在下方以綠鉤加以提示，可點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕查看已經(jīng)導(dǎo)入的各組數(shù)據(jù)(如圖 17 所示)，如果有存在疑問的數(shù)據(jù)可以刪除后重新導(dǎo)入或?qū)植繑?shù)據(jù)進(jìn)行修正。接著可以在“計(jì)算參數(shù)導(dǎo)入”下輸入工裝的偏置參數(shù)，具體輸入形式與圖 12 所示平動測量參數(shù)導(dǎo)入類似。A 擺動軸和 C 擺動軸的辨識算法互相獨(dú)立，故點(diǎn)擊左側(cè)的“A/C 擺動軸誤差分析”可以分別獲得其誤差辨識結(jié)果。計(jì)算完成后，右側(cè)“計(jì)算完成”按鈕旁會顯示綠鉤，輸入查詢編號后點(diǎn)擊“結(jié)果查詢按鈕”即可查看相應(yīng)角度的各項(xiàng)誤差(如圖 18 所示)。當(dāng)擺動軸誤差計(jì)算完成后，點(diǎn)擊相應(yīng)圖表展示按鈕，即可在新窗口中以曲線圖的形式查看辨識結(jié)果 ( 如圖 19所示)。

 
 
 
 

     在完成擺動軸幾何誤差辨識計(jì)算后，點(diǎn)擊主界面上的“分析結(jié)果輸出”按鈕，在彈出窗口中輸入各個(gè)補(bǔ)償值的修正系數(shù)，點(diǎn)擊“保存并作圖”即可圖形化顯示補(bǔ)償數(shù)據(jù)的基本情況，如圖 20 所示
。在圖 20中核對數(shù)據(jù)無誤后，點(diǎn)擊輸出至新文件即可在工程文件夾中生成補(bǔ)償文件( 該數(shù)據(jù)只補(bǔ)償了擺動軸)，或者點(diǎn)擊輸出至已有文件后選擇平動軸辨識中生成的補(bǔ)償文件，轉(zhuǎn)動軸的補(bǔ)償值會被追加在平動軸補(bǔ)償文件的末尾( 該數(shù)據(jù)對平動軸和擺動軸同時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)償)。


     4 、軟件補(bǔ)償效果驗(yàn)證
  
     為驗(yàn)證幾何誤差補(bǔ)償軟件的實(shí)用性，如圖 21 所示，在一臺龍門五軸數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行了 S 試件切削實(shí)驗(yàn)。采用對比補(bǔ)償前后機(jī)床切削 S 試件的加工精度對機(jī)床的加工精度進(jìn)行了評估和比較。為了反映加工誤差的大小，在 S 試件曲面上選擇了 100 個(gè)特征點(diǎn)，分別測量其在曲面法向上的加工誤差值。在無誤差補(bǔ)償?shù)那闆r下進(jìn)行一次 S 試件加工與誤差測量，然后基于誤差檢測數(shù)據(jù)利用誤差補(bǔ)償軟件導(dǎo)入誤差補(bǔ)償文件再進(jìn)行一次加工。將兩次試件的加工誤差進(jìn)行對比，誤差補(bǔ)償前后加工誤差的變化如圖22 所示，補(bǔ)償前后 S 試件加工誤差平均值與方差如圖 23 所示。


 
 
 
  
    由圖 22 可知，S 試件 100 項(xiàng)檢測誤差中補(bǔ)償前最大值為 59. 7 μm 補(bǔ)償后最大值減小至 46. 3 μm，最大誤差改善效果達(dá)到了 22. 4% 。同時(shí)由圖 23 可知，補(bǔ)償后 100 項(xiàng)誤差均值從 21. 9 μm 減小至 16 μm，平均改善效果改善了 26. 9% ，標(biāo)準(zhǔn)差從 15. 8 μm 減小至 10μm，加工精度穩(wěn)定性提升了 36. 7% 。由此說明，采用該軟件對機(jī)床幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償后，機(jī)床的加工精度和加工穩(wěn)定性都有較為明顯的提升。


     5 、結(jié)語
  
     本文以具有西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)的龍門五軸數(shù)控機(jī)床為應(yīng)用對象，基于十三線平動軸幾何誤差辨識方法和偏置球心 Ｒ － test 的擺動軸幾何誤差辨識方法，在 C + + 環(huán)境下利用 QT 界面設(shè)計(jì)框架，開發(fā)了一種幾何誤差補(bǔ)償軟件。軟件在導(dǎo)入激光干涉儀和 Ｒ － test誤差測量數(shù)據(jù)后，可以快速辨識出機(jī)床各項(xiàng)幾何誤差，并輸出能被西門子數(shù)控系統(tǒng)識別的補(bǔ)償文件，通過數(shù)控系統(tǒng)加載補(bǔ)償文件便可以實(shí)現(xiàn)幾何誤差的自動化補(bǔ)償，有效地提升了數(shù)控機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償?shù)男省Ｍㄟ^切削 S 試件對軟件誤差應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明應(yīng)用該軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償可以有效提升機(jī)床在加工精度和加工穩(wěn)定性。本文所開發(fā)的誤差補(bǔ)償軟件可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)龍門五軸數(shù)控機(jī)床幾何誤差的補(bǔ)償，為機(jī)床航空結(jié)構(gòu)件加工精度的保證提供了有力支持。此外值得指出，以現(xiàn)有單機(jī)版本軟件為基礎(chǔ)，在辨識算法優(yōu)化、人機(jī)交互、操作便捷性方面繼續(xù)深入挖掘，基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開發(fā)出更為通用的誤差補(bǔ)償軟件，在航空結(jié)構(gòu)件加工領(lǐng)域乃至整個(gè)機(jī)械加工領(lǐng)域都有重大的應(yīng)用前景。


     來源：
  
    周顯峰①李 杰①劉辛軍②陳俊宇③(①

    ①成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 華大學(xué)機(jī)械工程系制造工程研究所， ②清華大學(xué)機(jī)械工程系制造工程研究所，精密超精密制造裝備及控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ③北京大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)系 




 





 



 




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