重型數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究與應(yīng)用一、課題的研究背景二、現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償功能三、重型數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)闹饕y點(diǎn)四、本課題的主要研究?jī)?nèi)容提綱2009年國家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床及基礎(chǔ)制造裝備”公開指南就支持了共性技術(shù)-動(dòng)態(tài)綜合補(bǔ)償技術(shù)（課題33），共支持了6個(gè)誤差補(bǔ)償?shù)恼n題，主要針對(duì)高精度機(jī)床、高速機(jī)床、多軸數(shù)控機(jī)床、重型數(shù)控機(jī)床等幾個(gè)方面。哈工大、齊二機(jī)床廠、上海航天149廠共同承擔(dān)。2013年“黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目”又支持該項(xiàng)目的成果在企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。1研究背景滑枕熱變形嚴(yán)重——進(jìn)給方向?qū)к夓o壓油顯造成熱變形立柱熱傾斜誤差明顯開式結(jié)構(gòu)、較大運(yùn)動(dòng)空間造成幾何誤差明顯幾何誤差——開放式結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)空間大；熱誤差——載荷重、功率大、運(yùn)動(dòng)空間大、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量大；2.現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償功能反向間隙補(bǔ)償坐標(biāo)軸/主軸換向誤差，某著名企業(yè)840D中MD32450螺距誤差補(bǔ)償滾珠絲杠制造工藝不理想，線性補(bǔ)償，數(shù)據(jù)文件，按軸補(bǔ)償，各軸互不影響，無方向性償補(bǔ)償化導(dǎo)致的機(jī)械變形，兩次線性假設(shè)，MD32750，SD43900，SD43910，SD43920垂度補(bǔ)償/交叉軸補(bǔ)償坐標(biāo)軸間的補(bǔ)償，每對(duì)基礎(chǔ)軸和補(bǔ)償軸一個(gè)補(bǔ)償文件，可用于雙向螺補(bǔ)跟隨誤差補(bǔ)償速度前饋，轉(zhuǎn)矩前饋，在三環(huán)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過修改相應(yīng)機(jī)床參數(shù)來實(shí)現(xiàn)摩擦/過象限補(bǔ)償

靜摩擦大于動(dòng)摩擦，坐標(biāo)軸過象限尖角，給速度環(huán)輸入附加脈沖，手動(dòng)/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方法SiemensVCS（VolumetricpensationSystem）/Fanuc3Dpensation美國API公司：XDLaserSELPSolutionfor與SiemensSinumerik840D英國Renishaw公司：RVC-Siemens和RVC-FanucVEC（VolumetricpensationSystem）美國國家制造科學(xué)中心，VALMT聯(lián)合行動(dòng)（API、Boeing、Siemens、MagCincinnati）3重型數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)闹饕y點(diǎn)1機(jī)床大尺寸空間內(nèi)幾何誤差的檢測(cè)問題結(jié)構(gòu)尺寸大、行程大載荷重運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)多大范圍小誤差檢測(cè)誤差產(chǎn)生因素多2機(jī)床大尺寸空間內(nèi)幾何誤差的建模問題預(yù)測(cè)精度計(jì)算效率3重型數(shù)控機(jī)床熱誤差的檢測(cè)與建模問題滑枕定位誤差明顯；檢測(cè)-辨識(shí)-分離-建模4重型數(shù)控機(jī)床某著名企業(yè)部件質(zhì)量大載荷變形伺服誤差5重型數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)策略問題國外系統(tǒng)相對(duì)封閉補(bǔ)償模塊如何集成C系統(tǒng)4本課題的主要研究?jī)?nèi)容大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)技術(shù)重載負(fù)荷變形誤差建模與補(bǔ)償技術(shù)動(dòng)態(tài)綜合誤差補(bǔ)償系統(tǒng)集成技術(shù)重型數(shù)控機(jī)床主要誤差源及其影響因素4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)多體系統(tǒng)理論4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)幾何誤差模型4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)九線法的測(cè)量原理示意圖

激光跟蹤儀測(cè)量幾何誤差檢測(cè)與辨識(shí)實(shí)驗(yàn)“9線法”辨識(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)多維激光干涉儀測(cè)量4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)幾何誤差檢測(cè)與辨識(shí)實(shí)驗(yàn)21項(xiàng)幾何誤差辨識(shí)結(jié)果誤差辨識(shí)模型

4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)幾何誤差模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)誤差場(chǎng)誤差計(jì)算值與測(cè)量值比較149廠應(yīng)用效果4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)149廠應(yīng)用效果4.1大尺寸空間幾何誤差高效測(cè)量與辨識(shí)技術(shù)經(jīng)過誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，使得上海航天設(shè)備制造總廠購買的落地銑鏜床的精度得到恢復(fù)和提高，能夠加工神州系列的關(guān)鍵零件。建立動(dòng)力學(xué)模型與動(dòng)態(tài)跟蹤誤差模型；檢測(cè)與驗(yàn)證大慣量某著名企業(yè)部件伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)誤差；4.2大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)

仿真分析模型及結(jié)果4.2大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)ADAMS模型系統(tǒng)建模與仿真總體結(jié)構(gòu)流程圖4.2大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)直線插補(bǔ)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比4.2大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)圓弧插補(bǔ)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比4.2大慣量運(yùn)動(dòng)部件伺服驅(qū)動(dòng)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)跟隨誤差調(diào)整前調(diào)整后X1.2030mm0.0760mmY1.1970mm0.0460mmW1.1970mm0.0710mm149廠實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)建模流程①提高新機(jī)床精度②提升老機(jī)床精度感器的布置4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)測(cè)量各感器的化曲線4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)熱誤差的測(cè)量測(cè)量條件：650rpm；1000mm/min6~7.5小時(shí)/1小時(shí)；機(jī)床型號(hào)：TH6920X軸冷機(jī)7小時(shí)后定位誤差0.25mm0.55mmY向直線度誤差0.02mm0.11mmZ向直線度誤差0.06mm0.3mmX軸定位誤差X軸y向直線度誤差X軸z向直線度誤差4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)熱誤差的測(cè)量測(cè)量條件：650rpm；1000mm/min6~7.5小時(shí)/1小時(shí)；機(jī)床型號(hào)：TH6920Y軸冷機(jī)7小時(shí)后定位誤差0.02mm0.25mmX向直線度誤差0.02mm0.41mmZ向直線度誤差0.03mm0.25mmy軸定位誤差y軸x向直線度誤差y軸z向直線度誤差4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)熱誤差的測(cè)量測(cè)量條件：650rpm；1000mm/min6~7.5小時(shí)/1小時(shí)；機(jī)床型號(hào)：TH6920W軸冷機(jī)7小時(shí)后定位誤差0.05mm0.28mmX向直線度誤差0.01mm0.32mmY向直線度誤差0.02mm0.11mmW軸定位誤差W軸X向直線度誤差W軸Y向直線度誤差熱關(guān)鍵點(diǎn)優(yōu)化選擇4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)熱誤差建模多元線性回歸建模模型殘差±10μm預(yù)測(cè)精度在X、Y、Z向分別為82.9﹪、84.2﹪、95.6﹪4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)立柱熱傾斜誤差補(bǔ)償補(bǔ)償前后立柱傾斜X向誤差對(duì)比

補(bǔ)償前后立柱傾斜Z向誤差對(duì)比

補(bǔ)償率：71%補(bǔ)償率：64%

滑枕熱伸長(zhǎng)檢測(cè)與補(bǔ)償4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)申請(qǐng)專利1-滑枕；2-嵌入式補(bǔ)償器；3-位移傳感器；4-位移傳感器測(cè)頭；5-尾部滑動(dòng)支撐架；6-中部滑動(dòng)支撐架；7-標(biāo)準(zhǔn)桿；8-剛性連接架。熱膨脹系數(shù)：因瓦合金：1.2×10-6/℃HT300：11.5×10-6/℃應(yīng)用于成飛公司的TH6920國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)結(jié)果：補(bǔ)償前：滑枕熱伸長(zhǎng)0.16mm，1.2m行程(6小時(shí)）補(bǔ)償后：滑枕熱伸長(zhǎng)0.03mm，1.2m行程(6小時(shí)）4.3典型機(jī)床結(jié)構(gòu)熱變形誤差建模與預(yù)測(cè)技術(shù)滑枕下垂變形有限元分析4.4重載負(fù)荷變形誤差建模與補(bǔ)償技術(shù)研制了主軸組件變形誤差自動(dòng)補(bǔ)償裝置4.4重載負(fù)荷變形誤差建模與補(bǔ)償技術(shù)液壓補(bǔ)償：拉緊缸鋼絲繩靜壓油膜數(shù)字電液比例溢流閥控制器補(bǔ)償前最大值0.25mm補(bǔ)償后最大值0.02mm滑枕行程(mm)滑枕傾斜量(mm)立柱前傾補(bǔ)償原理4.4重載負(fù)荷變形誤差建模與補(bǔ)償技術(shù)4.4重載負(fù)荷變形誤差建模與補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于大連一重定制的TKC-14.5動(dòng)態(tài)綜合誤差補(bǔ)償系統(tǒng)集成技術(shù)方案一：手輪干預(yù)功能進(jìn)行補(bǔ)償（針對(duì)現(xiàn)有重型機(jī)床）方案二：利用某著名企業(yè)840D系統(tǒng)的償模塊（針對(duì)新出廠重型機(jī)床）誤差綜合補(bǔ)償系統(tǒng)原理

（PC與PLC及NCK通信的連接方式）

2、關(guān)鍵點(diǎn)采集

3、第三手輪在某著名企業(yè)840DPL系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、機(jī)床坐標(biāo)位置的實(shí)時(shí)獲取鉑電阻感器Pt100；電壓輸出型送器STWB-X100T；USB2015型號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡。Simodrive611D驅(qū)動(dòng)的編碼器接口（X412或者X411）MD11342=4；MD11344=1；MD30130=1；MD30240[0]=1；MD1004=2000HDB3X.DBX4.2；DB3X.DBX64.2方案一：手輪干預(yù)功能進(jìn)行補(bǔ)償（針對(duì)現(xiàn)有重型機(jī)床）4.5動(dòng)態(tài)綜合誤差補(bǔ)償系統(tǒng)集成技術(shù)硬件系統(tǒng)集系統(tǒng)方案一：手輪干預(yù)功能進(jìn)行補(bǔ)償（針對(duì)現(xiàn)有重型機(jī)床）4.5動(dòng)態(tài)綜合誤差補(bǔ)償系統(tǒng)集成技術(shù)PLC周期性地實(shí)時(shí)檢測(cè)熱誤差值，并通過參數(shù)SD43900送入NCK單元。方案二：利用某著名企業(yè)840D系統(tǒng)的償模塊（針對(duì)新出廠重型機(jī)床）利用償模塊進(jìn)行綜合誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D

4.5動(dòng)態(tài)綜合誤差補(bǔ)償系統(tǒng)集成技術(shù)4.6國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)報(bào)告主要結(jié)論誤差補(bǔ)償技術(shù)是提高重型數(shù)控機(jī)床精度的重要的有效手段。研制了數(shù)字點(diǎn)位非線性補(bǔ)償系統(tǒng)，使TK6920重型數(shù)控落地銑鏜床的滑枕傾斜變形誤差從0.25mm降低到了0.02m