[发明专利]一种提高数控机床光栅测量系统测量精度的方法

说明书

技术领域

本发明属于精密数控机床加工技术领域，涉及一种提高数控机床光栅测量系统测量精度的方法。

背景技术

当今数控加工已经广泛运用在机械加工领域中，数控加工的加工精度是判断一个国家制造水平的重要标志。数控机床溜板进行精确定位和具有高定位精度是保证数控机床加工精度重要因素之一，而光栅测量系统是保证数控机床溜板定位精度的重要装置。光栅测量系统由光栅外壳、光栅尺和读数装置组成。在工业应用中，一般是将光栅尺装在光栅外壳里面，光栅外壳通过螺钉固定在数控机床的溜板上，读数装置安装在床身上。当车间环境温度和其他温度源引起的机床内部温度变化时，机床热变形误差成为影响数控机床加工精度的主要因素。数控机床溜板的热变形会通过光栅测量系统固定螺钉传递到光栅测量系统上，对光栅测量系统的热变形误差会产生附加影响，即光栅测量系统的热变形是自身的热变形和数控机床溜板的热变形共同作用的结果。由于数控机床溜板的材料和光栅测量系统的材料的物理特性不相同，因此在上述两种因素共同作用下的光栅测量系统热误差存在着复杂的变化规律，很难通过误差补偿理论建立精确的误差补偿模型进行补偿，因此研究相应的光栅测量系统优化的固定方法，减小数控机床溜板的热变形对光栅测量系统的热变形产生的附加影响，是目前提高数控机床加工精度的一个重要研究方向。

现有技术中，一般是将数控机床光栅测量系统通过多个螺钉和光栅测量系统本身的安装孔，固定在数控机床溜板的相应位置上。这种固定方法，当数控机床外界环境温度和内部温度偏离标准温度时，数控机床的热变形对光栅测量系统的热误差附加影响得不到有效补偿，因此严重影响数控机床的定位精度和加工精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高数控机床光栅测量系统测量精度的方法，能够减小甚至消除数控机床的热变形对光栅测量系统热变形误差产生的附加影响，从而提高了数控机床的定位精度和加工精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的提高数控机床光栅测量系统测量精度的方法，包括以下步骤：

步骤一、通过仿真分析和实验验证的方法，找出数控机床各方向溜板与光栅测量系统安装位置处于同一直线上的热变形临界点的位置；

步骤二、各光栅测量系统通过单个螺钉固定在数控机床各溜板的热变形临界点的位置上，各光栅测量系统两端采用限制上下摆动的浮动支撑结构，以减小或消除机床溜板热变形对光栅测量系统热变形误差的附加影响。

步骤三、通过测量光栅测量系统的热变形误差，建立精确的光栅测量系统热变形引起的示值和零位漂移误差预测模型，代入利用现有数控机床误差补偿技术建立的误差补偿模型中，实现对光栅测量系统热变形引起的零位和示值误差进行精确补偿。

所述光栅测量系统中光栅尺上的零位漂移误差|O_XO_XT|的表达式为：

|O_XO_XT|=L₁₁-L₀₁=αL₀₁ΔT     （1）

式中α——光栅尺的热膨胀系数；

ΔT——光栅测量系统热变形前后的温度差值；

L₀₁——为热变形前光栅测量系统固定螺钉距离其零位的长度；

L₁₁——为热变后光栅测量系统固定螺钉距离零位的长度。

所述光栅测量系统中光栅尺上各点的示值误差的表达式为：

|L_XT-L_X|=α|L_X-L₀₁|ΔT+(L₁₁-L₀₁)

=α(|L_X-L₀₁|+L₀₁)ΔT     （2）

其中L_X∈[0,L₀],L_XT∈[0,L₁]

式中L_X——为热变形前光栅测量系统上任意一点距离零位的长度；

L_XT——为热变后光栅测量系统对应于热变形前L_X的点距离零位的长度；

L₀——为热变形前光栅测量系统中光栅尺的总长度；

L₁——为热变形后光栅测量系统中光栅尺的总长度；