[发明专利]一种切削过程中导轨耦合误差实时在位补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于数控机床运动控制技术领域，具体涉及一种切削过程中导轨耦合误差实时在位补偿装置及方法。

背景技术

目前，数控机床作为现代制造业的先进代表已经深入到了国民经济的各个领域。数控技术正伴随控制技术和检测技术的发展而发展，反过来数控技术的发展也对其它与之相关的学科提出了更高的要求。其中高精的度的误差补偿技术是保证高精度数控机床生产加工的一项关键技术。通过宏微结合的方式实现高精度的数控机床进给是一种行之有效的方法。这种机床的运动驱动技术特征是基于大行程普通精度的宏观运动，结合小行程高精度的联合驱动思想。其基本技术特点主要包括了宏观驱动技术、微观进给技术、补偿算法技术、位移检测技术等。20世纪80年代起，国外一些研究机构已经开始着手进行宏微结合方面的研究，在生物工程及光学工程中已经有了相应的研究与探索应用。但是，在数控机床领域，特别是车铣复合加工方面此种采用宏微联合驱动的技术应用并没有先例；特别是通过宏微联合的双驱动技术，来克服耦合误差对轴向、径向两个方向定位精度的影响，且尚未被应用到车铣复合加工中。

导轨耦合误差(GuidΔwayCouplingΔrror)为导轨的直线度误差、偏摆误差、俯仰误差、滚摆误差、X轴和Y轴之间的垂直度误差以及导轨的安装误差等误差中的一种或多种的结合体，导致滑台沿X轴方向运动时，会在与之X方向的垂直方向Y向产生位置偏移Δ_Y或角度偏转Δ_θ，称为耦合误差。从而使导轨的实际位置和理论位置产生偏差，特别是对于机床导轨来说，耦合误差导致了刀具与工件间的实际位置与理想位置之间的误差，如车外圆中，工件被加工表面的法线方向即加工误差敏感方向，在该方向上，刀具与工件的相对位置误差将最大程度地映射为加工误差。加工实验数据表明，常规车削中，耦合误差可以达到微米级，而在高精度加工中，耦合误差通常可以达到亚微米级，因此，耦合误差作为敏感方向误差，对车外圆的加工精度影响不容忽视，必须进行补偿，以提高加工精度。

由于运动过程中滑块与导轨之间的实际接触位置处于动态变化之中，且与理想位置存在偏差，导致滑块在沿导轨运动过程中角度发生偏转，其角度误差的转动中心在导轨上的位置也发生动态变化。对误差进行补偿时，如果只进行位移的补偿，而忽略导轨的角度偏转，必然会造成精度损失，降低误差补偿效果。所以需要一种能够对滑块的运动误差进行实时补偿的控制方法来有效的控制耦合误差的存在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有丝杠导轨在进行轴向定位的过程中，可能会出现由于丝杠滚珠圆度不同、安装精度不平均等原因出现的耦合误差，其中耦合误差主要是指X方向的垂直方向Y向产生位置偏移或角度偏转。为了补偿加工过程中产生的耦合误差，本发明提出一种切削过程中导轨耦合误差实时在位补偿装置及方法。

实现本发明的技术方案如下：

一种切削过程中导轨耦合误差实时在位补偿装置，该装置包括微动台、直线度透射镜、激光干涉仪、直线度反射镜、控制器和微动台驱动器；其中，

微动台位于滑块上，直线度反射镜和直线度透射镜依次位于激光干涉仪出射光的光路上，且直线度反射镜置于微动台上；激光干涉仪与控制器相连，控制器与微动台驱动器相连；

微动台用于提供平移及角度偏转补偿；

激光干涉仪用于将检测的滑块耦合误差数据传输给控制器，所述耦合误差数据包括滑块距离偏差Δ_d(0)和角度偏差Δ_θ(0)；

控制器上存储耦合误差补偿控制模型，基于所述模型利用耦合误差数据计算控制信号，并将控制信号传输给微动台驱动器；

微动台驱动器根据接收的控制信号驱动微动台，实现切削过程中导轨耦合误差的实时在位补偿。

进一步地，本发明所述耦合误差补偿控制模型为：