工作精度（精选十篇）
工作精度 篇1
在快走丝线切割机床中, 由于电极丝运动的位置主要由主导轮决定, 如果主导轮有径向圆跳动或轴向窜动, 电极丝就会发生振动, 振幅取决于主导轮跳动或窜动。假定主导轮是精确的, 上主导轮在水平方向上径向跳动, 如图1所示:如果切割的是圆柱体工件, 这时切割出的圆柱体工件必然出现圆柱度偏差;如果上下主导轮都不精确, 两主导轮的跳动方向又不可能相同。因此, 在工件加工部位各空间位置上的精度均可能降低。
本文重点分析快走丝线切割机床主导轮的径向圆跳动和轴向窜动对线切割加工精度的影响。主导轮的径向圆跳动是由导轮本身的精度、导轮轴承的精度及导轮组合件的配合精度决定的, 它是指钼丝带动主导轮旋转过程中出现的导轮半径方向上的跳动。主导轮的轴向窜动是由于向心推力轴承在装配时未使其在轴向达到应有的预应力, 当导轮在转动中受轴向力作用时, 导轮沿所受力方向产生的移动。
下面以快走丝线切割机床加工四边形、六边形、八边形试件为例, 分析主导轮的径向圆跳动及轴向窜动对试件在横切面内尺寸的影响。
二、主导轮径向圆跳动对零件加工尺寸精度的影响
如图2所示:当径向圆跳动量为△时, 对所切割四边形试件各边所产生的误差大小。图中表示切割Y轴方向的上边和下边直边时所产生的误差均为△, 而在切割X轴方向理论上来讲不会产生什么误差。以上只是理论分析, 实际情况不会这么简单, 但可以看出主导轮径向圆跳动对于工件切割加工精度影响的特点为:对平行于X轴方向的工件加工尺寸影响最大, 使Y轴方向的尺寸小于标准尺寸;对于平行于Y轴方向的工件加工尺寸不影响, 即等于标准尺寸。
如图3所示:当径向圆跳动量为△时, 对所切割六边形试件各边所产生的误差大小。图中表示切割Y轴方向的上边和下边直边时所产生的误差均为△, 而对另外四个斜边所产生的误差
△1=△×sin30°。
三、主导轮轴向窜动对零件加工尺寸精度的影响
图4所示为主导轮轴向窜动位置, 当主导轮受到轴向力作用时会偏离中间位置;当不受力时又回到中间原来的位置上。其窜动的方向依受力方向不同而异。下面以逆时针方向切割八边形试件为例来对其进行分析。当切割图5中的第1边时, 轴向不受放电排斥力, 导轮处于原来的中间位置, 不影响1边在Y周方向的加工尺寸YA;切割第2边时, 轴向受放电力的排斥, 导轮处于b处, 使2边的尺寸增大;切割第3边时, 不影响尺寸XA;切割第4边时, 使其尺寸减小;切割第5边时, 不影响尺寸YA;切割第6边时, 导轮处于位置a处, 使6边尺寸增大;切割第7边时, 不影响尺寸XA;切割第8边时, 尺寸减小。由此可见, 逆时针切割加工八边形试件时, 主导轮轴向窜动对X和Y轴方向的XA和YA尺寸没有影响, 但会使尺寸BXY增大, 尺寸AXY减小。如果是采用顺时针方向切割加工时, 对XA、YA尺寸没有影响, 但是会使BXY减小, 尺寸AXY增大。
四、提高主导轮运动精度的措施
(一) 控制好导轮组合件的加工误差
要控制好导轮轴、轴承座内孔和外圆的误差:
1. 几何形状误差。
与导轮装配后的回转精度、使用寿命以及其他性能等都有关系。如果说影响导轮精度的主要因素是尺寸误差, 那么各相关零件的几何形状误差, 则是影响导轮轴轴心径向晃动的根本原因。其中以圆度误差和圆柱度误差为主要影响因素, 因为轴径和孔的不圆, 会使轴承滚道变形, 所以应对其严加控制。
2. 位置误差。
影响导轮部件位置精度的主要因素为相关零件的垂直度和同轴度误差。垂直度误差可能会引起导轮的轴向窜动和角运动误差, 并可能使某些零件变形。同轴度误差会使导轮轴线偏离正确位置, 因而影响旋转精度。
3. 滚动轴承的尺寸误差。
导轮组件中轴承的精度非常重要。轴承的外环固定, 内圈转动, 因此内圈的径向偏心和轴承的工作游隙以及轴承中钢球的直径不一致, 都会引起导轮轴心线的径向跳动和角运动误差, 在高速转动时会发生振动。轴承的径向游隙对轴承的寿命、温升和噪音都有较大的影响。工作时球轴承在运转温度下的游隙通常应接近于零。因此, 设计与轴承配合的孔及导轮轴时, 应考虑到所选的轴承, 并定出合理的过盈量。导轮轴承通常用D级精度的微型球轴承, 轴承游隙应选比基本系列小的辅助系列较合适。
(二) 注意改善润滑条件
摩擦不仅影响导轮旋转的平稳性和使用寿命, 还直接影响它的回转精度, 特别是导轮正反转时的不稳定摩擦, 其危害更加严重。由于摩擦使导轮部件在机械和化学的长期作用下, 将会产生磨损, 因而导致导轮的径向跳动、轴向窜动和角运动误差的增大, 而使导轮的形状精度明显下降。
由于导轮是在高速轻载条件下运转, 并进行可靠合理的润滑, 以降低摩擦磨损, 导轮轴承的载荷, 主要有钼丝张力引起的载荷和轴承中摩擦阻力引起的载荷。经粗略计算, 轴承中 (下转第27页) (上接第29页) 摩擦阻力的载荷比钼丝张力所引起的载荷大6倍多。因此要提高轴承寿命, 应重视改善导轮轴承的润滑条件。这就要求一方面选择渗入度大的润滑脂, 并且要求它的防水及防锈蚀能力要好;另一方面还要采取切实有效的密封措施, 防止工作液及灰尘等杂物进入轴承。因为良好的密封是保持良好润滑状态最基本的条件, 一般采用非接触式密封, 这样除密封间隙中的润滑剂摩擦外, 不会应密封件产生其他的阻力。
(三) 拆卸和装配导轮组合件的方法应合理, 以提高装配质量
装配是形成导轮组合件的最后环节, 如果装配不当, 即使所有单个零件的加工精度都合格, 也不一定能使导轮组合件的装配质量合乎要求。
装配前必须对导轮、轴承和轴承座等零件进行严格清洗。拆卸和装配导轮及轴承时, 应尽量使用专用工具, 并尽量用压力或推力, 不要敲打。滚动轴承润滑脂充填量不宜过多, 尤其不能将轴承的空间填满, 否则将引起过多的发热, 这样有可能会使润滑脂熔化流出而起到相反的效果, 一般导轮轴承中的润滑脂填充量稍小于轴承空间的1/3为宜。在装填润滑脂之前, 先将轴承在润滑油中浸泡一下, 以免在启动时因润滑脂不均匀而导致轴承烧损。充填时最好用注射针管注入, 使滚道和每个滚动体都沾上润滑脂。不能用手指涂, 因为手指上有汗会腐蚀轴承。导轮装配后, 转动起来应该轻便、平稳且无阻滞现象, 高速运转时应无杂音。导轮V形槽的径向圆跳动应等于或小于0.005mm, 导轮的轴向窜动应等于或小于0.008mm。
五、结语
在快走丝线切割加工过程中, 主导轮的径向圆跳动和轴向窜动对线切割加工精度有着明显的影响。笔者经过长期的探索和实践, 对提高快走丝线切割机床主导轮的运动精度提出相应的措施, 对实际加工可能有一定的指导作用。
摘要：在快走丝线切割机床的加工过程中, 主导轮的工作精度直接影响零件的加工精度。文章对快走丝线切割机床中主导轮的工作精度对加工零件精度的影响作详细分析, 并提出提高导轮运动精度的途径。
关键词：快走丝线切割,导轮,精度,措施
参考文献
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[2]李忠文.电火花和线切割机编程与机电控制[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[3]单岩, 夏天.数控线切割加工[M].北京:机械工业出版社, 2004.
工作精度 篇2
VirtuoZo全数字摄影测量工作站在采集数字线划图(DLG)时,遇到本软件自身无法解决的图幅换带接边问题、等高线上出现的尖角和折角问题.现通过多年的工作经验可以得到解决.随着国民经济建设对地理信息数据的迫切需求,快速提供高精度的`数据显得尤为重要.本人在长期数据采集工作中总结了一些可提高精度和速度的经验,可减轻劳动强度.
作 者：董翠珠 薛萍 Dong Cuizhu Xue Ping 作者单位：董翠珠,Dong Cuizhu(江苏工程测绘院,江苏南京,210013)
薛萍,Xue Ping(新疆维吾尔自治区第二测绘院,新疆,乌鲁木齐,830002)
工作精度 篇3
关键词：煤矿；探测；电磁频
我国是一个资源耗费大国，因此在资源的开采利用过程中一定要加强资源的有效地利用，选择合适的采煤方法和采煤技术，从而不断地提高煤矿资源的开采效率，提高能源率，有效地降低能源耗费。清塬煤矿位于陕西省旬邑县清塬乡第界骆驼项村，为充分开发煤炭资源，保障矿区稳定生产、持续发展，根据国家煤炭生产、资源整合政策，加大资源整合和提能扩产改造力度，近年来，清塬煤矿引进了MES高精度电磁频谱探测，这对与矿区勘探技术和效率的提高具有重要意义。
1 矿区概况
1.1地理特征。清塬煤矿地处陕北黄土高原南部，陕西省咸阳市旬邑县县城东15km处。属中-低山森林区，区内地形复杂，山峦起伏，沟谷发育。地势东高西低。
1.2矿权设置。清塬煤矿位于黄陇侏罗纪煤田旬耀矿区的西部，南与旬邑县黑沟煤矿相接，东北与台家山煤矿及长安煤矿相邻，西、北及东面没有矿权设置。详见清塬煤矿矿权设置示意图（1）：
1.3地质概况。井田总体构造为一北倾的单斜构造，在此单斜基础上发育宽缓的波状起伏，倾角小于5°，井田西部边缘发现有断距不明的正断层，未见岩浆岩，构造简单。揭露的地层有：三叠系上统胡家村组；侏罗系下统富县组；侏罗系中统延安组、直罗组；白垩系下统宜君组、洛河组；新近系上新统保德组和第四系上更新统马兰组。
1.4区域构造。清塬煤矿大地构造位置处于鄂尔多斯盆地南部拗陷带内，其构造形态是以X77、X7号钻孔为中心的近东西向的向斜构造，两翼倾角10°～15°。本区西北部发现一条正断层，倾向335°，断距1.85m，在本区内分布长度1.7km。本区未见岩浆岩，构造属简单类型。
1.5区域煤层。清塬煤矿唯一可采煤层，煤层埋深125～344.85m，底板标高1210～1090m，厚度0.80 （D10） ～2.84（X7） m，夹矸0～2层，厚度0.08～0.35m，可采厚度0.80～2.29 m。煤层厚度变化规律为沿向斜中心向两翼煤层厚度逐渐变薄，东、西部不可采，规律性明显，结构简单。
2 MES高精度电磁频谱探测基本原理
高精度电磁频谱探测，属于利用天然场源的电磁波探测方法。是对大地电磁测深的改进和发展。电磁频谱的场源是太阳風或太阳黑子活动及闪电雷击。尤其是太阳幅射，发射出大量粒子流，当其到达围绕地球的电离层时，转换为电磁波。由于电离层远离地球表面，在其继续向地层内部传播时，可以近似地看作是地球表面垂直入射的平面波。沉积于地下的各种岩性的地层，通常将其视为水平层状介质。各种地层具有不同的物理性质从而形成不同的波阻抗界面。电磁波的波阻抗与电阻率、导磁率相关。电磁波在经过波阻抗界面时会产生反射，在地面接收并研究不同波阻抗界面反射的电磁波，可以得到地层电阻率随深度变化的信息。结合地质及其它物探资料可以对地层的岩性、物性进行研究。在地壳岩石圈中，不同矿物岩石，具有很大的电阻率差异，这种物性差异是我们区分地下不同岩石、矿物及流体的物理基础。
3 MES高精度电磁频谱探测在矿区中的工作
3.1探测规划。2009年9月共布设3条线，共计51个测点，其中离已知点近的500米范围内点距为100米，500米外的范围内点距为50米。
2011年9月共布设10条线，64个测点，点距为50米，现场进行踏勘，对存有强电磁干扰和进行适当调整，确定实际施工有效的MES探测点。在清塬煤矿西南部地区划定区域上64个探测点进行现场采集，以取得实际资料。并对64个测点进行重复采集，排除偶然因素对资料的影响，获得重复性的曲线每个观测点进行了多次重复数据采集，每点获得5至18条实测曲线。最后转入室内曲线对比、综合分析、资料解释、报告编写阶段。
3.2解释方法。
3.2.1 集中比较筛选。先逐个地把同一个点采集的信息曲线集中比较，从中筛选出重复性较好的曲线，作为本观测点的代表来参与整个测线的对比解释。
3.2.2高阻正异常的追踪。从已知钻孔所见煤层和电测井资料可知，煤层西高电阻率层，也正对应着在该点所采集的信息曲线的高阻正异常，对这个高阻正异常的追踪是进行整个测线对比与解释的主要方法。
3.2.3野外资料重复采集。 对比时，异常值变得不太突出，就可能是煤层变薄或者消失的缘故。对高阻正异常值不太突出或者对比较困难的曲线，进行了野外资料的重复采集。
3.3解释成果。通过对信息曲线的反复对比和仔细研究以往的地质勘探资料，获得了如下成果：提供了13条测线的综合对比剖面，从剖面上可以看出测量段内煤层的分布、厚度变化、埋藏深度。
物性特征及物性差异是地球物理勘探及资料解释的基础，收集了以往的相关电性资料，包括测井资料和反演电阻率，从而建立本区的4-2煤层电性模型。本区含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），在该组地层中煤层围岩多为泥岩、细砂岩、粉砂岩等岩体，电阻率较低，而煤层电阻率高的多，因此可知，区内4-2煤层同围岩在电阻率方面差异较大，地球物理响应清楚，能够达到设计目的。
4 结束语
综上所述，可以看出MES高精度电磁频谱探测技术突破了传统物探技术的思路，通过对电磁波地层反射信号的观测，经计算得到地下矿层电阻率，从而获得地下岩性信息，判断矿层深度和厚度。该技术的应用采用天然场源，具有环保功能。但是，作为一项新技术MES高精度电磁频谱探测的实际应用还比较少，经验也比较少，这就需要在以后的实际应用中不断的改进和完善。
参考文献：
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[3]李忠，武强，等.高精度电磁频谱技术及其在矿产勘探中的应用研究[J].北京科技大学学报，2007，29（6）
二维工作台控制系统设计及精度分析 篇4
二维工作台是手机外壳检测设备中不可或缺的自动化检测仪器。近年来, 随着我国手机行业迅速发展和手机性能多元化需求的不断提高, 对二维工作台的检测精度和效率提出了更高的要求。由于早期的工作台采用的是硬件式控制方式, 数控装置中的输入、运算、插补运算以及控制功能均由集成电路或晶体管等器件组成[1], 这样的控制方式柔性差, 通用性低。笔者采用软件式控制方式, 工作台的主要功能可通过软件来实现。本文首先对X-Y工作台硬件结构进行了设计和选型, 在VC++6.0设计环境下编写了软件模块, 着重分析了二维工作台的各种误差来源, 利用软件式控制的优越性, 提出了一种对误差曲线进行水平分割来实现误差补偿的方法;同时设计了工作台的精度测试实验, 通过理论分析结果与实验结果对比, 验证了逆向误差数值补偿的正确性, 为同类二维工作台今后的设计提供参考。
1 系统硬件结构
1.1 系统整体结构
二维工作台通过定制模具将手机外壳真空吸附在其上, 检测时, 垂直于二维工作台的检测邦头会向下运动到略高于产品底部的位置, 邦头上附有传感器, 二维工作台会先后在X和Y方向做直线运动, 检测邦头上的传感器会接收到反馈信号, 软件会记录此时安装在X、Y方向光栅尺的数据, 邦头在整个检测过程中是不运动的, 所以产品尺寸主要是通过测量二维工作台控制模具在X、Y方向上的移动距离而达到的, 从而检验产品是否达到精度标准。由此, 工作台的定位精度决定了设备是否能够有效筛选出不良品的功能, 所以二维工作台要求实现定位精度达10μm, 以保证产品合格率的把关。本文中工作台的驱动方式为伺服电机与滚珠丝杆配合, X、Y轴工作行程均为200 mm, 最大移动速度为30 mm/s, 最大移动加速度10 mm/s2, 重复定位精度5μm, 工作台采用双零级精密大理石为底座。通过选择适合系统的运动控制卡和光栅尺等部件, 调用控制卡函数库, 在VC++6.0设计环境下编写程序, 选择符合精度要求的光栅尺进行工作台位置的实时反馈, 从而达到闭环控制的目的。
由于对于产品尺寸精度要求很高, 而工作台的系统误差又是不可避免的, 为了将误差控制在许可的范围内, 这里利用了软件式控制方法柔性高的特点, 首先通过使用双频激光测量仪测出系统误差曲线;而后对工作台的误差曲线进行分析, 利用水平分割的方法对设备的系统误差进行补偿。如图1所示为二维工作台的机械部件简图, 工作台控制系统的基本配置如下:工控机, GE400运动控制卡, 伺服电机, 二维工作台机械部分, 光栅尺和电源等。控制卡安装在工控机主板插槽上, 通过工控机的操作系统调用函数库中相应的运动控制函数发出操作指令, 经过控制卡产生高频脉冲序列, 脉冲序列的频率可以控制转速, 通过脉冲数量控制电机的位置。使用光电传感器来控制工作台的行程, 当控制卡的IO接口读取到传感器的信号后, 控制电机停止达到安全限位的目的。系统结构图如图2所示。
1.X、Y向光栅尺2.Y向工作台安装板3.模具工作台连接块4.Y向伺服马达5.产品模具6.X向工作台安装板7.X向伺服马达8.工作台基座
1.2 GE400运动控制卡介绍
由图2可以看出, GE400运动控制卡起到了将软件控制信号传达给伺服驱动器控制伺服电机的功能。控制卡轴控信号输出接口共有4路, 根据不同工作条件设定的输出方式为模拟电压输出或者脉冲输出, 其中脉冲代表走的长度, 频率代表速度;模拟量的大小对应电机的速度与位置。每轴均可以独立进行脉冲和方向信号的反馈, 实时控制电机的转速和方向[2]。同时, 其基于CPCI总线的可插拔式设计使得控制卡可以方便地与工控机配合[5], 大大降低了在调试过程中对硬件的要求, 由此选用了该控制卡在VC++环境下根据动态链接库完成对X、Y向伺服电机的编程操控。
1.3 反馈元件的介绍
根据图1知道, 工作台在运动时, 通过X、Y向光栅尺可以实时定位工作台所处位置, 所以光栅尺的精度对于产品的检测结果有很大的影响, 直线光栅尺是通过记录静止光栅尺和运动光栅尺相对运动产生的摩尔条纹数量来测量位移的。本文选择了德国海德汉LIP372系列直线光栅尺, 分辨率为0.001μm, 符合我们的设计要求。
1.4 工作台机械部分介绍
在图1中可以看到, 工作台的机械部分主要由工作台基座上的X、Y向传动系统组成, 其工作方式主要是通过X、Y向伺服电机带动滚珠丝杆副, 控制丝杆副上安装板的运动, 以推动产品模具连接块的运动。工作台的机械部分是自动检测机的重要组成部分, 由于要满足设备小型化、无间隙、高精度和低摩擦的要求, 所以X、Y向传动系统采用了滚珠丝杆副、直线滚动导轨副的传动方式, 这样的配合方式摩擦系数小, 传动效率高, 比常规的丝杆螺母副提高了3~4倍[7]。
2 系统软件开发
GE400运动控制器提供DOS下的C语言函数库和Windows下的动态链接库。用户只要调用函数库中的指令, 即可以实现运动控制器的各种功能。选择了在Windows XP系统下利用VC++6.0进行软件的编程。进行编程工作时将产品配套的动态链接库、头文件和lib文件复制到工程文件夹中, 需要调用时在应用程序文件中加入函数库头文件的声明, 即可在Visual C++中调用其中的任何函数了。
2.1 程序设计流程
在Windows环境下的软件开发是一种基于消息的程序设计模式。本次二维工作台的消息机制是由工控机发送消息指令给运动控制卡, 运动控制卡同时接收终端传感器的反馈信号并转换成数据显示在软件界面上。程序控制流程分为以下几步:
1) 板卡初始化。在调用控制卡函数库之前, 首先要对函数库进行初始化。初始化函数为GT_Open和GT_Rest, GT_Open负责打开运动控制器, 和运动控制器建立通讯。GT_Reset使运动控制器的所有寄存器恢复到默认状态。
2) 设置控制轴工作方式, 运动控制卡包含“模拟电压输出”和“脉冲输出”两种输出方式, 上电默认为模拟电压输出。调用指令GT_Ctrl Mode可以切换轴输出方式。函数GT_Set Acc设定制定控制轴加速度, GT_Set Vel设定制定控制轴的目标速度, GT_Upadate指令刷新控制轴参数。
3) 判定产品是否在许可误差范围内, 经过传感器接收到尺寸数据, 与标准值进行比对, 判定产品的合格与否, 若不合格会报警提示不良品, 合格则退出并释放函数库, 结束单次循环。
2.2 人机界面
控制系统的操作界面利用了VC++面向对象的方法, 界面包含了设置马达速度、测试标准值、负偏差以及正偏差等功能;可以实现对每个电机的运动模式、齿轮比、位置、逻辑限位、速度和加速度的设定;界面可以良好地读取和显示各传感器的反馈信号及工作台的运行位置等。软件具有良好的可移植性, 在印刷、激光切割以及AOI等测试领域进行适当完善后均可得到良好地应用。
2.3 软件的补偿策略
二维工作台的误差来源比较复杂, 主要包含工作台、加工过程和检测三个方面:1) 工作台底座、滚珠丝杆、螺母副和导轨等工作台零部件在制造过程中引入的尺寸误差及装配过程中引入的装配误差;2) 工作台在负载下的变形及工作台结构的力变形引起的定位误差;3) 具体工况中振动、湿度、温度、气流等因素引起的环境误差及检测误差等[3]。由于二维工作台的工作环境基本不变, 所以主要的误差来源是装配误差和定位误差, 由于该两项误差在产生之后基本保持恒定值, 因此本文选择使用分辨率0.1μm的双频激光仪先测得二维工作台的误差曲线, 然后选择一种方法对误差曲线进行分割, 再通过软件根据工作台不同的行程区间进行分段补偿, 以达到控制工作台误差的目的。
目前对于二维工作台误差的补偿方法主要有垂直分割法和水平分割法, 垂直分割法是以恒定的坐标间隔对单轴定位误差曲线进行离散, 这种方法可有效补偿误差测试点处的误差, 但由于不能将补偿精度控制在一定范围内, 所以在这里将采用水平分割法, 对系统误差曲线进行划分和精度补偿, 建立系统误差曲线图如图3所示。图中水平轴表示X轴的理论定位, 垂直轴表示该位置上偏离理论位置的误差值, E (x) 为误差曲线, △E (大于0) 为误差补偿精度上限, Es为残余误差曲线。
由图3可以看到, 这里选取了7个补偿点, 水平轴上的补偿点是根据平均划分垂直轴的误差曲线E (x) 来决定的, 补偿点处的残余误差Es的值可以通过下式计算:
式 (1) 说明误差补偿点处的残余误差值与ε和△E的值有关。被分割后的误差曲线E (x) 可通过△E和Es表示如下:
式 (2) 为递增误差曲线, 式 (3) 为递减误差曲线。现将系统误差曲线E (x) 与均割线的交点 (x, i△E) 定为补偿点, 以伺服马达的最小脉冲当量为误差修正量, 有误差修正量△E△E=±δ。 (3)
工作台正向运动时, 通过逆向插补可知, 补偿点处于递减误差曲线时取“+”, 处于递增误差曲线时取“-”。同理, 当反向运动时符号取反。
理论上, 若用多项函数来表示误差曲线E (x) , 根据补偿条件可以确定补偿点的坐标位置。由于控制卡的插补周期为6 ms, 误差补偿功能是通过对指定坐标位置通过控制螺距单元进行逆向数值补偿完成的, 由理论计算所确定的补偿点, 与实际控制所定位的坐标位置是有一定偏差的[4], 所以, 残余误差Es由于插补周期的影响会超出±ε的范围, △Es为实际补偿位置偏离理论补偿位置所引起的附加残余误差。
在考虑上述因素所带来的影响后, 可得到实际补偿精度Ec:Ec=± (ε+△Es) ±3σ。 (4) ±ε为补偿精度指标;±3σ为工作台原始重复测量精度。
在相应补偿区间内, 根据系统误差曲线使用软件进行对应区间的逆向数值补偿, 将误差控制在实际补偿精度±Ec范围内。
2.4 定位精度指标
通过双频激光测量仪可以实测得到轴的实际移动位置, 从而得到经过误差补偿后的定位精度。由于多次重复定位, 误差值会围绕某平均值两侧做正太分布, 该值反映了工作台的系统误差[6]。工作台定位精度指标计算公式如下:
1) 重复定位精度R。本次实验将根据实验次数n (n=5) , 用下式计算标准偏差值S:
↑↓代表某次实验从正向或反向向某一目标位置pi定位时, 位置偏差标准的估算值。
由此可得各测量位的重复定位精度为:
其中i=1, 2, …, n为轴上各测量位序号。
由上式可得轴重复定位精度为:
2) 轴定位精度A。单向定位精度:
由此可得轴定位精度:
3) 反向差值B。当工作台从正反方向分多次向被测点移动时, 会出现空回的情况, 导致两个方向的偏置位置误差不相同, 这种情况称为反向差值[8]。这里用表示工作台从正、反方向移动到目标位置。反向差值的公式为:
2.5 实验方法及结果
为了测定二维工作台的定位精度, 设计如下实验。由于工作台结构为上下层结构, 下层Y向工作台要承受上层X向工作台和产品模具的重量, 所以相对X向工作台受力要大得多, 又由于X、Y向工作台结构是相同的, 因此选择Y向工作台为实验对象, 测量范围为200 mm, 实验时选取近电机侧为起点, 通过软件发出指令移动到指定位置, 用双频激光测量仪测量一次, 每次测量4个点的数据 (0 mm、40 mm…200 mm) , 在第6点处返回, 反向同样 (200 mm、160 mm…0 mm) , 在第0点处返回。分别对每个测量位置的数据进行整理, 结果见表1。根据式 (6) ~ (10) 可计算出Y向轴精度指标如表2所示。
由此可得到, 轴的单向定位精度:
μm
μm
定位精度A:
重复定位精度:R= (Ri) max=4.8μm。
回程误差:B=|Bi|max=2.2μm。
综合以上数据可验证, 工作台的定位精度高于10μm, 重复定位精度高于5μm, 满足了设计要求, 可以保证设备在长时间工作的状况下, 保持很高的检测精度, 验证了通过软件进行误差补偿方法的可行性。
3 结语
1) 设计了二维工作台系统的整体结构及元器件选型, 包括运动控制卡的控制方式和功能, 反馈元件光栅尺的工作原理以及机械元件的运动方式等。分析了产生系统误差的主要原因是装配误差和定位误差。
2) 重点研究了二维工作台的控制方式, 利用运动控制卡的函数库在VC++的设计环境下编写控制软件, 通过实验的方法使用双频激光仪获得工作台的系统误差曲线, 选取水平分割的方法对误差曲线进行了分割, 根据软件式控制柔性高的特点, 对工作台的误差进行补偿。
3) 确定了测量定位精度的实验方法, 通过多次实验采取数据的方式, 验证了误差补偿后的二维工作台的精度。表明本文提出的控制方式对工作台误差曲线进行补偿是有效的。为提高二维工作台精度研究提供了参考。
参考文献
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精度人生铸传奇 篇5
——记沈阳鼓风机集团有限公司齿轮压缩机车间副主任徐强
从“全国杰出青年岗位能手”，到“中华技能大奖”得主，从“全国劳动模范”，到“全国优秀共产党员”，今年40岁的徐强头顶可谓星辉闪耀、光彩夺目。同事们羡慕而又自豪地说：“这下，徐强真是荣誉大满贯了!”是什么让一个技校毕业的大专生，实现了如此惊人的人生跨越？让我们走近徐强的“精度人生”。
热爱学习，刻苦钻研，青年工人岗位成才的杰出典范
从参加工作的第一天起，徐强就把齿轮加工岗位确定为自己事业的起点。他给自己设定了努力方向：做一名优秀的复合型技术工人。长期不懈的学习、钻研，使他不仅熟练掌握了操纵数控机床的关键知识和本领，还能直接用英语同外国专家进行技术交流。
几年前，沈阳鼓风机集团有限公司从德国购买了一台当今世界最为先进的数控立式成形磨齿机，徐强作为操作者被派往德国验收、培训。期间，他认真学习、仔细钻研、反复练习，不到10天时间，就掌握了机床的关键性能和操作方法，而以往德国培训一名磨齿机操作者都要经过3至6个月，令外国专家甚为惊叹。
如今，徐强不仅将这台进口设备全部功能挖掘了出来，还纠正了说明书中的个别错误，他总结出来的加工操作办法比说明书上的还要多。回访的德国专家钦佩地说：“能够开发出磨齿机全部功能的操作者不多，但徐强做到了，徐强的技术令人惊讶！”外国企业甚至想以月薪3万元聘用徐强，专门请他为销售的产品做技术指导，但他婉言谢绝了。
大胆创新，书写奇迹，国内齿轮加工技术的权威代言
作为一名新时代复合型产业工人，徐强深知“技能就是财富，知识就是力量”。他苦练本领，善于创新，创造了全国闻名的“徐强精度”，成为国内齿轮加工技术的权威代言。
2004年，一名客户要求生产一个大型齿轮，设计精度为5级，难度相当之大。徐强深知只要稍有疏忽就会使齿轮报废，不但会造成20多万元的经济损失，而且还会给企业信誉造成重创。他大胆闯关，迎难而上，凭着多年炼就的技术本领和精益求精的严谨态度，优质高效地完成了这台高难度产品的生产任务。检验结果证明，他加工的齿轮超出客户预期，居然达到4级精度，创下大型齿轮加工精度的全国之最，国内同行们惊叹地将这一纪录称为“徐强精度”。
爱岗敬业，无私奉献，立足本职示范引领的先锋模范
作为一名共产党员，徐强时刻表现出高度的爱岗敬业精神和无私奉献境界，如同一面鲜红的党旗，飘扬在企业生产一线，引领身边同事团结拼搏、勇往直前。
H408压缩机是沈阳鼓风机集团有限公司承制的一台国家级重点产品，其变速箱大齿轮单件重达6.5T，给磨齿加工带来极大困难。面对挑战，徐强坚持啃下这块硬骨头，加班加点、精益求精地赶制产品，再苦再累也咬紧牙关。经过7个昼夜的艰苦奋战，他终于独立完成这个高难度的齿轮加工任务。
徐强不仅全心投身于生产之中，还充分发挥模范表率作用，带动团队共同进步，实现了“聚是一团火，散是满天星”的效应。近年来，他带领的“徐强班组”在百万吨乙烯压缩机组等国家重点工程项目研制中，屡立战功，取得了骄人业绩。
浅析机床几何精度 篇6
【关键词】自准直仪；误差曲线；径向跳动；检验棒
引言
机床的几何精度是指的是机床在不运动（如主轴不转，工作台不移动）或运动速度较低时的精度。例如，床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状，是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的，而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的，所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。
一、自准直仪的测量原理
自准直仪又称自准直测微平行光管，其结构原理如图1所示。由光源发出的光线，通过十字分划板成行为十字形光束，一部分光线由棱镜的斜面直接反射到目镜上，即目镜视场中的基准十字线；而另一部分光线则通过棱镜的斜面射向物镜；由于十字分划板位于物镜的焦面上，所以光线通过物镜后，以平行光束投射到反射镜上。反射镜将这束光线再反射回目镜中，因此在目镜视场中还可观察到一条十字线，谓之反射十字线或被测十字线，如果反射镜与光轴垂直，则反射回的光线与物镜射出的平行光线重合，在其焦面上所成之像（十字线），与前述基准十字线重合，由于导轨在长度方向上有直线误差，造成微小的起伏，所以在各测点反射镜与光轴倾斜，使反射十字线与基准十字线不再重合。其倾斜角a可以通过测微螺丝移动角度分划板测得。
读数时，转动读数鼓轮，使角度分划板的水平线（或垂直线）对准反射十字从固定套管上读出分值，从刻度套管上读出秒值，此值即为所测之角度值。
测量时，将溜板移至导轨的一端，转动鼓轮，读出数值记作α0，在将溜板移动一定距离，再读数记作α1，依此类推，直至导轨全长。角度分划板水平移动时，所测之值即为水平面内的测量数据。角度分划板垂直移动时，（水平面与垂直面转换时，只需将目镜部分旋转90°），则测量的是垂直面的數据。
二、自准直仪测量直线度
自准直仪测量的是角度值，因此在做误差曲线时还要换算成长度值。L为溜板长度，L为测量长度，H为测量长度上的高度差。所以有或由于△α一般很小，故考虑到作图习惯和需要，将角度化为弧度，并使这样一般为几秒…几十秒，故升差（或落差）的计算公式改写为：
三、主轴径向跳动的测定
机床主轴的径向跳动是指主轴端的安装基面（主轴锥孔及卡盘定心表面）的中心线在空载情况下主轴缓慢地旋转一周过程的径向最大跳动量。一般情况下旋转轴线和轴端安装基面中心线不仅不同心，而且也不平行，因此在沿轴向不同位置上的径向跳动是不同的。通常规定必须在轴向的两个位置上来分别测定径向跳动，一个位置是靠近主轴轴端的一点A，称为近轴点。另一位置是离A点一定距离（对于中型车床为300mm）的B点。
为了测定主轴的径向跳动，必须在主轴锥孔中插一根检验棒，将千分表面定在机床上，千分表的触头顶在检验棒的圆柱表面上。缓慢地旋转主轴，分别在近轴点和远轴点读千分表读数，指针的摆动量即为径向跳动。为了保证测量的准确性，检验棒本身的制造误差必须小于测量误差的1/3-1/5，同时在测量时设法消除它对测量结果的影响，其方法是：将检验棒紧密插入主轴锥孔内，旋转被检验部件分别在A、B两处检验，并记下结果，然后取出检验棒相对于主轴旋转180°再插入重复检验一遍A、B两处分别计算，其两次检验读数的代数和的一半即为径向跳动误差。
四、机床溜板移动对主轴旋转轴线平行度的测定
机床溜板移动的轨迹和主轴旋转轴线是两条空间不相交的直线，它们之间的平行度必须分别在两个互相垂直的投影面上进行测量，一般取水平面和垂直面作为投影面，相应的平行度称为水平平面内的平行度和垂直平面内的平行度。
在主轴锥孔中插上检验棒，将千分表固定在溜板上。测定在垂直面内的平行度时，千分表触头顶在检验棒的上母线上；测定在水平面内的平行度时，千分表触头顶在检验棒前侧母线上。溜板从近轴点A移至远轴点B的过程中，千分表的最大摆动量即为200毫米内的差值，摆动量为“正”表示轴线由近轴点到远轴点向上或向里倾斜，摆动量为“负”表示向下或向内倾斜。由于主轴锥孔和检验棒都有径向跳动误差，测量时必须设法消除其对测量结果的影响，因此，在一次测定后，还须将主轴连同检验棒一起转180°在同样测定一次a、b两项误差分别按两次测定误差值的代数和的一半计算。
结论
工作精度 篇7
1 现行定位检测的基本方法
现代机械工程领域里应用的传感器种类繁多,一种物理量可应用多种类型的传感器来检测,同一种传感器也可以测量多种物理量。关于数控机床工作台的定位检测问题,实际上也就是工作台在工作状态下的位置检测,属于在线测试的范畴,即与实际情况更接近一致的测试方法,特别是实现自动化过程的控制与检测系统,往往要求很高的真实性与可靠性,因此必须在现场实时条件下才能达到检测要求。特别注意的是位移传感器选择恰当与否,对测试精度影响很大。对于位移测量在理论上可以设计出不同的测量方法来完成,如电容检测方法;同步感应器检测方法;激光干涉仪检测方法;电涡流检测方法等。
2 工作台滑板定位检测方法的应用研究
2.1 测量原理及测试系统的构成
实验室中,我们设计的实验方案是采用电涡流式电感传感器进行测量。该传感器可用于动态非接触式测量,它是能把被测量转换为电感量变化的一种装置。其变换原理是利用金属导体在交流磁场中的涡流效应,这就决定了被测对象应为金属。电涡流式传感器的测量范围约0-1500μm,分辨率可达1μm。该传感器结构简单、使用方便、不受油污等介质的影响。因此,在机械、冶金等工业部门得以广泛应用。电涡流式传感器的测量电路一般采用由阻抗分压调幅式测量电路及调频电路。一般常用分压调幅式测量电路,图1是分压调幅式测量电路的工作原理[3]。
机床进给工作台定位精度的检测是确定其工作性能的一项重要措施。定位精度检测主要采用动态、实时、多信息通道地对高速运动变化和微观动态过程的检测方式。也就是在试验台适当的位置固定一传感器,当伺服电机控制工作台做往复运动时,我们可实时地测量工作台的定位精度。目前最好的测量手段应以激光测量为佳(激光干涉仪),但根据实际情况,选择了实验室现有的电涡流传感器及其测量系统。该传感器的重复定位性能及使用方法相对来说比较熟悉,被检测的工作台滑板又为金属材质,符合电涡流传感器的测量要求[2]。
定位精度检测试验装置组成框图确定如图2,其中各组成部分为:
电涡流传感器部分是将进给工作台定位信号取出并装换成相应的电信号,定位信号的大小与输出的被测量满足对应关系。
中间转换装置是把定位信号进行再加工,如将阻抗电压或电流,信号放大或衰减、滤波、调制及解调等,变换为数据采集分析系统能够接收处理的信号。
2.2 数据的采集及处理
采用SDY2400数据采集分析系统,该系统软件是众多信号处理软件之精华,集各种信号处理软件功能程序模块为一体,以输入最简单的窗口命令选择方式来调用各种已置入系统的信号处理功能。且本软件是多功能的信号处理软件,配合相应的信号采集装置(传感器、转换电路等)完成被测信号从采集、时域或频域分析到信号处理的全过程。
在进给工作台恒速状态下初始状态时,伺服电机转速为2000r/min,移动量脉冲为±100000pulse,放大器位置增益1为PG1=30rad/s。进给工作台重复20次到达指定位置,通过位置检测装置可测得误差值。数据经处理后得到图3。增大位置增益1使其值为PG1=150rad/s后,重复20次到达指定位置,通过位置检测装置可测得误差值实验数据。数据经处理后得到图4所示的实验曲线。
2.3 数据分析
由图3、图4我们可以看到位置误差随着采样的变化而变化。在图3中我们可以看出第16次采样所得到的位置误差是此次实验的误差最大量,第5次采样所得到的位置误差值是此次实验的误差最小量。另外,我们可以得到在此次实验中位置增益为30rad/s的平均位置误差值为13.73μm。在图4中我们可以看出第12次采样所得到的位置误差是此次实验的误差最大量,第9次采样所得到的位置误差值是此次实验的误差最小量。另外,我们可以得到在此次实验中位置增益为150rad/s的平均位置误差值为12.3μm。
3 结论
通过对测量结果分析表明,位置增益大的控制系统的位置误差,整体上小于位置增益小的控制系统的位置误差。即通过对实验台滑板工作过程中的位置的实时检测,得到了理想的检测结果,说明定位精度测试系统设计合理,能够为模拟数控机床工作台的位置控制提供依据。
摘要：对于数控机床工作台的定位检测问题,实际上也就是工作台在工作状态下的位置检测。我们通过对自制的模拟数控机床工作状态的实验台,在某一特定时刻的特定位置转化成位移量加以测量,用以研究数控机床进给系统工作台定位精度检测的方法。
关键词：定位精度检测,测试系统,数据采集分析
参考文献
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[2]常健生.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,1996.
工作精度 篇8
本文对DVT250双柱立车工作台偏心的影响进行了分析计算, 此工作台直径Φ3500mm。
1 问题分析及模型建立
工作台安放在工作台底座上, 由齿圈带动绕主轴做回转运动, 通过推力轴承将工作台及其工件的重量承载到工作台底座上。中间的滚子轴承是工作台与主轴作用力传递的的载体。在某个工作转速下, 工作台偏心质量产生的离心力通过滚子轴承传递给主轴。取某个瞬时离心力作用点与主轴轴线剖面做受力分析, 可以把问题简化成静刚度的计算。
此工况下, 主轴为主要分析对象, 但是关心的变形位置却是工作台。由于相对于主轴来讲, 工作台的刚度足够大, 故在建立模型时可以不详细建立工作台内部结构, 但需要在离心力作用点做出几何截面来施加离心力, 同时需要将工作台上表面及其主轴上端面分割以得到象限点, 作为数据读取的准确位置。对于滚子轴承, 由于不是重点研究部位, 故用相当规格的实体代替。位于工作台底部中间位置的推力轴承承载工作台的重力, 故此建立一个实体结构以便进行约束处理。不考虑工作台底座的变形及其轴承的间隙等问题。
依据以上分析, 在UG NX7.5建模模块建立有限元分析模型, 见图1及图2。
2 有限元分析前处理
进入UG NX7.5的高级仿真模块在仿真文件 (.sim) 环境下对分析模型进行边界条件、结合面的处理及离心力的加载。在有限元模型文件 (.fem) 环境下进行材料属性的设定及其网格的划分。
2.1 约束与载荷
推力轴承承载工作台的重力, 固定其竖直方向的自由度, 其余自由度放开。设定主轴与底座的接触面为刚性连接, 忽略底座的变形, 固定主轴与底座的接触面。各零件键的接触面用粘接方式连接。
将离心力作用在建模时预留的截面上, 离心力的大小计算方法如下文所述。
由于, 工作台偏心位置未知, 假定其在悬伸部分上中下三个位置分别进行计算, 共计算三次。设定工作台转速n=100rpm, 在直径Φ1000mm处, 存在偏心质量10kg。
则离心力:F=mω2=1097N
若工况有变化, 则根据离心力计算公式进行相应线性变换即可得出相应结果。
2.2 划分网格
划分网格是建立有限元模型的一个重要环节, 它要求考虑的问题较多, 需要的工作量较大, 所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。本例计算中, 共划分3D四面体10节点单元10292个, 单元节点17443个, 见图3。
3 计算结果
工作台在直径Φ1000mm处存在偏心质量10kg, 转速n=100rpm时的计算结果见表1。则对应在直径Φ2000mm处, 偏心质量为50kg, 转速为200rpm时的情况计算结果:根据公式需乘以系数5×2×22=40, 具体数值见表2。
4 总结
从表2计算结果数据可以看出, 相当于径向跳动指标方向, 对于主轴, 变形随着工作台偏心质量位置从上到下的变化逐渐增大, 反映到工作台, 变形随着工作台偏心质量位置从上到下的变化逐渐减小;相当于端面跳动指标方向, 主轴和工作台变形趋势相同, 都随着工作台偏心质量位置从上到下的变化趋近于向-Z方向增大。在数值上, 当偏心质量位于工作台悬伸部分上部时, 径向变形4μm, 影响径向跳动8μm, 轴向变形2.5μm, 影响端面跳动5μm。
通过以上分析, 可以得出当加工精度要求较高时, 工作台的偏心质量对加工精度的影响是一个不可忽略的考虑因素。并且, 离心力的作用下, 由于主轴的变形会使工作台的惯性轴心线与转动轴心线不在同一直线上, 当转速愈高离心力愈大, 惯性轴心线偏离转动轴心线愈多 (亦即平衡状况愈差) , 而工作台的振动也会随之变大。提高主轴的刚度和降低工作台的不平衡量都能适当地降低这种影响。建议设计中, 对工作台动平衡指标进行合理要求, 并充分考虑主轴刚度问题。
参考文献
[1]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社, 2003.
工作精度 篇9
1多普勒效应
多普勒计程仪是应用多普勒效应进行测速和累计航程的一种水声导航仪器。所谓的多普勒效应是指:当声源与接收者之间存在相对运动时, 接收者接收到声波的频率与声源频率不同的现象。当声源与接收者接近时, 接收者收到声波的频率将升高;当两者相互远离时, 则接收者收到声波的频率将降低。接收频率与声源频率之差值△f称为多普勒频移。△f与声源的频率f0、声波在介质中的传播速度C和声源与接收点之间的相对运动速度V的关系如下:
当f0与C为常数时, △f与V成正比, 因此可以通过测定多普勒频移来进行测速。
2单波速测速原理
在船底部装有一个收、发兼用的换能器O, 船舶以速度V向前航行, 换能器以频率f0向海底发射超声波脉冲。声波束的发射方向与船舶速度方向成θ角, 称之为波束发射俯角, 一般θ取60°。换能器向海底发射的超声波经海底发射后, 一小部分声波能量被换能器接收。换能器O既是声源又是接收者, 由于发射点和接收点之间有相对位移, 故换能器O收到声波的频率和发射声波的频率并不相同 (又称为二次多普勒效应) 。测得的多普勒频移△f表示如下:
式中, 声波发射频率f0、船速V及波束俯角θ均为已知量, 只要测出多普勒频移△f, 即可求出船速。
3双波速测速原理
单波束计程仪在实际使用时会因船舶摇摆而产生测速误差, 故不能得到广泛的应用。船舶摇摆时, 由于船舶上下颠簸和纵向摇摆会产生船舶在垂直方向上的运动速度U。垂向速度U在波束发射方向上的分量为-Usinθ, 在波束发射方向上的合成速度为 (Vcosθ-Usinθ) , 则单波束多普勒频移公式变化为:
比较式 (1) 和 (2) 可知, 在船舶上下颠簸和纵向摇摆时, 如果仍按 (3) 式进行测速计算, 显然会产生测量误差。为了消除这种测量误差, 目前船用多普勒计程仪普遍采用双波束系统测速, 即以相同的发射俯角分别向前和向后发射对称的超声波波束。
按式 (3) 朝船首向及船尾向波束的多普勒频移分别为
用Δf1减去Δf2有:
式 (5) 称为双波束多普勒频移公式, 由公式可知, 船舶摇摆颠簸引起的垂向运动速度U的影响已完全被消除。
4多普勒计程仪的分类
, 船用多普勒计程仪现有三种类型。第一种类型是一元双波束系统多普勒计程仪, 它只能测量船舶纵向速度并累计其航程, 通常用于船舶的导航功能;第二种类型是二元四波束系统多普勒计程仪, 即换能器向船体的前后左右四个方向发射波束, 它除了可测量船舶纵向速度外, 还能测量横向速度, 可作为船位推算导航使用。一元和二元多普勒计程仪的换能器均安装在船首部位。第三种类型是三元六波束系统多普勒计程仪, 它除了在船首装置四波束换能器外, 还在船尾部安装一对向船尾左右方向发射波束的换能器。这种计程仪既可测量船舶纵向速度, 又能测量船首部和船尾部的横向速度, 能反映船舶运动的全貌, 通常用于大型或超大型船舶的进出港、靠离码头和锚泊等作业中, 可保证航行的安全。
5提高测速精度的方法
5.1对声速进行校正
超声波在水中的传播速度可用函数C=F (t、σ、h) 来表示, t为海水表面温度 (℃) , σ为含盐量 (‰) , h为水的深度 (m) 。当船舶航行在不同的水域时, 声速也有相应的变化。声速变化, 根据式1-5, 将直接影响测速的准确性, 变化值离基准值存在的误差率过高, 测速精度也会大大降低。另外影响较大的因素还有海水温度和盐度误差, 一般情况下, 能利用装在换能器附近的热敏电阻, 测量换能器附近的海水温度变化, 在一定范围内通过电子单元的处理器自动补偿因温度变化引起的声速误差。而盐度变化, 在较小范围内变化的时候, 一般情况下采用手动校正补偿。
5.2减小发射波束开角
多普勒计程仪所发射的超声波信号, 是有一定宽度的波束, 其波束宽度由换能器的指向性所确定, 若两发射波束边缘均有回波接收时, 接收频率就不再是理论上理想状态的一个单频, 而是一个频带。由于频带的存在, 在多普勒测量中会造成误差, 开角越大, 测量误差就越大;开角越小, 测量误差就越小。大的旁瓣不仅会导致发射能量不能有效的全部利用, 而且还会因旁瓣回波信号被接收而造成误差 (特别是在浅水海域) , 因此, 一般要求多普勒计程仪换能器的第一旁瓣低于主瓣25db以上。
5.3对船速进行校正
换能器的安装情况以及仪器的调整状态等会产生测速固定误差, 所以要对计程仪显示航速的相对误差进行测量。多普勒计程仪在船速由低到高的过程中, 具有线性特点, 因此在各种速度下, 误差几乎是相同的。可利用装在电子单元箱内的航速误差开关对仪器进行调整, 校正航速误差。
结束语
综上所述, 只有充分理解了船用多普勒计程仪的工作原理及特性, 利用提高测速精度的方法, 得到较为精确的航速、航程数据, 才能保证船舶的航行安全。
参考文献
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工作精度 篇10
数控机床和加工中心精度的检测与校准是机床工具行业和机械加工行业的关键环节,也是保证机床加工精度和产品质量的重要手段。对数控机床进行检测与校正的一个基本要求是要保证高精度。目前,数控机床旋转精度的检测方法主要受限制于角度的光学检测方法,常用的有光电编码器法、衍射法、自准直法、光纤法、声光调制法、圆光栅法、光学内反射法、激光干涉法及平行干涉图法等。浦昭邦等人对目前常用的几种光学测角方法做了较为系统的介绍[1],本文不再赘述。对于五轴加工中心,其三维直线导轨X、Y、Z和水平转轴C的精度,目前国内外基本都是采用激光干涉法检测,精度也较高。对于加工中心的俯仰轴A,由于其转过一定角度后,工作台会遮挡住反射光,或者反射光出现偏心情况,使激光干涉法无法适用。近些年国内外相关领域正在研究的可以同时测量多维信息的检测方法[2],然而检测装置过于复杂,检测精度不高,另外测量带宽和测量头体积限制了其应用范围,实用性不高。球杆仪系统[3]主要用来确定机床失去精度的原因及诊断机床的故障,分析查明故障原因并维修机器,然后再用激光干涉仪进行检测校准。因此,在对数控机床俯仰轴旋转精度检测方面,目前还没有合适的检测方法。本文针对目前国际上几种常用的检测方法中存在的困难,提出了以激光陀螺为主体的检测方法,并通过实验证明所提出的检测方法简便易行,精度较高,在检测带有俯仰轴的加工中心这一领域具有独创性。
2、用激光陀螺进行数控机床旋转精度检测方法的研究
2.1激光陀螺测角的基本原理
激光陀螺的工作原理基于Sagnac效应,谐振腔中相向运行的两束激光的拍频与腔体相对于惯性空间的转动角速率成正比。当环形谐振腔有转动角速度时,逆时针光束与顺时针光束的谐振频率不同,差频与转速成正比,通过探测此差频即可推算出转动的角速度。拍频振荡周期数N与转角θ成正比,外围电路将每个振荡周期变成一个脉冲,通过检测N即可求得θ,这就是激光陀螺的基本原理。
2.2激光陀螺测角的操作流程
选用二频机抖陀螺仪进行旋转精度检测。陀螺仪的机械抖动对于体积大、质量重的数控机床的影响很微小,可忽略不计。检测设备包括陀螺仪、安装支架、陀螺测试台、装有检测程序的计算机。整套设备中,陀螺仪通过自行设计的工装连接固定在数控机床工作台的旋转中心,其他设备均放置在加工中心外围。
2.2.1陀螺仪的标定
设备准备好之后,应首先进行陀螺仪的标定,计算陀螺仪的比例因子。这一程序可以在数控机床上进行,其具体过程是:使转台分别沿顺、逆时针方向转动数周,记录下陀螺仪输出的脉冲数N+和N-,由(1)式即可求得陀螺仪的比例因子K。
在自编的陀螺仪标定程序中,转台的转动角度可以根据需要自主选择,在界面相应的方框内输入要转动的角度(以度为单位),以整周旋转为佳,程序运行后即可自动算出比例因子。
假设转台旋转360°,所用陀螺仪的比例因子存在1×10-7的误差,则测量结果误差约为0.02″。通过多次重复测量,在开机之后连续运行的情况下,陀螺仪的比例因子稳定性很好,只在1×10-8位上起伏。因此,陀螺仪比例因子的测量误差对测量结果的精度影响在0.02″左右。
实验过程中,先采用分别沿顺逆时针方向单周旋转各五次取平均值的方法计算比例因子,后采用顺逆时针方向连续多周旋转取其平均值的方式。表1所示为分别采用两种方法的测量结果,观察表中数据,单周旋转时所测比例因子误差较大,分析其原因为机床转台自身存在定位误差,每次旋转角度并不严格等于360°,转台每次旋转的偏差导致了比例因子的测量误差较大。采用连续多周旋转法可以有效减小机床重复精度造成的误差,表1中实验测量所得比例因子误差较小,可靠性高。表2所示为实验使用MIKRON UCP 600型五轴数控机床的出厂合格精度。
2.2.2计算零漂均值
当转台静止不动时,陀螺仪也会有脉冲数出,这是因为存在着地球自转和陀螺仪自身零漂等因素的影响。虽然零漂是一个随机变量,但其在陀螺静态工作时总是在一个小范围内变化,因此我们可以检测陀螺仪在一段时间内的输出脉冲,取其平均值,代替单位时间点的零漂值。这一功能在程序中是通过触发按钮控制实现的。按下按钮后,程序即会自动计算程序自开始运行后的这段时间内的零漂均值,并将测量结果记录下来。
合格的激光陀螺仪在正常工作中零漂比较稳定,所用陀螺仪的百秒方差在1.5‰左右,这样的稳定性在陀螺仪长期工作时对精度的影响是比较有利的。可实际上,用陀螺仪检测机床旋转角度的过程很短,通常每次旋转都只有几秒钟,因此,对实验精度影响较大的是陀螺仪的一秒方差,而陀螺仪的零漂值都是在平均值上下0.1的范围内变化。这样的变化范围对测量结果精度的影响约为0.18″。
综合比例因子与零漂的测量误差,在360°范围内所得测量结果的误差应小于1″。
2.2.3检测转台转过的角度
当陀螺仪有输入角速度时,检测程序记录的总脉冲数N包含了转动角度与地球自转和陀螺仪自身零漂等其他因素引起的脉冲数,所以在计算转台转过的角度时,应去掉这些因素的贡献值,即计算零漂均值时得出的零漂均值σ与转动时间的乘积。转角θ由(2)式可得,单位为角秒。
这一过程是在检测程序中实时完成的,当转台开始转动时,程序界面上即可显示出转台转过的角度,当转台停止转动时,程序显示最终角度,达到与转台同步。
3、实验结果及分析
首先使用激光陀螺仪对机床水平转轴进行了正反向连续整周测量,检测过程为每30°一个采样点,转到360°后沿原路转回,回到零位后将读数清零,如此反复多次测量,偏差结果曲线如图1所示。图中各条曲线走势十分相近,多次检测的结果都呈现同一种趋势,可以证明陀螺仪的检测结果反映了机床转台的真实情况,具有可靠性。
为检验激光陀螺的检测精度,使用雷尼绍ML10激光干涉系统对同一台机床的水平转轴进行了检测,检测过程为从零位开始,每30°一个采样点,转到360°后沿原路返回零位,不清零,在此基础上继续下一次检测,如此循环3次,结果如图2所示。
将图2中曲线与图1对比,可以发现曲线走势基本相近,偏差都在150°处达到正向最大,在300°处达到反向最大。具体偏差值稍有不同,ML10的检测结果更大一些,这是因为其检测过程为3次连续旋转,偏差结果为3次旋转误差的累加,而陀螺仪的检测过程为单次非连续旋转,结果为单次误差。比较两套系统在各采样点的检测结果,其差值基本小于1,因此,陀螺仪系统的检测精度应在1″左右。
用陀螺仪检测机床俯仰轴旋转精度的结果如图3所示,虽然各测试点得到的测量值与目标值偏差较大,但是5次检测结果之间相差并不大,只有最后两点的误差极大值超过2。考虑因零偏均值和比例因子测量不准确而引起的结果误差应在1角秒之内,而俯仰轴检测得到的偏差结果远大于由测量不确定性引起的偏差,对比水平转轴的检测结果,可以推断数控机床俯仰轴自身的定位精度存在较大误差,因为一直没有好的检测手段,因此数控机床俯仰轴的定位精度始终不高,更突显了研制俯仰轴旋转精度检测仪的重要。
4、结论
本文将用激光陀螺检测数控机床旋转工作台旋转精度的方法与一般的用干涉法测量转角的方法相比,通过实验证明新方法检测系统简单,设备安装也比较方便,易于实现转角的实时、精确测量,更能满足工程实际应用的需要,尤其对俯仰轴的检测具有独创性。因此,该方法具有较广阔的实际应用前景。
摘要：为了检测带有俯仰轴的机床精度,基于激光陀螺对角度和角速度的敏感性及其高精度的特点,提出了一种以激光陀螺为主体的检测方法,阐述了用激光陀螺检测数控机床旋转精度的基本原理及特点。理论分析和实验表明,与一般干涉法测量转角的方法相比,使用激光陀螺的检测方法结构简单,设备安装方便,易于实现转角的实时、精确测量。因此,该方法在俯仰轴的检测领域具有较广阔的实际应用前景。
关键词：旋转精度,激光陀螺,零漂,比例因子,转角检测
参考文献
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