RU2641939C2 - Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control - Google Patents
Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641939C2 RU2641939C2 RU2016106250A RU2016106250A RU2641939C2 RU 2641939 C2 RU2641939 C2 RU 2641939C2 RU 2016106250 A RU2016106250 A RU 2016106250A RU 2016106250 A RU2016106250 A RU 2016106250A RU 2641939 C2 RU2641939 C2 RU 2641939C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- errors
- machine
- possibility
- mandrel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
Landscapes
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области технологических процессов, а именно к металлорежущим станкам. Устройство предназначено для определения геометрических погрешностей металлорежущих станков с целью их последующей программной компенсации и может применяться на станках с числовым программным управлением фрезерной группы для повышения точности обработки заготовок на них.The present invention relates to the field of technological processes, namely to metal cutting machines. The device is designed to determine the geometric errors of metal-cutting machines for the purpose of their subsequent software compensation and can be used on machines with numerical control of the milling group to increase the accuracy of processing workpieces on them.
Известно устройство для измерения погрешностей металлорежущего станка [1], состоящее из стержня, соединяющего две шаровые опоры на станке с возможностью свободного вращения вокруг этих опор и измерения расстояния между этими опорами. При использовании устройства программируется перемещение одной из опор по круговой траектории с центром в другой опоре. Измеряемое смещение между опорами определяется как погрешность круговой траектории.A device for measuring the errors of a metal cutting machine [1], consisting of a rod connecting two ball bearings on the machine with the possibility of free rotation around these supports and measuring the distance between these supports. When using the device, one of the supports is programmed to move along a circular path centered in another support. The measured displacement between the supports is defined as the error of the circular path.
Недостатком [1] является невозможность регулировки стержня по длине и, как следствие, невозможность измерения на различных станках с разной длиной хода, а также влияние погрешностей опор на точность измерений.The disadvantage [1] is the inability to adjust the rod along the length and, as a consequence, the inability to measure on various machines with different stroke lengths, as well as the influence of support errors on the measurement accuracy.
Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является устройство для определения точности траектории перемещения инструмента [2]. Устройство состоит из оправки, которая крепится к торцевой поверхности шпинделя, на конце оправки имеется держатель с шариком, с которым контактирует один из концов измерительного датчика, второй конец которого установлен в цилиндрическом шарнире, который в свою очередь крепится в рабочем органе станка. Шпиндельный узел и рабочий орган совершают согласованные движения по программе, из которых формируется результирующая круговая траектория с радиусом, равным длине измерительного датчика. Погрешности станка влияют на изменение радиуса указанной траектории, что измеряется датчиком. В патенте, описывающем данное устройство, указывается на возможность измерения смещения в радиальном направлении и записи данного результата, но не указывается возможность определения и коррекции погрешностей по координатным осям.The closest to the merits of the claimed invention, the prototype is a device for determining the accuracy of the tool path [2]. The device consists of a mandrel, which is attached to the end surface of the spindle, at the end of the mandrel there is a holder with a ball, which is contacted by one of the ends of the measuring sensor, the second end of which is mounted in a cylindrical hinge, which in turn is mounted in the working body of the machine. The spindle unit and the working body make coordinated movements according to the program, from which the resulting circular path is formed with a radius equal to the length of the measuring sensor. Machine errors affect the change in the radius of the specified path, which is measured by the sensor. The patent describing this device indicates the possibility of measuring displacement in the radial direction and recording this result, but does not indicate the possibility of determining and correcting errors along the coordinate axes.
Недостатком прототипа [2] является невозможность регулировки устройства по длине и, как следствие, невозможность измерения на различных станках с разной длиной хода, а также влияние погрешностей держателя и цилиндрического шарнира на точность измерений. Также в патенте не указана возможность определения и коррекции погрешностей по координатным осям.The disadvantage of the prototype [2] is the inability to adjust the device along the length and, as a consequence, the inability to measure on various machines with different stroke lengths, as well as the influence of errors of the holder and the cylindrical hinge on the measurement accuracy. Also, the patent does not indicate the possibility of determining and correcting errors along coordinate axes.
Целью предлагаемого изобретения является возможность измерения и компенсации геометрических погрешностей станков с различной длиной хода, а также повышение технологичности и точности устройства для измерения.The aim of the invention is the ability to measure and compensate for geometric errors of machines with different stroke lengths, as well as improving the manufacturability and accuracy of the device for measuring.
Технический результат заключается в возможности измерения геометрических погрешностей станка, компенсации измеренных погрешностей и тем самым в повышении точности обработки на станке.The technical result consists in the possibility of measuring the geometric errors of the machine, compensating for the measured errors and thereby increasing the accuracy of processing on the machine.
Цели достигают тем, что устройство содержит измерительный стержень, совершающий движение по круговой траектории вместе со столом станка и смещающийся при наличии погрешностей траектории движения, причем смещение измерительного стержня регистрируется измерительным прибором. Положение измерительного устройства может быть отрегулировано относительно корпуса устройства, что обеспечивает измерение при различных длинах хода. Контакт измерительного стержня с одной опорой производится в точке, что снижает влияние погрешностей изготовления; погрешность второй опоры компенсируется с помощью второго измерительного прибора. В конструкции устройства применяются направляющие и опоры качения, что снижает трение и повышает точность перемещения.The goals are achieved in that the device comprises a measuring rod, making a circular motion along with the machine table and shifted in the presence of errors in the motion path, and the offset of the measuring rod is recorded by the measuring device. The position of the measuring device can be adjusted relative to the housing of the device, which allows measurement at different stroke lengths. The contact of the measuring rod with one support is made at a point, which reduces the influence of manufacturing errors; the error of the second support is compensated by a second measuring device. The design of the device uses guides and rolling bearings, which reduces friction and improves the accuracy of movement.
Устройство для определения геометрических погрешностей траектории движения стола фрезерных станков с ЧПУ содержит оправку с возможностью размещения в шпинделе станка и с коническим концом, с которым контактирует измерительный стержень, установленный на направляющих качения стойки. Смещение измерительного стержня контролируется измерительным прибором. Стойка имеет возможность наладочного смещения по корпусу, который установлен на цилиндрическом шарнире с возможностью размещения на столе станка. Столу станка по программе задается движение по круговой траектории с центром, соответствующим оси шпинделя. Радиус этой круговой траектории материализуется в виде измерительного стержня, расположенного между вершиной конуса отправки и измерительным прибором. Геометрические погрешности, в том числе погрешности позиционирования, станка проявляются в виде искажения круговой траектории, в частности ее радиуса, что измеряется измерительным прибором. После прохождения определенного полярного угла в качестве результатов измерения фиксируются погрешность радиуса, определяемая по измерительному прибору, координаты X и Y текущей точки круговой траектории. Из измеренной погрешности радиуса вычитается смещение плиты относительно шарнира, определяемое по второму измерительному прибору. Полученная погрешность круговой траектории пересчитывается в погрешности по осям X и Y. Рассчитанные осевые погрешности заносятся в программу компенсации системы числового программного управления.A device for determining geometric errors in the trajectory of the table of CNC milling machines contains a mandrel with the possibility of placement in the spindle of the machine and with a conical end, which is contacted by a measuring rod mounted on the guide rails of the rack. The offset of the measuring rod is controlled by the measuring device. The stand has the ability to adjust the displacement along the body, which is mounted on a cylindrical hinge with the possibility of placement on the machine table. According to the program, the machine table is set to move along a circular path with a center corresponding to the axis of the spindle. The radius of this circular path materializes in the form of a measuring rod located between the top of the sending cone and the measuring device. Geometric errors, including positioning errors, of the machine are manifested in the form of distortion of a circular path, in particular its radius, which is measured by a measuring device. After passing a certain polar angle, the radius error determined by the measuring device, the X and Y coordinates of the current point of the circular path are recorded as the measurement results. From the measured error of the radius, the displacement of the plate relative to the hinge, determined by the second measuring device, is subtracted. The obtained error of the circular path is converted into errors on the X and Y axes. The calculated axial errors are entered into the compensation program of the numerical control system.
Сущность заявляемого изобретения поясняется Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5. На фиг. 1 показан общий вид устройства в изометрической проекции. На фиг. 2 показан продольный разрез устройства по средней линии. На фиг. 3 показан график погрешностей, полученный при обработке результатов измерения с параметрами компенсации. На фиг. 4 представления таблица, в которую заносятся результаты измерения с применением устройства. На фиг. 5 проиллюстрирован способ определения величины люфта.The essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5. In FIG. 1 shows a general view of the device in isometric view. In FIG. 2 shows a longitudinal section of the device along the midline. In FIG. 3 shows a graph of errors obtained by processing the measurement results with compensation parameters. In FIG. 4 representations the table in which the results of measurements using the device are entered. In FIG. 5 illustrates a method for determining the amount of play.
Устройство состоит из опоры 1 (фиг. 1) с возможностью жесткого крепления к столу 2 станка, корпуса 3, который может поворачиваться относительно шипа 4 опоры 1 на подшипнике 5 (фиг. 2), закрепляемом крышкой 6. Подшипник 5 и шип 4 образуют цилиндрический шарнир. В корпусе 3 закрепляется измерительный прибор 7, который предназначен для контроля смещения корпуса 3 относительно опоры 1. К корпусу 3 с возможностью регулировочного перемещения крепится каретка 8, к которой в свою очередь крепится стойка 9, внутри которой установлена регулировочная втулка 10 с гайкой 11. Регулировочная втулка 10 базируется в стойке 9 по конической поверхности. К регулировочной втулке 10 крепится сепаратор 12, внутри которого установлены шарики 13. Шарики 13 контактируют с измерительным стержнем 14. Измерительный стержень 14, в свою очередь упирается в коническую поверхность 15 оправки 16, выполненной с возможностью размещения в шпинделе станка. В торец измерительного стержня 14 упирается штифт измерительного прибора 17, который закреплен в кронштейне 18, установленном в каретке 8. На оправке 16 установлено внутреннее кольцо подшипника 19, наружное кольцо которого соединено с хомутом 20. Хомут 20 посредством поводка 21 соединяется со стойкой 9. Хвостовик 22 оправки 16 крепится в шпинделе станка. Начальное положение каретки 8 устанавливает упор 23. Наладочный размер можно установить блоком концевых мер 24.The device consists of a support 1 (Fig. 1) with the possibility of rigid attachment to the table 2 of the machine, the
Методика применения устройства основана на измерении отклонения радиуса-вектора круговой траектории относительно неподвижного центра. При движении стола по круговой траектории различные геометрические погрешности станка заставляют отклоняться траекторию стола от идеальной окружности. Эти отклонения можно привести к отклонению радиуса-вектора этой окружности. Отклонения радиуса-вектора материализуются в виде смещения измерительного стержня 14, которое регистрируется измерительным прибором 17. Таким образом, ряд геометрических погрешностей станка можно обнаружить по смещению измерительного стержня, контактирующего с центром, при движении стола по круговой траектории.The methodology of using the device is based on measuring the deviation of the radius-vector of a circular path relative to a fixed center. When the table moves along a circular path, various geometric errors of the machine cause the table to deviate from the ideal circle. These deviations can lead to a deviation of the radius vector of this circle. Deviations of the radius vector materialize in the form of the displacement of the
Неподвижный центр материализуется вершиной конуса 15 оправки 16. Для устранения биения конуса 15 при вращении шпинделя станка конус необходимо обработать непосредственно на самом станке. Для выполнения испытания столу 2 станка сообщается движение круговой интерполяции (плоское движение по круговой траектории) с центром, лежащим на пересечении плоскости стола и оси шпинделя станка. Вместе со столом 2 станка перемещается опора 1, при этом корпус 3 поворачивается относительно шипа 4 опоры 1, так чтобы ось измерительного стержня 14 всегда пересекала ось шпинделя (была расположена строго по радиусу относительно центра круговой траектории). Этому способствует конструкция системы хомута. Поводок 21 закреплен в хомуте 20, так что он всегда направлен перпендикулярно оси шпинделя. Поводок 21 связан со стойкой 9 посредством кинематической пары только с поступательной степенью свободы. Поэтому при любом смещении стола поводок 21 вместе с хомутом 20 поворачивается на подшипнике 19, соответственно поворачивая корпус 3 со стойкой 9 относительно шипа 4, тем самым ориентируя измерительный стержень 14 строго радиально относительно центра круговой траектории. Измерительный стержень 14 постоянно поджимается к конической поверхности 15 оправки 14 с помощью внутренней пружины измерительного прибора 17. На точность измерений влияют трение и зазоры при перемещении измерительного стержня относительно направляющей. Для уменьшения этих факторов применяются направляющие качения между измерительным стержнем 14 и стойкой 9. Направляющие качения реализуются в виде шариков 13, которые расположены в три ряда в сепараторе 12. Устранение зазоров в направляющей достигается путем подтягивания гайки 11, при этом регулировочная втулка 10 затягивается внутрь конического отверстия стойки 9, деформируется в радиальном направлении и тем самым устраняет зазор между внутренним диаметром регулировочной втулки 10, шариками 13 и измерительным стержнем 14.The fixed center is materialized by the top of the
Порядок использования устройства при работе следующий.The procedure for using the device during operation is as follows.
1. Установить стол станка 2 (фиг. 1, фиг. 2) в среднее положение, т.е. так, чтобы центр стола находился в середине длины хода по каждой оси. Это положение является локальным нулем для программы измерения, то есть координаты этого положения стола должны быть занесены как смещения нуля по координатам X и Y, например под адресом G54. Такой способ позволяет запрограммировать движение по круговой траектории с радиусом lizm.1. Set the table of the machine 2 (Fig. 1, Fig. 2) in the middle position, ie so that the center of the table is in the middle of the stroke along each axis. This position is a local zero for the measurement program, that is, the coordinates of this table position should be entered as zero offsets at the X and Y coordinates, for example, under the address G54. This method allows you to program the movement along a circular path with a radius l izm .
2. Вставить в отверстие шпинделя станка хвостовик 22 оправки 16.2. Insert the
3. Сместить стол 2 по координате X на величину lizm 3. Move table 2 along the X coordinate by l izm
где lx - длина хода по наиболее короткой координате, s - величина запаса, зависит от возможности установки опоры.where l x is the stroke length along the shortest coordinate, s is the margin, depends on the possibility of installing the support.
Использование в качестве длины радиуса-вектора такой величины lizm позволяет проводить измерения с наибольшим возможным радиусом, что дает возможность выявления погрешностей на возможно большей длине хода.The use of such a value l izm as the length of the radius vector allows measurements with the largest possible radius, which makes it possible to detect errors over the largest possible stroke length.
4. Установить на стол станка устройство. Опора 1 обязательно должна базироваться по среднему пазу стола 2. Торец каретки 8 должен быть доведен до упора 23. Продеть поводок 21 в отверстие хомута 20. Довести измерительный стержень 14 до соприкосновения с конической поверхностью 15 оправки 16 перемещением по столу 2 опоры 1. Произвести начальную установку на нуль измерительного прибора 17 с натягом порядка 1 мм.4. Install the device on the machine table. The
5. Настроить устройство на необходимую длину измерения lizm. Для настройки размера, удерживая каретку 8 на месте, переместить корпус 3 вместе с опорой 1 на расстояние5. Set the device to the required measurement length l izm . To adjust the size, holding the
где l0 - начальное смещение, обусловленное конструкцией устройства. Размер можно выставить с помощью блока концевых мер 24. По окончании настройки каретка 8 закрепляется фиксатором, опора 1 закрепляется на столе 2 станка. Измерительный прибор 7 выставить на ноль.where l 0 is the initial displacement due to the design of the device. The size can be set using the block of end measures 24. At the end of the adjustment, the
6. Набрать в режиме MDI программу круговой интерполяции по часовой стрелке (G02), фиксируя показания измерительного прибора через равные интервалы траектории. Радиус, с которым производится перемещение, должен быть равен lizm, центр окружности будет находиться в точке, координаты X и Y которой зафиксированы по адресу G54. Кадр задания программы различается для разных систем ЧПУ. В системе ЧПУ SINUMERIK 840D кадр такого перемещения может выглядеть так6. In the MDI mode, dial the circular interpolation program clockwise (G02), recording the readings of the measuring device at equal intervals of the trajectory. The radius with which the movement is made must be equal to l izm , the center of the circle will be at the point whose X and Y coordinates are fixed at address G54. The program job block is different for different CNC systems. In the SINUMERIK 840D CNC system, a block of such a movement may look like this
G03G54G91AR=5RP=50F100.G03G54G91AR = 5RP = 50F100.
При этом будет выполнено движение по окружности радиусом 50 мм с обычной рабочей подачей порядка 100 мм/мин, с остановкой через каждые 5°.In this case, a circle movement with a radius of 50 mm will be performed with a normal working feed of about 100 mm / min, with a stop every 5 °.
В некоторых системах ЧПУ бывает невозможно программировать движение по дуге в полярных координатах в приращениях. В этом случае можно представить программу измерения в виде цикла с перемещениями в приращениях и функцией поворота координатной системы. Программный код для SINUMERIK802S может выглядеть такIn some CNC systems, it may not be possible to program arc motion in polar coordinates in increments. In this case, the measurement program can be represented as a cycle with displacements in increments and a rotation function of the coordinate system. Program code for SINUMERIK802S might look like this
(R10 - счетчик угла поворота, R11 - конечная координата по X, R12 - конечная координата по Y, R13=5° - угол поворота; значения переменных можно задавать заранее в соответствующей области управления);(R10 is the rotation angle counter, R11 is the final coordinate along X, R12 is the final coordinate along Y, R13 = 5 ° is the rotation angle; the values of the variables can be set in advance in the corresponding control area);
G17 G54 (указание адреса смещения координат);G17 G54 (indicating the address of the coordinate offset);
R10=0 (обнуление счетчика угла поворота);R10 = 0 (zeroing of the counter of an angle of rotation);
MARK2: (установка метки перехода, начинающего цикл);MARK2: (setting the label of the transition that starts the cycle);
IFR10>360 GOTOFMARK1 (сравнение счетчика угла поворота с полным оборотом, при его достижении выход из цикла);IFR10> 360 GOTOFMARK1 (comparison of the angle of rotation counter with a full revolution, when it reaches the end of the cycle);
R12=50*SIN(R13)(вычисление конечной координаты X);R12 = 50 * SIN (R13) (calculation of the final X coordinate);
R11=50*COS(R13) (вычисление конечной координаты Y);R11 = 50 * COS (R13) (calculation of the final Y coordinate);
G03 X=R11 Y=R12 CR=50 F100 (задание команды круговой интерполяции);G03 X = R11 Y = R12 CR = 50 F100 (assignment of the circular interpolation command);
M00 (останов программы для фиксации результатов);M00 (stop the program for fixing the results);
G259 RPL=R13 (поворот координатной системы);G259 RPL = R13 (rotation of the coordinate system);
R10=R10+R13 (увеличение счетчика угла поворота);R10 = R10 + R13 (increase in the counter of the angle of rotation);
GOTOBMARK2 (переход на начало цикла);GOTOBMARK2 (transition to the beginning of the cycle);
MARK1:М30 (конец программы);MARK1: M30 (end of program);
7. Включить отработку программы. После остановки движения, зафиксировать отклонение δrизм по измерительному прибору 17; отклонение δrпогр, вызванное погрешностями устройства, по измерительному прибору 7. Итоговое значение отклонения радиуса-вектора, с учетом компенсации погрешностей устройства:7. Turn on the development of the program. After stopping movement, lock the deviation δr edited by the measuring
8. Занести данные в MicrosoftExcel в виде таблицы, представленной на Фиг. 4, где θэ - абсолютный текущий угол поворота.8. Enter the data in MicrosoftExcel in the form of a table shown in FIG. 4, where θ e is the absolute current angle of rotation.
Возобновить отработку программы, повторяя эти действия до прохождения полной окружности.Resume the program, repeating these steps until the full circle.
9. Построить график отклонений δrэ в зависимости от угла θэ в полярной системе координат9. To plot a deviation δr e depending on the angle θ e in the polar coordinate system
θэ рассчитывается нарастающим итогом по значениям приращений угла.θ e is calculated on an accrual basis from the values of the increments of the angle.
По результатам измерений можно определить следующие геометрические погрешности станка.According to the measurement results, the following geometric errors of the machine can be determined.
1. Отклонение от круглости траектории круговой интерполяции. В качестве результата принимается наибольшее значение δrэ.1. Deviation from circularity of the trajectory of circular interpolation. As a result, the largest value of δr e is taken.
2. Погрешности позиционирования по осям координат.2. Positioning errors along coordinate axes.
Под погрешностями по осям координат понимаются погрешности, обусловленные как неточностью позиционирования по данной координате, так и непрямолинейностью траектории движения в горизонтальном направлении по перпендикулярной координате. Основной задачей процесса измерения является определение значений погрешностей, необходимых для последующей программной компенсации, поэтому вполне достаточно представление результирующей погрешности, без разделения ее на составляющие.Errors along the coordinate axes are understood to be errors due to both inaccuracy of positioning along a given coordinate and the indirectness of the trajectory of movement in the horizontal direction along the perpendicular coordinate. The main objective of the measurement process is to determine the values of the errors necessary for subsequent software compensation, therefore, it is quite sufficient to present the resulting error, without dividing it into its components.
Для ввода значений компенсации нужно, чтобы значения координаты, при которых вводятся значения компенсации, были равноотстоящими. Поэтому нужно значения компенсации брать не на равных приращениях угла θ, а на углах, соответствующих равномерным значениям координат. Для этого полученную зависимость δrэ=ƒ(θэ) необходимо представить в виде сплайнаTo enter compensation values, it is necessary that the coordinate values at which compensation values are entered are equally spaced. Therefore, compensation values need to be taken not at equal increments of the angle θ, but at angles corresponding to uniform coordinate values. For this, the obtained dependence δr e = ƒ (θ e ) must be represented as a spline
где r(θ) - радиус-вектор точек кривой, заданной сплайном; Bi(θ) - i-й базисный сплайн; Ri - радиус-вектор i-й контрольной точки.where r (θ) is the radius vector of the points of the curve specified by the spline; Bi (θ) - i-th basic spline; R i is the radius vector of the i-th control point.
Для аппроксимации экспериментальной кривой в виде сплайна можно воспользоваться программой Mathcad. Для решения этой задачи применяются кубические сплайны. Кубическая сплайн-интерполяция позволяет провести кривую через набор точек таким образом, что первые и вторые производные кривой непрерывны в каждой точке. Эта кривая образуется путем создания ряда кубических полиномов, проходящих через наборы из трех смежных точек. Кубические полиномы затем состыковываются друг с другом, чтобы образовать одну кривую. Для реализации вычислений используется функция Mathcadlspline(θэ, δrэ). Эта функция генерирует кривую сплайна, которая приближается к прямой линии в граничных точках, при этом формируется вектор коэффициентов вторых производных, который обозначается νs. В качестве аргументов выступают: θэ - значения углов поворота в цикле измерения, для расчета формируется матрица-столбец значений из графы θ таблицы (Фиг. 4); δrэ - значения погрешностей, соответствующих θэ, также формируется матрица-столбец из графы δr таблицы (Фиг. 4).To approximate the experimental curve in the form of a spline, you can use the Mathcad program. To solve this problem, cubic splines are used. Cubic spline interpolation allows you to draw a curve through a set of points so that the first and second derivatives of the curve are continuous at each point. This curve is formed by creating a series of cubic polynomials passing through sets of three adjacent points. The cubic polynomials are then joined together to form a single curve. To implement the calculations, the Mathcadlspline function (θ e , δr e ) is used. This function generates a spline curve, which approaches a straight line at the boundary points, and a vector of coefficients of the second derivatives is formed, which is denoted by νs. The arguments are: θ e - the values of the rotation angles in the measurement cycle, for the calculation a matrix is formed of a column of values from the column θ of the table (Fig. 4); δr e - error values corresponding to θ e ; a column matrix is also formed from the column δr of the table (Fig. 4).
Применение именно этой функции дает лучшее приближение к исходной зависимости, чем применение других функций интерполяции.The use of this particular function gives a better approximation to the initial dependence than the use of other interpolation functions.
Для дальнейшего расчета необходимо сформировать новый массив значений углов поворота θ, соответствующих равномерным значениям координат X и Y. Для этого, например, по оси X определяется диапазон значений (-lizm; lizm). Внутри диапазона формируется массив координат {Xi} с определенным значением шага tx.For further calculation, it is necessary to form a new array of values of the rotation angles θ corresponding to uniform values of the X and Y coordinates. For this, for example, a range of values is determined along the X axis (-l izm ; l izm ). An array of coordinates {Xi} is formed inside the range with a certain step value tx.
Далее рассчитываются углы поворота θ, соответствующие значениям массива {Xi}Next, the rotation angles θ corresponding to the values of the array {Xi} are calculated
Значения θ рассчитываются с учетом квадранта угла. Далее определяются значения погрешности при новых значениях угла θThe values of θ are calculated taking into account the quadrant of the angle. Next, the error values are determined for new values of the angle θ
где interp(νs, θэ, δrэ, θ) - функция, возвращающая значение сплайна при значениях в по исходным векторам X и Y и по коэффициентам сплайна νs.where interp (νs, θ e , δr e , θ) is a function that returns the spline value for values of in the initial vectors X and Y and in the spline coefficients νs.
Рассматривая малые приращения полярного угла θj, на каждом шаге j можно определить погрешности позиционирования по оси X при положительном направлении движенияConsidering small increments of the polar angle θ j , at each step j it is possible to determine the positioning errors along the X axis with a positive direction of movement
На интервале от 180 до 0° определяются погрешности позиционирования при отрицательном направлении движенияIn the range from 180 to 0 °, positioning errors are determined with a negative direction of movement
Аналогично определяются погрешности по оси Y.Similarly, the errors are determined along the Y axis.
По результатам расчетов можно определить параметры, которые можно внести в программу компенсации системы ЧПУ. Например, по оси Y программа компенсации для систем ЧПУ Sinumerik выглядит следующим образом (соответствующий график представлен на фиг. 3):According to the results of calculations, you can determine the parameters that can be entered in the compensation program of the CNC system. For example, along the Y axis, the compensation program for Sinumerik CNC systems is as follows (the corresponding graph is shown in Fig. 3):
MD:MM_ENC_COMP_MAXPOINTS[0,Y]=6 (устанавливается количество опорных точек компенсации в массиве {Yi});MD: MM_ENC_COMP_MAXPOINTS [0, Y] = 6 (the number of compensation reference points in the array {Yi} is set);
$AA_ENC_COMP_STEP[0,Y]=20 (устанавливается расстояние между опорными точками, равно шагу tx)$ AA_ENC_COMP_STEP [0, Y] = 20 (the distance between the control points is set, equal to the step tx)
$AA_ENC_COMP_M1N[0,Y]=-50 (устанавливается начальная точка по оси);$ AA_ENC_COMP_M1N [0, Y] = - 50 (sets the starting point along the axis);
%_N_EECDAT_EEC_INI (вводится таблица компенсаций);% _N_EECDAT_EEC_INI (compensation table is entered);
$AA_ENCCOMP_MAX[0, Y]=50 (устанавливается конечная точка по оси);$ AA_ENCCOMP_MAX [0, Y] = 50 (sets the end point along the axis);
$AA_ENC_COMP[0,0,Y]=0 (в дальнейших кадрах записываются значения компенсаций в опорных точках с соответствующими номерами, значения компенсаций определены по формулам)$ AA_ENC_COMP [0,0, Y] = 0 (in subsequent frames, the compensation values at the reference points with the corresponding numbers are recorded, the compensation values are determined by the formulas)
$AA_ENC_COMP[0,1,Y]=-37.207$ AA_ENC_COMP [0,1, Y] = - 37.207
$AA_ENC_COMP[0,2,Y]=-10.627$ AA_ENC_COMP [0,2, Y] = - 10.627
$AA_ENC_COMP[0,3,Y]=-8.017$ AA_ENC_COMP [0.3, Y] = - 8.017
$AA_ENC_COMP[0,4,Y]=-12.079$ AA_ENC_COMP [0.4, Y] = - 12.079
$AA_ENC_COMP[0,5,Y]=93.407$ AA_ENC_COMP [0.5, Y] = 93.407
M17 (конец подпрограммы задания таблицы компенсаций);M17 (end of the compensation table assignment routine);
3. Люфты в приводах подачи.3. Backlash in feed drives.
Как видно из фиг. 5, значения погрешностей в одной и той же опорной точке неодинаковы для различных направлений движения. Это объясняется наличием люфта в приводе подачи. Таким образом по результатам испытания люфт по оси можно определить как разность величин осевых погрешностей, например для оси X - ΔXj ↑ и ΔXj ↓, то есть ординат точек графиков погрешности позиционирования (фиг. 5) на одних и тех же опорных точках. По оси X значения люфта в опорной точке j можно найтиAs can be seen from FIG. 5, the values of the errors at the same reference point are not the same for different directions of motion. This is due to the presence of play in the feed drive. Thus, according to the test results, the play along the axis can be defined as the difference between the values of axial errors, for example, for the X axis - ΔXj ↑ and ΔXj ↓, that is, the ordinates of the points of the positioning error graphs (Fig. 5) at the same reference points. On the X axis, the play values at the reference point j can be found
Обрабатывая полученные данные, можно найти максимальнуюProcessing the data obtained, you can find the maximum
и среднюю величину люфта по осиand the average value of play along the axis
Среднюю величину можно занести в память системы ЧПУ для программной компенсации погрешности. Для систем ЧПУ Sinumerik эта величина заносится в системную переменную MD:BACKLASH.The average value can be stored in the memory of the CNC system for software error compensation. For Sinumerik CNC systems, this value is entered in the MD: BACKLASH system variable.
Аналогично определяются результаты по оси Y.Similarly, the results are determined along the Y axis.
Осуществление данного изобретения дает следующие результаты.The implementation of the present invention gives the following results.
1. Возможность измерения геометрических погрешностей станка с минимальной трудоемкостью за счет измерения выявляемых погрешностей за один рабочий проход движения по круговой траектории путем оценки смещения измерительного стержня измерительным прибором.1. The ability to measure geometric errors of the machine with minimal labor by measuring the detected errors in one working pass along a circular path by evaluating the displacement of the measuring rod with a measuring device.
2. Возможность компенсации геометрических погрешностей станка за счет представления результатов измерения в таком виде, который может быть пересчитан в величины, воспринимаемые программой компенсации системы ЧПУ станком.2. The ability to compensate for geometric errors of the machine by presenting the measurement results in a form that can be converted into values perceived by the program compensation program of the CNC machine.
3. Повышение точности измерения:3. Improving measurement accuracy:
a) за счет контакта между измерительным стержнем и оправкой в точке, что снижает влияние их погрешностей изготовления на точность измерения;a) due to the contact between the measuring rod and the mandrel at the point, which reduces the influence of their manufacturing errors on the measurement accuracy;
b) за счет компенсации погрешностей изготовления цилиндрического шарнира с помощью второго измерительного прибора;b) by compensating for errors in the manufacture of the cylindrical joint using a second measuring device;
c) за счет применения направляющих качения измерительного стержня и подшипника качения в цилиндрическом шарнире, что снижает трение в этих соединениях и снижает погрешности, связанные с трением.c) through the use of rolling guides of the measuring rod and the rolling bearing in a cylindrical joint, which reduces friction in these joints and reduces the errors associated with friction.
4. Возможность эффективного применения данного устройства на различных станках с разной длиной хода за счет регулирования положения измерительного стержня с измерительным прибором относительно цилиндрического шарнира, что дает возможность проводить измерения с оптимальным для каждого станка радиусом измерения, что, в свою очередь, позволяет наиболее полно выявить действующие на данном станке погрешности.4. The ability to effectively use this device on various machines with different stroke lengths by adjusting the position of the measuring rod with the measuring device relative to the cylindrical hinge, which makes it possible to carry out measurements with the optimal measurement radius for each machine, which, in turn, allows you to most fully identify errors on this machine.
Таким образом, данное устройство позволяет измерять геометрические погрешности станков с ЧПУ фрезерного типа с высокой точностью и минимальной трудоемкостью для их последующей программной компенсации.Thus, this device allows you to measure the geometric errors of milling CNC machines with high accuracy and minimal labor for their subsequent software compensation.
Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.The present invention satisfies the criteria of novelty, since when determining the level of technology, no means have been found that have characteristics that are identical (that is, matching the functions performed by them and the form in which these signs are performed) to all the signs listed in the claims, including the purpose of the application.
Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.The present invention has an inventive step, because it has not been identified technical solutions having features that match the distinguishing features of this invention, and not known the influence of distinctive features on the specified technical result.
Заявленное техническое решение можно реализовать в машиностроении, в технологических процессах обработки резанием, для повышения точности обработки на металлорежущих станках.The claimed technical solution can be implemented in mechanical engineering, in technological processes of machining, to increase the accuracy of processing on metal cutting machines.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент США №5052115, 04.10.1991. Melvyn Burdekin. Accuracy testing device // Патент США US 5052115 A.1. US patent No. 5052115, 04.10.1991. Melvyn Burdekin. Accuracy testing device // US Patent US 5052115 A.
2. Патент США №386666, 03.06.1975. Charles Н. Thompson, Fred W. Jones. Apparatus for measuring tool path accuracy // Патент США US 386666.2. US Patent No. 386666, 06/03/1975. Charles N. Thompson, Fred W. Jones. Apparatus for measuring tool path accuracy // US Patent US 386666.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106250A RU2641939C2 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106250A RU2641939C2 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016106250A RU2016106250A (en) | 2017-08-29 |
RU2641939C2 true RU2641939C2 (en) | 2018-01-23 |
Family
ID=59798760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016106250A RU2641939C2 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2641939C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193364U1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-10-28 | Ростовский вертолётный производственный комплекс, Публичное акционерное общество "Роствертол" имени Б.Н. Слюсаря | Device for controlling the movement of the table of a grinding machine |
RU2705051C1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-11-01 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of adjusting cnc machine for processing complex contours of surfaces |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3886666A (en) * | 1973-07-20 | 1975-06-03 | Us Energy | Apparatus for measuring tool path accuracy |
SU1301647A1 (en) * | 1985-07-12 | 1987-04-07 | Предприятие П/Я А-7650 | Apparatus for automatic correction of dimensional setting of n/c multitool lathes |
US5841668A (en) * | 1996-11-29 | 1998-11-24 | Snu Precision Co., Ltd. | Method of assessing three dimensional volumetric errors in multiaxis machine tools |
EP1549459A2 (en) * | 2002-10-11 | 2005-07-06 | Fidia S.P.A. | System and process for measuring, compensating and testing numerically controlled machine tool heads and/or tables |
RU2320457C2 (en) * | 2005-11-30 | 2008-03-27 | Московский государственный открытый университет (МГОУ) | Method for evaluating state and position of cutting edges of one-blade, built-up multi-blade and axial tools |
RU2559611C2 (en) * | 2012-04-05 | 2015-08-10 | ФИДИА С.п.А. | Error correction device for cnc machines |
-
2016
- 2016-02-24 RU RU2016106250A patent/RU2641939C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3886666A (en) * | 1973-07-20 | 1975-06-03 | Us Energy | Apparatus for measuring tool path accuracy |
SU1301647A1 (en) * | 1985-07-12 | 1987-04-07 | Предприятие П/Я А-7650 | Apparatus for automatic correction of dimensional setting of n/c multitool lathes |
US5841668A (en) * | 1996-11-29 | 1998-11-24 | Snu Precision Co., Ltd. | Method of assessing three dimensional volumetric errors in multiaxis machine tools |
EP1549459A2 (en) * | 2002-10-11 | 2005-07-06 | Fidia S.P.A. | System and process for measuring, compensating and testing numerically controlled machine tool heads and/or tables |
RU2320457C2 (en) * | 2005-11-30 | 2008-03-27 | Московский государственный открытый университет (МГОУ) | Method for evaluating state and position of cutting edges of one-blade, built-up multi-blade and axial tools |
RU2559611C2 (en) * | 2012-04-05 | 2015-08-10 | ФИДИА С.п.А. | Error correction device for cnc machines |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705051C1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-11-01 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of adjusting cnc machine for processing complex contours of surfaces |
RU193364U1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-10-28 | Ростовский вертолётный производственный комплекс, Публичное акционерное общество "Роствертол" имени Б.Н. Слюсаря | Device for controlling the movement of the table of a grinding machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016106250A (en) | 2017-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10209107B2 (en) | Geometric error identification method of multi-axis machine tool and multi-axis machine tool | |
US7530878B2 (en) | Grinding machine with a concentricity correction system | |
JP6955296B2 (en) | Cutting equipment and contact position identification program | |
KR20080018114A (en) | Method of machining crankshaft, device of machining crankshaft, control device and program | |
JP2016083729A (en) | Geometric error identification system, and geometric error identification method | |
JP5897891B2 (en) | Machine Tools | |
JP2020196051A (en) | Position measurement method and position measurement system for machine tool object | |
RU2641939C2 (en) | Device of determination of geometric errors in motion trajectory of milling-machine table with computer numerical control | |
EP1803530A2 (en) | Tool displacement controlling and correcting device for machine tool | |
Tsutsumi et al. | Evaluation of synchronous motion in five-axis machining centers with a tilting rotary table | |
Miura et al. | Design of high-precision ball screw based on small-ball concept | |
US11338407B2 (en) | Error measurement method for machine tool and machine tool | |
JP2001030141A (en) | Thin pipe machining method and its device | |
US20230152772A1 (en) | Positional relationship measurement method and machining apparatus | |
US20090050782A1 (en) | Guiding device with measuring scale for guiding a moveable machine element of a machine | |
JP7074381B2 (en) | Cutting equipment | |
JP2018027599A (en) | Method for correcting machining error of machine tool | |
JP7285595B2 (en) | Contact detection method and processing device | |
CN215616708U (en) | Universal joint machine tool benchmark positioner | |
JP2019104082A (en) | Nc grinding device and method of grinding workpiece | |
TW202218794A (en) | Processing machine and production method for object subject to processing | |
EP0925146B1 (en) | Improvements in and relating to workpiece grinding | |
WO2024053127A1 (en) | Contact position detecting method, and machining device | |
CN105666325A (en) | Taper measuring method and device, internal grinding machine and external grinding machine | |
US20140130360A1 (en) | Axially positioning a rotating article |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180225 |