海德漢二維編碼器KGM 282

機床的運動精度決定著機床的工作性能。因此對于高精度加工，必須測量和根據需要補償位置偏差。然而，現代化機床的大加速度運動也意味著動態輪廓偏差的影響越來越大。海德漢的全新KGM 282二維編碼器支持對這兩類偏差的測量。

加工區小的機床最適用于生產高精度零件，例如手表和光學器械零件。高剛性和幾乎沒有振動是其中的原因。機床校準可以發現機床的精度程度。但為滿足不斷提高的精度要求，需要使用新校準方法。這是傳統的點測量方法現在被高精度的機床加工區空間測量方法所取代的原因，新方法是用二維編碼器測量。

海德漢的全新KGM 282二維編碼器（圖1）測量機床的位置和輪廓偏差。一方面，X軸和Z軸高達±1 µm的光柵尺精度能用極高的精度校準機床運動特性。另一方面，KGM 282的信號周期只有4 µm。而且是非接觸式測量，這種方法在檢測機床動態性能中可以達到極高精度。

圖1：KGM 282，直徑230 mm

當然，夾具不能影響精度。為此，海德漢重新設計了在工作臺上的固定方法。三點底座隔離安裝機構和工作臺上沿Z軸方向測量的支撐。這樣，工作臺面上的任何污染可能影響本體，但不影響二維編碼器的支撐。而在X軸方向，連接剛性不同于上一代的KGM 181。因此，如果對工作臺運動速度極高的機床進行校準，應使用KGM 181二維編碼器。

提高空間精度

如與海德漢TNC 640數控系統的校準循環一起使用，KGM 282二維編碼器顯著提高3軸運動的空間精度。在對加工區空間尺寸為200 mm x 200 mm x 200 mm的機床（圖2）測試中，KGM 282與TNC 640數控系統的定制軟件一起將空間偏差減小到2 µm以下。所用的特殊軟件需要機床制造商與海德漢間的密切配合。因此，只能針對特定項目提供該服務。而且，該校準方法只適用于具有較高重復精度的機床軸。必須使用最新的海德漢LC系列直線光柵尺，或LF系列直線光柵尺（更高精度）。

圖2：Y軸和Z軸平面的測量裝置

測試中，測量在需校準的空間中的6個測量面中進行。執行圓弧運動并用軟件測量偏差。偏差測量值再轉換成基于模型的修正數據并將數據導入到TNC 640系統中。校準循環執行后和數據導入到數控系統后，在所有平面中再次進行測量，以校驗測量結果。圖3和圖4顯示校準前和校準后的空間偏差。機床精度的提高明顯超出預期。

 圖3：3軸校準的運動行程測量

圖4：用KGM 282校準前（左）和校準后（右）的空間誤差圖

提高動態精度

進給軸的大加速度運動必然導致機床的俯仰運動。根據機床結構的不同，刀具中心點的位置誤差限制了動態性能。（圖5）顯示這些俯仰運動通常由部分橫向運動和部分垂直運動組成。

圖5：大加速度運動時進給軸的俯仰運動

從首先銑削圓臺，然后銑削其下的矩形輪廓可見俯仰運動的結果是工件的輪廓偏差。在矩形與圓弧輪廓重合的部位可見一個小平面，這就是輪廓偏差（圖6的右圖和圖7）。

圖6：矩形輪廓上疊加圓弧輪廓的測試件：左圖為用CTC功能加工，右圖為未用CTC功能加工，圓弧輪廓被部分銑削

圖7：未用CTC功能銑削時，名義輪廓與實際輪廓間的偏差

海德漢TNC 640數控系統的動態高精功能是一系列進給軸大加速度運動時保持加工精度的功能。它能用高速進給加工復雜工件。其功能之一是關聯軸補償（CTC）或根據加速度補償位置誤差。該功能可以有效補償以上俯仰運動，在測試件銑削中使用該功能后，圓弧與矩形之間無可見偏差（圖6的左圖）。補償所需的數據來自用KGM 282二維編碼器在機床制造商處對機床或對系列機床的測量。

結論

除高精度機械系統外，達到極高機床精度的關鍵是機床中的編碼器、機床數控系統以及校準應用的測量系統。在所有這些領域，海德漢都提供高精度加工所需的技術：

■ 機床的直線光柵尺和角度編碼器不僅精度高，而且重復精度高。其動態特性允許測量方向上的高速運動和大加速度運動。這些編碼器不僅適用于傳統的高動態進給軸，也適用于直接驅動。

■TNC 640數控系統能保證在高加工速度時達到高精度和高表面質量。優化設計的運動控制、有效的加加速控制和輪廓的動態預讀等功能是其中的關鍵。

■ VM182等比較儀系統和KGM 282二維編碼器采集機床的動態與靜態偏差數據。因此，能直接檢測機床精度。

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