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目前,数控机床软件误差补偿技术因其极高的性能价格比,逐步发展成为提高机床加工精度的主要方法,但是这种方法目前仍处于实验室阶段,难于获得工业应用,现在大部分可获得的补偿系统是应用于CNC机床上,使用一台外部安装的PC机来完成数据采集和误差建模及补偿任务,而补偿值则通过接口反馈到机床的CNC系统,价格相对较高,尤其是相对于我国大部分生产企业而言,急需的是在功能上满足生产需要,价格又相对较低的设备。
基于上述原因,本课题针对三坐标数控机床,开发了一种基于廉价单片机的误差补偿器,补偿器的功能是取代PC机来实现误差补偿,从而提高机床的加工精度。
首先,本文以多体系统理论为基础,通过对机床抽象、总结和运动模型的分析,建立了考虑几何误差情况下的机床运动模型。并针对本文的实验对象ZK7640三坐标铣床给出了具体的建模过程,推导了考虑几何误差情况下实现精密加工条件的约束方程。同时描述了运用九线法对机床误差参数的辨识方法。
其次,阐述了误差补偿器的总体设计方案,在此基础上确定了补偿器所需要的主要元器件并进行了详细的阐述,主要介绍了相关部分的硬件电路,最终完成了原理图的设计,并在此基础上,绘制印刷电路板PCB,同时对设计中相应的重点知识如元器件的封装、布局和布线等进行介绍,对PCB设计中抗干扰技术进行了经验性的总结。
再次,详细阐述了单片机系统软件的设计原则、开发流程以及本课题所采用的软件开发环境Keil C51。从软件的角度介绍了系统的实现过程,采用C语言设计单片机软件,给出了本系统的主程序、各主要功能模块的程序流程图和部分程序代码。从软件角度提出了一些抗干扰性措施并实施到软件编写过程中去,以进一步提高系统的抗干扰性能。
最后,对误差补偿器进行调试,包括单片机硬件电路系统的静态调试、单片机应用程序软件的仿真调试、补偿器与PC机通信功能以及补偿功能的调试,从而验证本方法的正确性和有效性。