测量装置

机床几何误差的自动测量与补偿技术

发布时间:2023/11/30 14:22:29   
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对于测量仪器和机床来说,几何精度是一个关键的性能指标。目前,三坐标测量机的数字补偿已经建立和完善,在机床领域,除了机械精度的不断提高,数字补偿的应用也越来越多。本文综述了机床几何误差的有效测量方法和数字误差补偿。本文分析了不同误差映射方法的不确定性和应用特点,重点阐述了制造机床在使用数字补偿时面临的挑战。基于技术和市场的发展,展望了数字补偿的未来前景。1导言现在3-5轴机床和测量仪器应用广泛,从汽车到航空航天,从日用品到医药产品,所有制造业在现代生产领域都不可或缺。产品个性化和生产批量更小的发展趋势提升了机床柔性在生产中的重要性。生产单位制造的情况越来越多,而不是依靠专用机床,因为它可以满足多样化和多种多样的产品制造的需要。年世界机床市场估计为亿美元,比年增长18%。对于现代生产单位来说,主要的性能指标是制造高精度零件的能力。这只能通过受控和明确的制造过程来实现。对于一个控制良好的生产过程,机床良好的可重复性是一个必要的要求。而被加工零件的高几何精度可以借助于测量和检测零件形成的反馈闭环系统来获得,也可以借助于机床的精确标定来实现。由于产品生命周期短和小批量生产的现状,增强了机床绝对精度的重要性。短生产周期不允许产品质量的反复迭代优化。英国的McKeown教授给出了一个术语“质量精度”,用来定义机床制造精确三维形状的能力。当采用新的生产程序或改变生产程序时,由于“体积精度”的提高,可以将增加的支出降到最低。而机床坐标测量机的“质量精度”必须通过精确的、可溯源的测量来保证。获得的信息可以用来指示机床的特性,或者可以使用数字补偿来提高精度。为了实现误差映射和后续的几何误差补偿,有必要了解机床和校准程序中几何误差的来源和作用。在20世纪,许多生产研究机构在质量校准领域做了大量杰出的工作,CIRP在这一研究领域也做出了许多贡献。2几何误差源而机床坐标测量机的精度受很多误差源的影响。这些误差源可能引起机床结构链中零件的几何变化。根据美国ANSI和ASME标准,结构链定义为机床部件的装配组合,这些部件中的特定对象保持相对位置关系。对于机床来说,结构链包括主轴、轴承、箱体、导轨和框架、驱动装置、工具附件和工件安装夹具等。由于这些结构链中部件的几何变化,致动器终端相对于工件的实际位置和方位将不同于其标称位置和方位,从而导致相应的方位和位置误差。位置和方向误差的大小取决于机床结构链中不同误差源的灵敏度。以下是影响终端致动器的相对位置和方向精度的主要误差源:运动误差、热机械误差、负载、动态力、运动控制装置和控制软件。精密仪器和精密机床中的许多零件都会影响最终的精度。由于上述因素造成的偏差,每个分量都会对总精度产生影响。虽然在实践中,这些因素之间的相互作用会对整个系统的行为产生重要影响,但本文只

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