第6章 在線檢測與誤差補(bǔ)償技術(shù)

1、主講教師：李頌華主講教師：李頌華Precision and ultraprecision machiningPrecision and ultraprecision machining6.1 6.1 概述概述 6.2 6.2 在線檢測與誤差補(bǔ)償方法在線檢測與誤差補(bǔ)償方法 6.3 6.3 微位移技術(shù)微位移技術(shù) 依靠所用機(jī)床來保證依靠所用機(jī)床來保證，機(jī)床的精度高于所要求的機(jī)床的精度高于所要求的精度，通過購買或研制精密機(jī)床來達(dá)到目的精度，通過購買或研制精密機(jī)床來達(dá)到目的即：即：所謂所謂“蛻化蛻化”原則，或稱原則，或稱“母性母性”原則。原則。機(jī)機(jī)床精度要高于工件要求的精度。床精度要高于工件要求的精度。

2、 一般零件的加工選用一般零件的加工選用普通機(jī)床普通機(jī)床；超精密零件超精密零件的加工選用的加工選用超精密機(jī)床超精密機(jī)床。該途徑技術(shù)難度大、耗該途徑技術(shù)難度大、耗資巨大，甚至不可能達(dá)到。資巨大，甚至不可能達(dá)到。一、保證零件加工精度的途徑一、保證零件加工精度的途徑 在機(jī)床精度較低的機(jī)床上，利用誤差補(bǔ)償技術(shù)提高加在機(jī)床精度較低的機(jī)床上，利用誤差補(bǔ)償技術(shù)提高加工精度工精度即：即：所謂所謂“進(jìn)化進(jìn)化”原則，或稱原則，或稱“創(chuàng)造性創(chuàng)造性”原則原則，先天不足后天補(bǔ)。，先天不足后天補(bǔ)。近年來，該原則日益受到重近年來，該原則日益受到重視，各國發(fā)展很快視，各國發(fā)展很快。 在精度比工件要求較低的機(jī)床上，利用在精度比工

3、件要求較低的機(jī)床上，利用誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償技術(shù)技術(shù)，提高加工精度，使加工精度比機(jī)床原有精度高，提高加工精度，使加工精度比機(jī)床原有精度高 誤差的隔離和消除誤差的隔離和消除，找出誤差源，采取措施使誤差，找出誤差源，采取措施使誤差少產(chǎn)生或不產(chǎn)生。少產(chǎn)生或不產(chǎn)生。 誤差補(bǔ)償技術(shù)誤差補(bǔ)償技術(shù)。鈍化、抵消、均勻化、修正、校正鈍化、抵消、均勻化、修正、校正誤差，使誤差減小誤差，使誤差減小。在超精密加工中，誤差補(bǔ)償技。在超精密加工中，誤差補(bǔ)償技術(shù)已成為提高加工精度的重要手段。術(shù)已成為提高加工精度的重要手段。提高現(xiàn)有設(shè)備加工精度的途徑提高現(xiàn)有設(shè)備加工精度的途徑二、加工精度的檢測二、加工精度的檢測l 離線檢測離線檢

4、測l 在位檢測在位檢測l 在線檢測在線檢測也稱主動檢測或動態(tài)檢測也稱主動檢測或動態(tài)檢測 加工后，從機(jī)床上取下工件，進(jìn)行檢測加工后，從機(jī)床上取下工件，進(jìn)行檢測只能檢測加工后的結(jié)果，不能反映加工過程誤差的只能檢測加工后的結(jié)果，不能反映加工過程誤差的變化。變化。檢測條件好，測量精度高。檢測條件好，測量精度高。檢測后發(fā)現(xiàn)不合格，需重新安裝，會產(chǎn)生定位基準(zhǔn)檢測后發(fā)現(xiàn)不合格，需重新安裝，會產(chǎn)生定位基準(zhǔn)誤差。誤差。離線檢測離線檢測 加工后，在機(jī)床上不卸下工件進(jìn)行檢測加工后，在機(jī)床上不卸下工件進(jìn)行檢測測量儀器需要安裝在機(jī)床上，檢測條件不好。測量儀器需要安裝在機(jī)床上，檢測條件不好。只能檢測加工后的結(jié)果，不能反映

5、加工過程誤差的只能檢測加工后的結(jié)果，不能反映加工過程誤差的變化。變化。檢測后發(fā)現(xiàn)不合格，可進(jìn)行返修，無須重新安裝，檢測后發(fā)現(xiàn)不合格，可進(jìn)行返修，無須重新安裝，可免除重新安裝后所產(chǎn)生的定位基準(zhǔn)誤差。可免除重新安裝后所產(chǎn)生的定位基準(zhǔn)誤差。在位檢測在位檢測 加工過程中同時(shí)進(jìn)行檢測加工過程中同時(shí)進(jìn)行檢測能連續(xù)檢測加工過程中誤差的變化，了解誤差的分布和發(fā)展，能連續(xù)檢測加工過程中誤差的變化，了解誤差的分布和發(fā)展，為誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件。為誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件。檢測結(jié)果能反映實(shí)際加工情況，費(fèi)用高。檢測結(jié)果能反映實(shí)際加工情況，費(fèi)用高。測量儀器需要安裝在機(jī)床上，檢測條件不好。測量儀器需要安裝在機(jī)床上，檢測條件不好。會受

6、到加工過程條件的限制，如：傳感器的安裝、冷卻液、切會受到加工過程條件的限制，如：傳感器的安裝、冷卻液、切屑狀況等。屑狀況等。大多采用非接觸傳感器，如：激光檢測，一般都是自動進(jìn)行。大多采用非接觸傳感器，如：激光檢測，一般都是自動進(jìn)行。在線檢測在線檢測l 直接檢測系統(tǒng)直接檢測系統(tǒng)：直接檢測工件的加工誤差，并補(bǔ)償：直接檢測工件的加工誤差，并補(bǔ)償l 間接檢測系統(tǒng)間接檢測系統(tǒng)：檢測產(chǎn)生加工誤差的誤差源，并補(bǔ)償：檢測產(chǎn)生加工誤差的誤差源，并補(bǔ)償在線檢測類型在線檢測類型三、誤差補(bǔ)償技術(shù)三、誤差補(bǔ)償技術(shù)1. 誤差補(bǔ)償概念誤差補(bǔ)償概念 在機(jī)械加工中出現(xiàn)的誤差采用在機(jī)械加工中出現(xiàn)的誤差采用修正、抵消、均化、修正、

7、抵消、均化、“鈍化鈍化”等措施使誤差減小或消除。等措施使誤差減小或消除。誤差修正誤差修正（校正）：指對測量、計(jì)算、預(yù)測所得的誤（校正）：指對測量、計(jì)算、預(yù)測所得的誤差進(jìn)行修正（校正差進(jìn)行修正（校正) )；誤差分離誤差分離：指從綜合測量所得的誤差中分離出所需的：指從綜合測量所得的誤差中分離出所需的單項(xiàng)誤差；單項(xiàng)誤差；誤差抵消誤差抵消：指兩個(gè)或更多個(gè)誤差的相互抵消；：指兩個(gè)或更多個(gè)誤差的相互抵消；誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償：對一尺寸、形狀、位置差值的補(bǔ)足。：對一尺寸、形狀、位置差值的補(bǔ)足。修正法修正法 如圖，為了提高絲如圖，為了提高絲杠車床的螺距精度，杠車床的螺距精度，通過杠桿將修正尺和通過杠桿將修正尺和母

8、絲杠的螺母連接。母絲杠的螺母連接。修正尺上的修正曲線修正尺上的修正曲線使母絲杠的螺母作附使母絲杠的螺母作附加微小轉(zhuǎn)動，從而使加微小轉(zhuǎn)動，從而使刀架產(chǎn)生附加微小位刀架產(chǎn)生附加微小位移來補(bǔ)償母絲杠的螺移來補(bǔ)償母絲杠的螺距誤差。距誤差。抵消法抵消法 如圖，為了提高如圖，為了提高絲杠車床主軸的回轉(zhuǎn)絲杠車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，在裝配時(shí)人為精度，在裝配時(shí)人為地選擇前后軸承的偏地選擇前后軸承的偏心量和偏心方向。心量和偏心方向。 若選擇前軸承的若選擇前軸承的偏心量小于后軸承的偏心量小于后軸承的偏心量，且兩者的偏偏心量，且兩者的偏心在同方向，則可將心在同方向，則可將偏心誤差抵消一部分，偏心誤差抵消一部分，從而提高了

9、主軸的回從而提高了主軸的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)精度。均化法均化法 多齒分度盤是采用四點(diǎn)易位對角研磨法對上下兩個(gè)齒盤進(jìn)多齒分度盤是采用四點(diǎn)易位對角研磨法對上下兩個(gè)齒盤進(jìn)行最終加工。上齒盤上下運(yùn)動與下齒盤產(chǎn)生研磨運(yùn)動。上齒盤行最終加工。上齒盤上下運(yùn)動與下齒盤產(chǎn)生研磨運(yùn)動。上齒盤以正傳以正傳180180后翻轉(zhuǎn)后翻轉(zhuǎn)9090的順序轉(zhuǎn)位，其位置為的順序轉(zhuǎn)位，其位置為0 0-180-180- -9090-270-270-180-180-360-360-270-270-90-90-0-0，八次一個(gè)循環(huán)，八次一個(gè)循環(huán)，一次循環(huán)后，上齒盤相對下齒盤轉(zhuǎn)動一個(gè)齒，再進(jìn)行下一個(gè)循一次循環(huán)后，上齒盤相對下齒盤轉(zhuǎn)動一個(gè)齒，再進(jìn)行下

10、一個(gè)循環(huán)，直至全部齒轉(zhuǎn)完。該研磨方式可使齒距誤差充分均勻，得環(huán)，直至全部齒轉(zhuǎn)完。該研磨方式可使齒距誤差充分均勻，得到很高的分度精度。到很高的分度精度。鈍化法鈍化法 在車削加工時(shí)，由于導(dǎo)軌在垂直面上的縱向直線度會造成刀在車削加工時(shí)，由于導(dǎo)軌在垂直面上的縱向直線度會造成刀尖中心高位置的變化，影響工件的加工精度。尖中心高位置的變化，影響工件的加工精度。 a a圖為刀具安裝在水平位置，若刀尖位置下降圖為刀具安裝在水平位置，若刀尖位置下降h h值時(shí)，工件在半值時(shí)，工件在半徑上尺寸會增大徑上尺寸會增大 ；（誤差遲鈍方向）；（誤差遲鈍方向） b b圖為刀具安裝在垂直位置，若刀尖位置下降圖為刀具安裝在垂直位置

11、，若刀尖位置下降h h值時(shí)，工件在半值時(shí)，工件在半徑上尺寸會增大徑上尺寸會增大 。（誤差敏感方向）。（誤差敏感方向）hRhR 可見，誤差補(bǔ)償?shù)男问交蚍椒òǎ嚎梢姡`差補(bǔ)償?shù)男问交蚍椒òǎ赫`差誤差的修正、校正、抵消、均勻化、鈍化、分的修正、校正、抵消、均勻化、鈍化、分離等離等。加工過程中，實(shí)施進(jìn)行誤差補(bǔ)償，即：在線檢測誤差補(bǔ)償，加工過程中，實(shí)施進(jìn)行誤差補(bǔ)償，即：在線檢測誤差補(bǔ)償，也也稱動態(tài)誤差補(bǔ)償。特點(diǎn)：稱動態(tài)誤差補(bǔ)償。特點(diǎn)：誤差補(bǔ)償精度高；誤差補(bǔ)償精度高；不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，而且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差；不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，而且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差；補(bǔ)償技術(shù)復(fù)雜，難度大；補(bǔ)償技術(shù)復(fù)雜，難度大；實(shí)施

12、費(fèi)用高。實(shí)施費(fèi)用高。2. 誤差補(bǔ)償?shù)念愋驼`差補(bǔ)償?shù)念愋停? 1）實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償）實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償 實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償（在線檢測誤差補(bǔ)償或動態(tài)誤差補(bǔ)償）：加（在線檢測誤差補(bǔ)償或動態(tài)誤差補(bǔ)償）：加工過程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行誤差檢測，并緊接著進(jìn)行誤差補(bǔ)償，不僅工過程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行誤差檢測，并緊接著進(jìn)行誤差補(bǔ)償，不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差?？梢匝a(bǔ)償系統(tǒng)誤差，且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差。 非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償，也稱靜態(tài)誤差補(bǔ)償非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償，也稱靜態(tài)誤差補(bǔ)償特點(diǎn)：特點(diǎn)：只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，不能補(bǔ)償隨機(jī)誤差。只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，不能補(bǔ)償隨機(jī)誤差。18（2 2）軟件與硬件誤差補(bǔ)償）軟件與硬件誤差補(bǔ)償 軟件

13、補(bǔ)償軟件補(bǔ)償：通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，：通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動指令，由數(shù)控伺服系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動作。軟件與發(fā)出運(yùn)動指令，由數(shù)控伺服系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動作。軟件與硬件補(bǔ)償?shù)膮^(qū)分是硬件補(bǔ)償?shù)膮^(qū)分是看補(bǔ)償信息是由軟件還是硬件產(chǎn)生的看補(bǔ)償信息是由軟件還是硬件產(chǎn)生的。軟。軟件補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)性能好，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、工作方便可靠。件補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)性能好，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、工作方便可靠。通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動指令，通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動指令，由數(shù)控系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動作由數(shù)控系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動作。特點(diǎn)：。特點(diǎn)：動態(tài)性好，響

14、應(yīng)快，補(bǔ)償可隨工作狀態(tài)的變化而即時(shí)變化。動態(tài)性好，響應(yīng)快，補(bǔ)償可隨工作狀態(tài)的變化而即時(shí)變化。補(bǔ)償信息通過計(jì)算機(jī)完成，一般是數(shù)控系統(tǒng)。補(bǔ)償信息通過計(jì)算機(jī)完成，一般是數(shù)控系統(tǒng)。補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作方便可靠。補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作方便可靠。 硬件誤差補(bǔ)償：硬件誤差補(bǔ)償：補(bǔ)償信息是由硬件產(chǎn)生補(bǔ)償信息是由硬件產(chǎn)生 特點(diǎn)：特點(diǎn)：只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。（3 3）單項(xiàng)與綜合誤差補(bǔ)償）單項(xiàng)與綜合誤差補(bǔ)償 綜合誤差補(bǔ)償綜合誤差補(bǔ)償是同時(shí)補(bǔ)償幾項(xiàng)誤差，比單項(xiàng)誤差是同時(shí)補(bǔ)償幾項(xiàng)誤差，比單項(xiàng)誤差補(bǔ)償要復(fù)雜，但效率高、效果好。補(bǔ)償要復(fù)雜，但效率高、效果好。（4 4）單維與多維誤差補(bǔ)償）單維與多維誤差補(bǔ)償

15、多維誤差補(bǔ)償多維誤差補(bǔ)償是在多坐標(biāo)上進(jìn)行誤差補(bǔ)償，難度是在多坐標(biāo)上進(jìn)行誤差補(bǔ)償，難度和工作量都比較大，是近幾年來發(fā)展起來的誤差補(bǔ)償和工作量都比較大，是近幾年來發(fā)展起來的誤差補(bǔ)償技術(shù)。技術(shù)。3. 誤差補(bǔ)償過程誤差補(bǔ)償過程1 1）反復(fù)檢測出現(xiàn)的誤差并分析，找出規(guī)律，找出影）反復(fù)檢測出現(xiàn)的誤差并分析，找出規(guī)律，找出影響誤差的主要因素，響誤差的主要因素，確定誤差項(xiàng)目確定誤差項(xiàng)目。2 2）進(jìn)行誤差信號的處理，去除干擾信號，分離不需）進(jìn)行誤差信號的處理，去除干擾信號，分離不需要的誤差信號，要的誤差信號，找出工件加工誤差與在補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)找出工件加工誤差與在補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償量之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型償量之間的

16、關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。3 3）選擇或設(shè)計(jì)合適的誤差補(bǔ)償）選擇或設(shè)計(jì)合適的誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便在補(bǔ)償點(diǎn)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償運(yùn)動。以便在補(bǔ)償點(diǎn)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償運(yùn)動。4 4）驗(yàn)證誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?，進(jìn)行必要的調(diào)試，保證達(dá)）驗(yàn)證誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?，進(jìn)行必要的調(diào)試，保證達(dá)到預(yù)期要求。到預(yù)期要求。1 1）誤差信號的檢測）誤差信號的檢測2 2）誤差信號的處理）誤差信號的處理3 3）誤差信號的建模）誤差信號的建模建模是找出工件建模是找出工件加工誤差加工誤差與在補(bǔ)償與在補(bǔ)償作用點(diǎn)上作用點(diǎn)上補(bǔ)償控制量補(bǔ)償控制量之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。4 4）補(bǔ)償控制）補(bǔ)償控制根據(jù)所建立的誤差模型和實(shí)際加工根據(jù)所建立的誤差模

17、型和實(shí)際加工過程，用計(jì)算機(jī)計(jì)算欲補(bǔ)償?shù)恼`差過程，用計(jì)算機(jī)計(jì)算欲補(bǔ)償?shù)恼`差值，輸出補(bǔ)償控制量。值，輸出補(bǔ)償控制量。5 5）補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)）補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)多用微進(jìn)給機(jī)構(gòu)完成。補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)多用微進(jìn)給機(jī)構(gòu)完成。1 12 23 34 45 5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)組成示意圖誤差補(bǔ)償系統(tǒng)組成示意圖1 1誤差信號檢測誤差信號檢測 2 2誤差信號處理誤差信號處理 3 3誤差信號建模誤差信號建模 4 4補(bǔ)償控制補(bǔ)償控制 5 5補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)4. 誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的組成誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的組成誤差信號檢測誤差信號檢測檢測誤差出現(xiàn)的檢測誤差出現(xiàn)的狀態(tài)、數(shù)值、方向、規(guī)律，狀態(tài)、數(shù)值、方向、規(guī)

18、律，確定誤差項(xiàng)目，誤差產(chǎn)生的原因。確定誤差項(xiàng)目，誤差產(chǎn)生的原因。誤差信號誤差信號檢測是誤差補(bǔ)償?shù)那疤岷突A(chǔ)。檢測是誤差補(bǔ)償?shù)那疤岷突A(chǔ)。誤差信號處理和建模誤差信號處理和建模進(jìn)行誤差信號處理，去除干擾信號，分離不進(jìn)行誤差信號處理，去除干擾信號，分離不需要的誤差信號；需要的誤差信號；建立加工建立加工誤差與補(bǔ)償控制量誤差與補(bǔ)償控制量之間的關(guān)系之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型。（高性能計(jì)算機(jī)）數(shù)學(xué)模型。（高性能計(jì)算機(jī)）補(bǔ)償控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型補(bǔ)償控制量；對于數(shù)控系統(tǒng)，補(bǔ)償控制量；對于數(shù)控系統(tǒng)，補(bǔ)償控制量就是正負(fù)脈沖數(shù)補(bǔ)償控制量就是正負(fù)脈沖數(shù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具體執(zhí)行補(bǔ)償動作，具體執(zhí)行補(bǔ)償

19、動作，微位移機(jī)微位移機(jī)構(gòu)，要求位移精度高、分辨率高、頻率響應(yīng)構(gòu)，要求位移精度高、分辨率高、頻率響應(yīng)快、剛度高等快、剛度高等。5. 誤差補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展誤差補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展1 1）預(yù)報(bào)型補(bǔ)償）預(yù)報(bào)型補(bǔ)償 預(yù)報(bào)補(bǔ)償控制預(yù)報(bào)補(bǔ)償控制（Forecasting Compensatory ControlFCC）技術(shù)，利用在線隨機(jī)建模理論、先進(jìn)的傳感技術(shù)、技術(shù)，利用在線隨機(jī)建模理論、先進(jìn)的傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微位移技術(shù)等，對誤差進(jìn)行建模和預(yù)計(jì)算機(jī)技術(shù)、微位移技術(shù)等，對誤差進(jìn)行建模和預(yù)報(bào)，對動態(tài)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。報(bào)，對動態(tài)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。2）綜合型補(bǔ)償）綜合型補(bǔ)償 對工件尺寸、形狀和位置誤差同時(shí)進(jìn)行綜合補(bǔ)對工

20、件尺寸、形狀和位置誤差同時(shí)進(jìn)行綜合補(bǔ)償，其中包括對尺寸、形狀和位置一種誤差中的多償，其中包括對尺寸、形狀和位置一種誤差中的多項(xiàng)誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。項(xiàng)誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。1.1.外圓、孔類形狀位置誤差的測量方法外圓、孔類形狀位置誤差的測量方法三點(diǎn)法三點(diǎn)法在在P129測量精密主軸的回轉(zhuǎn)測量精密主軸的回轉(zhuǎn)誤差中已經(jīng)介紹。誤差中已經(jīng)介紹。一、形狀位置誤差的在線檢測一、形狀位置誤差的在線檢測第第2 2節(jié)節(jié) 在線檢測與誤差補(bǔ)償方法在線檢測與誤差補(bǔ)償方法轉(zhuǎn)位法轉(zhuǎn)位法用圓光柵用圓光柵1 1測量角度位置；測量角度位置；用測微儀（測頭傳感器）測量用測微儀（測頭傳感器）測量工件形狀誤差和回轉(zhuǎn)軸系運(yùn)動工件形狀誤差和回轉(zhuǎn)軸

21、系運(yùn)動誤差；誤差；起點(diǎn)電路提供一個(gè)作為角度位起點(diǎn)電路提供一個(gè)作為角度位置的起始點(diǎn)信號。置的起始點(diǎn)信號。1.1.外圓、孔類形狀位置誤差的測量方法外圓、孔類形狀位置誤差的測量方法一、形狀位置誤差的在線檢測一、形狀位置誤差的在線檢測第第2 2節(jié)節(jié) 在線檢測與誤差補(bǔ)償方法在線檢測與誤差補(bǔ)償方法分離工件和軸系誤差的轉(zhuǎn)位法有三種：分離工件和軸系誤差的轉(zhuǎn)位法有三種：(1) (1) 反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法測量時(shí)只作一次轉(zhuǎn)位（工件與測頭對軸系回轉(zhuǎn)測量時(shí)只作一次轉(zhuǎn)位（工件與測頭對軸系回轉(zhuǎn)180180），共測得兩組數(shù)據(jù)），共測得兩組數(shù)據(jù))()()(11iiiSMV)()()(22iiiSMV 軸軸系系運(yùn)運(yùn)動動誤誤差差分分別別

22、為為兩兩次次測測得得的的回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、所所測測得得的的兩兩組組信信號號分分別別為為測測頭頭傳傳感感器器兩兩次次、 )()()()(2121iiiiMMVV 中中工工件件形形狀狀誤誤差差部部分分測測頭頭傳傳感感器器所所測測得得信信號號 )(iS 采采樣樣點(diǎn)點(diǎn)序序號號 i采采樣樣點(diǎn)點(diǎn)角角度度位位置置 i 式中式中若整個(gè)檢測裝置的檢測重復(fù)性好，則若整個(gè)檢測裝置的檢測重復(fù)性好，則)()()(21iiiMMM 可得可得 2/)()()(2/)()()(2121iiiiiiVVMVVS (2)(2)閉合等角轉(zhuǎn)位法閉合等角轉(zhuǎn)位法 每次轉(zhuǎn)位時(shí)，測頭不動，工件相對于軸系轉(zhuǎn)每次轉(zhuǎn)位時(shí)，測頭不動，工件相對于軸系轉(zhuǎn) 角，

23、共測角，共測m m個(gè)位個(gè)位置，置， ，可得，可得m m組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)0360 m )/360()()(0miSMVii 運(yùn)運(yùn)動動誤誤差差；所所測測得得的的一一組組回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸系系測測頭頭傳傳感感器器在在某某個(gè)個(gè)位位置置所所測測得得的的一一組組數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)；測測頭頭傳傳感感器器在在某某個(gè)個(gè)位位置置 )()( iiMV件形狀誤差部分；所測得的一組信號中工測頭傳感器在某個(gè)位置)/360(0miSm1 測測量量位位置置序序號號，ii mVMi/)()( 當(dāng)當(dāng)m m很大時(shí)，很大時(shí)， 的平均值忽略不計(jì)，可得回轉(zhuǎn)軸系平均運(yùn)動的平均值忽略不計(jì)，可得回轉(zhuǎn)軸系平均運(yùn)動誤差誤差)( iS 閉合等角轉(zhuǎn)位法可用于測量徑向和軸

24、向運(yùn)動誤差。測量閉合等角轉(zhuǎn)位法可用于測量徑向和軸向運(yùn)動誤差。測量工作量大，不能測得高次諧波，不能用于實(shí)時(shí)控制。工作量大，不能測得高次諧波，不能用于實(shí)時(shí)控制。(3)(3)對稱轉(zhuǎn)位法對稱轉(zhuǎn)位法在在0 0度位置測完后，測頭不動，工件相對于軸系各作度位置測完后，測頭不動，工件相對于軸系各作一次一次 、 轉(zhuǎn)位角，取轉(zhuǎn)位角等于采樣間隔角轉(zhuǎn)位角，取轉(zhuǎn)位角等于采樣間隔角 ，共得共得3 3組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù) )()()(0iiiSMV ；采采樣樣序序號號，n1 ii位位置置所所測測得得的的信信號號；、測測頭頭傳傳感感器器分分別別在在、 01200)()()( iiiVVV軸軸系系運(yùn)運(yùn)動動誤誤差差；測測頭頭傳傳感感器器

25、所所測測得得回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) )(iM 中工件形狀誤差部分。中工件形狀誤差部分。測頭傳感器所測得信號測頭傳感器所測得信號 )(iS (1)(1)(2)(2)(3)(3)()()()()(12 iiiiiSMSMV )()()()()(11 iiiiiSMSMV 由式（由式（1 1）、（）、（3 3）可得）可得由式（由式（1 1）、（）、（2 2）可得）可得)()()()()(111011iiiiiiMMMVV )()()()()(121210iiiiiiMMMVV 等式等式4 4和和5 5右邊雖相等，但實(shí)測數(shù)據(jù)不同，取平均值右邊雖相等，但實(shí)測數(shù)據(jù)不同，取平均值 2/)()()(12111iiiiiiM

26、MM 可得一般式可得一般式2/)(/)()(1121111 niiiiiniiinMnMM 由式（由式（4 4）、（）、（5 5）可得）可得（4 4）（5 5） 2/)()()()()(2110101iiiiiiVVVVM 對稱轉(zhuǎn)位法可用于測量徑向和軸向運(yùn)動誤差，操作方便，但對稱轉(zhuǎn)位法可用于測量徑向和軸向運(yùn)動誤差，操作方便，但檢測工作量較大，也不能用于實(shí)時(shí)控制。檢測工作量較大，也不能用于實(shí)時(shí)控制。2.2.平面類形狀位置誤差的測量方法平面類形狀位置誤差的測量方法 平面類形狀位置誤差主要針對超精密機(jī)床的平面類形狀位置誤差主要針對超精密機(jī)床的導(dǎo)軌直線度、工作臺的臺面直線度和平面度等。導(dǎo)軌直線度、工作

27、臺的臺面直線度和平面度等。測量中的測量中的關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題是如何分離是如何分離工件形狀誤差工件形狀誤差和和機(jī)機(jī)床直線運(yùn)動誤差床直線運(yùn)動誤差。一、形狀位置誤差的在線檢測一、形狀位置誤差的在線檢測第第2 2節(jié)節(jié) 在線檢測與誤差補(bǔ)償方法在線檢測與誤差補(bǔ)償方法(1)(1)反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法測量分兩次進(jìn)行，在第二次測量分兩次進(jìn)行，在第二次測量時(shí)，工件轉(zhuǎn)過測量時(shí)，工件轉(zhuǎn)過180180度，得度，得到兩組數(shù)據(jù)到兩組數(shù)據(jù))()()(11iiixSxMxV )()()(22iiixSxMxV 方向直線位置。方向直線位置。采樣點(diǎn)采樣點(diǎn)采樣點(diǎn)序號；采樣點(diǎn)序號；形狀誤差部分；形狀誤差部分；測頭所測得信號中工件測頭所測得信號中

28、工件直線運(yùn)動誤差；直線運(yùn)動誤差；分別為兩次測得的機(jī)床分別為兩次測得的機(jī)床、的兩組信號；的兩組信號；分別為測頭兩次所測得分別為測頭兩次所測得、xxixSxMxMxVxViiiiii )()()()()(2121式中式中若檢測裝置重復(fù)性好，可認(rèn)為若檢測裝置重復(fù)性好，可認(rèn)為)()()(21iiixMxMxM 可得可得 2/)()()(2/)()()(2121iiiiiixVxVxMxVxVxS (1)(1)反轉(zhuǎn)法（接上頁）反轉(zhuǎn)法（接上頁）測量需進(jìn)行兩次，不能用于實(shí)時(shí)控制。測量需進(jìn)行兩次，不能用于實(shí)時(shí)控制。(2)(2)平移法平移法測量分兩次進(jìn)行，在第二次測量時(shí)，測量分兩次進(jìn)行，在第二次測量時(shí)，工件平移

29、一個(gè)步距工件平移一個(gè)步距S S，得到兩組數(shù)據(jù)，得到兩組數(shù)據(jù))()()()()()(121 iiiiiixSxMxVxSxMxV若機(jī)床和檢測裝置重復(fù)性好，可認(rèn)為若機(jī)床和檢測裝置重復(fù)性好，可認(rèn)為)()()(21iiixMxMxM 可得可得)()()()(211iiiixVxVxSxS 該方法簡單方便，不能用于實(shí)時(shí)控制，且測量誤差會產(chǎn)生累積。該方法簡單方便，不能用于實(shí)時(shí)控制，且測量誤差會產(chǎn)生累積。(3)(3)兩點(diǎn)法兩點(diǎn)法取步距取步距S S為兩測頭的間距進(jìn)行為兩測頭的間距進(jìn)行測量，若將機(jī)床直線運(yùn)動部測量，若將機(jī)床直線運(yùn)動部件的角運(yùn)動誤差件的角運(yùn)動誤差 忽略不忽略不計(jì)，則得到與平移法相同的計(jì)，則得到與平

30、移法相同的兩個(gè)方程式兩個(gè)方程式)()()()()()(121 iiiiiixSxMxVxSxMxV)(ix 步距越小，機(jī)床直線運(yùn)動部件的角運(yùn)動誤差越小，但隨著步距步距越小，機(jī)床直線運(yùn)動部件的角運(yùn)動誤差越小，但隨著步距數(shù)的增大，測量誤差的累積也增大。由于測量是在一次測量中數(shù)的增大，測量誤差的累積也增大。由于測量是在一次測量中兩測頭同時(shí)讀數(shù)，故兩測頭同時(shí)讀數(shù)，故可用于實(shí)時(shí)控制可用于實(shí)時(shí)控制。(4)(4)三點(diǎn)法三點(diǎn)法用間距為步距用間距為步距S S的三個(gè)測頭進(jìn)行測的三個(gè)測頭進(jìn)行測量，則考慮機(jī)床直線運(yùn)動部件角量，則考慮機(jī)床直線運(yùn)動部件角運(yùn)動誤差運(yùn)動誤差 ，得到，得到3 3組方程組方程)(ix )(2)(

31、)()(2)()(11iiiiiixSxSxSxBxCxA )()()()(1iiiixxSxMxA )()()(iiixSxMxB )()()()(1iiiixxSxMxC （1 1）（2 2）（3 3）將式（將式（1 1）與式（）與式（3 3）相加后減去）相加后減去2 2倍的式（倍的式（2 2）得）得（4 4）令令 由由(4)(4)式可計(jì)算出式可計(jì)算出(4)(4)三點(diǎn)法三點(diǎn)法( (接上頁接上頁) )0)()0(ixSS)(xS三點(diǎn)法可避免機(jī)床直線運(yùn)動部件角運(yùn)動誤差的影響，三點(diǎn)法可避免機(jī)床直線運(yùn)動部件角運(yùn)動誤差的影響，可用于實(shí)時(shí)控制可用于實(shí)時(shí)控制。難度是要把三點(diǎn)調(diào)到一條直線上。難度是要把三點(diǎn)

32、調(diào)到一條直線上。因?yàn)檫@三點(diǎn)形成一個(gè)測量基準(zhǔn)，若不在一條直線上，因?yàn)檫@三點(diǎn)形成一個(gè)測量基準(zhǔn)，若不在一條直線上，會出現(xiàn)調(diào)整誤差會出現(xiàn)調(diào)整誤差 ，若步距數(shù)為，若步距數(shù)為n n，則由此造成的誤，則由此造成的誤差將與差將與 成正比。所以此方法不適于用在步距數(shù)較成正比。所以此方法不適于用在步距數(shù)較多的情況。多的情況。該方法能夠在線檢測和實(shí)時(shí)控制。該方法能夠在線檢測和實(shí)時(shí)控制。2n1.1.車削工件圓度和圓柱度的誤差補(bǔ)償車削工件圓度和圓柱度的誤差補(bǔ)償圓周裝三個(gè)電容測頭圓周裝三個(gè)電容測頭A A、B B、C C，軸線裝，軸線裝一個(gè)電容測頭一個(gè)電容測頭D D。四臺測微儀四臺測微儀4 4的輸出信號的輸出信號-4-4路

33、采樣保持路采樣保持(S/H)5-(S/H)5-模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)8-(A/D)8-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1313。裝在車床主軸后端的光電碼盤裝在車床主軸后端的光電碼盤3 3產(chǎn)生同產(chǎn)生同步脈沖及采樣脈沖。步脈沖及采樣脈沖。由計(jì)算機(jī)、高速信號處理器由計(jì)算機(jī)、高速信號處理器9 9構(gòu)成的數(shù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集主從系統(tǒng)完成誤差信號的采集、據(jù)采集主從系統(tǒng)完成誤差信號的采集、數(shù)據(jù)處理、三點(diǎn)法誤差分離計(jì)算、數(shù)數(shù)據(jù)處理、三點(diǎn)法誤差分離計(jì)算、數(shù)據(jù)建模和預(yù)報(bào)，以及存儲、繪圖和打據(jù)建模和預(yù)報(bào)，以及存儲、繪圖和打印等。印等。誤差補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤差補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)2 2是一個(gè)電致伸縮式是一個(gè)電致伸縮式微進(jìn)給刀架。微進(jìn)給刀架。工

34、件圓度誤差平均減小工件圓度誤差平均減小4040，工件圓，工件圓柱度誤差平均減小柱度誤差平均減小2323二、在線檢測與誤差補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例二、在線檢測與誤差補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例2.2.磨削工件圓度的誤差補(bǔ)償磨削工件圓度的誤差補(bǔ)償如圖進(jìn)行外圓磨床主軸徑向圓跳動如圖進(jìn)行外圓磨床主軸徑向圓跳動補(bǔ)償控制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。補(bǔ)償控制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由微處理器該系統(tǒng)由微處理器13、檢測裝置檢測裝置(由傳感器由傳感器5、基準(zhǔn)盤、基準(zhǔn)盤3和圓感位同和圓感位同步器步器4組成組成)和液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)和液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)7組成。微處理器通過時(shí)間序列分析組成。微處理器通過時(shí)間序列分析方法，進(jìn)行誤差在線建模，根據(jù)所方法，進(jìn)行誤差在線

35、建模，根據(jù)所建立的模型預(yù)報(bào)外圓磨床主軸在補(bǔ)建立的模型預(yù)報(bào)外圓磨床主軸在補(bǔ)償點(diǎn)上的徑向圓跳動誤差補(bǔ)償運(yùn)動償點(diǎn)上的徑向圓跳動誤差補(bǔ)償運(yùn)動值，通過液壓伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)推動工值，通過液壓伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)推動工件沿砂輪徑向進(jìn)給，進(jìn)行工件圓度件沿砂輪徑向進(jìn)給，進(jìn)行工件圓度的補(bǔ)償控制磨削。的補(bǔ)償控制磨削。工件圓度誤差由工件圓度誤差由0.74m減少到減少到0.375 m。3.3.鏜削工件內(nèi)孔圓柱度的誤差補(bǔ)償鏜削工件內(nèi)孔圓柱度的誤差補(bǔ)償造成工件造成工件內(nèi)孔圓柱度誤差內(nèi)孔圓柱度誤差的主要的主要原因是原因是鏜桿徑向圓跳動誤差鏜桿徑向圓跳動誤差和和直直線運(yùn)動的直線度誤差線運(yùn)動的直線度誤差。激光器激光器6 6發(fā)出激光束作為基準(zhǔn)

36、光發(fā)出激光束作為基準(zhǔn)光線照射在裝在鏜桿上的棱鏡線照射在裝在鏜桿上的棱鏡3 3，棱鏡反射光線位置的變動就反映棱鏡反射光線位置的變動就反映了鏜桿的運(yùn)動誤差。用了鏜桿的運(yùn)動誤差。用x-yx-y雙向雙向光傳感器光傳感器7 7檢測棱鏡反射光線位檢測棱鏡反射光線位置的變動，測得信號經(jīng)測量系統(tǒng)置的變動，測得信號經(jīng)測量系統(tǒng)8 8分析處理后傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建分析處理后傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模，然后預(yù)報(bào)出鏜桿在鏜刀各切模，然后預(yù)報(bào)出鏜桿在鏜刀各切削位置的誤差補(bǔ)償運(yùn)動，通過驅(qū)削位置的誤差補(bǔ)償運(yùn)動，通過驅(qū)動控制壓電陶瓷補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)動控制壓電陶瓷補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)孔鏜削補(bǔ)償加工。行內(nèi)孔鏜削補(bǔ)償加工。補(bǔ)償后的內(nèi)孔圓柱度誤差減少

37、了補(bǔ)償后的內(nèi)孔圓柱度誤差減少了56566464. .4.4.立銑工件直線度的誤差補(bǔ)償立銑工件直線度的誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由在線測量系統(tǒng)、微機(jī)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由在線測量系統(tǒng)、微機(jī)建模與預(yù)報(bào)系統(tǒng)、補(bǔ)償驅(qū)動系統(tǒng)等組建模與預(yù)報(bào)系統(tǒng)、補(bǔ)償驅(qū)動系統(tǒng)等組成。成。工件直線度的在線測量系統(tǒng)由發(fā)出兩工件直線度的在線測量系統(tǒng)由發(fā)出兩束激光束的激光器束激光束的激光器1010、兩只觸針式光、兩只觸針式光傳感器傳感器4 4和一根作為基準(zhǔn)直線的精密直和一根作為基準(zhǔn)直線的精密直尺組成，尺組成，采用兩點(diǎn)法直接測量采用兩點(diǎn)法直接測量。所測數(shù)據(jù)經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后，所測數(shù)據(jù)經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后，進(jìn)行隨機(jī)數(shù)據(jù)建模。進(jìn)行隨機(jī)數(shù)據(jù)建模。

38、測量位置和銑刀位置不同，存在時(shí)間測量位置和銑刀位置不同，存在時(shí)間滯后，采用超前預(yù)報(bào)。滯后，采用超前預(yù)報(bào)。根據(jù)預(yù)報(bào)誤差控制電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)預(yù)報(bào)誤差控制電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)5 5，使銑床主軸帶動銑刀作上下運(yùn)動，進(jìn)使銑床主軸帶動銑刀作上下運(yùn)動，進(jìn)行補(bǔ)償。行補(bǔ)償。該系統(tǒng)能使直線度誤差減少該系統(tǒng)能使直線度誤差減少8080。5.5.數(shù)控立銑工件平面度的誤差補(bǔ)償數(shù)控立銑工件平面度的誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由激光平面度誤差在誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由激光平面度誤差在線測量、液壓精密定位和微機(jī)控制線測量、液壓精密定位和微機(jī)控制三部分組成。三部分組成。平面工件平面工件1 1被裝夾在夾具被裝夾在夾具4 4上，夾具上，夾具裝夾在工作

39、臺上，夾具內(nèi)裝有一套裝夾在工作臺上，夾具內(nèi)裝有一套平面度誤差測量系統(tǒng)平面度誤差測量系統(tǒng)1212，一束激光，一束激光束束9 9作為測針，另一束激光束作為測針，另一束激光束7 7用于用于產(chǎn)生三束反射光線，采用三點(diǎn)法直產(chǎn)生三束反射光線，采用三點(diǎn)法直接測量。接測量。兩臺步進(jìn)電機(jī)兩臺步進(jìn)電機(jī)5 5和和6 6分別帶動工作臺分別帶動工作臺沿切削方向和進(jìn)給方向移動。沿切削方向和進(jìn)給方向移動。測量所得數(shù)據(jù)經(jīng)測量系統(tǒng)分析處理測量所得數(shù)據(jù)經(jīng)測量系統(tǒng)分析處理后傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模，進(jìn)行預(yù)報(bào)，后傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模，進(jìn)行預(yù)報(bào)，驅(qū)動液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)對工件進(jìn)行驅(qū)動液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)對工件進(jìn)行平面度誤差補(bǔ)償，平面度誤差可減平面度誤

40、差補(bǔ)償，平面度誤差可減少少8080。6.6.精密絲杠螺距的誤差補(bǔ)償精密絲杠螺距的誤差補(bǔ)償主軸主軸溜板溜板壓電陶瓷壓電陶瓷誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由微機(jī)、微處誤差補(bǔ)償系統(tǒng)由微機(jī)、微處理器、測量系統(tǒng)、補(bǔ)償執(zhí)行理器、測量系統(tǒng)、補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。機(jī)構(gòu)組成。光電碼盤每轉(zhuǎn)發(fā)出一定數(shù)量光電碼盤每轉(zhuǎn)發(fā)出一定數(shù)量脈沖（如脈沖（如20482048個(gè)、個(gè)、10241024個(gè)）個(gè)）測量主軸的回轉(zhuǎn)位置，線性測量主軸的回轉(zhuǎn)位置，線性位移傳感器（如光柵）測量位移傳感器（如光柵）測量溜板相對于主軸回轉(zhuǎn)位置的溜板相對于主軸回轉(zhuǎn)位置的位移，兩組數(shù)據(jù)送入微處理位移，兩組數(shù)據(jù)送入微處理器進(jìn)行在線分析處理，得出器進(jìn)行在線分析處理，得出機(jī)床絲杠的螺

41、距誤差數(shù)據(jù)，機(jī)床絲杠的螺距誤差數(shù)據(jù)，再送入微機(jī)進(jìn)行建模，通過再送入微機(jī)進(jìn)行建模，通過微處理器進(jìn)行預(yù)報(bào)控制，驅(qū)微處理器進(jìn)行預(yù)報(bào)控制，驅(qū)動壓電陶瓷車削補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)動壓電陶瓷車削補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)作螺距誤差補(bǔ)償。能使單構(gòu)作螺距誤差補(bǔ)償。能使單個(gè)螺距誤差可減少個(gè)螺距誤差可減少8989。 微位移系統(tǒng)由微位移系統(tǒng)由微位移機(jī)構(gòu)、檢測裝置和控制系統(tǒng)微位移機(jī)構(gòu)、檢測裝置和控制系統(tǒng)組成，組成，為了實(shí)現(xiàn)小行程（一般小于毫米級）、高靈敏度和高精度為了實(shí)現(xiàn)小行程（一般小于毫米級）、高靈敏度和高精度（一般為亞微米、納米級）的位移。（一般為亞微米、納米級）的位移。 微位移機(jī)構(gòu)微位移機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)微位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其核心部分是微是實(shí)現(xiàn)微

42、位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其核心部分是微位移器件；位移器件；檢測裝置檢測裝置是用來測量微位移的移動量及其精度，是用來測量微位移的移動量及其精度，在閉環(huán)系統(tǒng)中作為反饋信號；在閉環(huán)系統(tǒng)中作為反饋信號；控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)用來控制整個(gè)系統(tǒng)的用來控制整個(gè)系統(tǒng)的工作，通過控制策略實(shí)現(xiàn)需求的技術(shù)性能指標(biāo)。工作，通過控制策略實(shí)現(xiàn)需求的技術(shù)性能指標(biāo)。一、微位移系統(tǒng)及應(yīng)用一、微位移系統(tǒng)及應(yīng)用第第3 3節(jié)節(jié) 微位移技術(shù)微位移技術(shù)微位移系統(tǒng)的應(yīng)用：微位移系統(tǒng)的應(yīng)用：1 1）微進(jìn)給）微進(jìn)給利用微位移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的微進(jìn)給量、微吃刀量和精確對刀。利用微位移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的微進(jìn)給量、微吃刀量和精確對刀。 2 2）誤差補(bǔ)償）誤差補(bǔ)償 在精密

43、機(jī)床中，采用粗精結(jié)合的兩套進(jìn)給系統(tǒng)，構(gòu)成兩個(gè)工在精密機(jī)床中，采用粗精結(jié)合的兩套進(jìn)給系統(tǒng)，構(gòu)成兩個(gè)工作臺，粗進(jìn)給系統(tǒng)形成的粗工作臺實(shí)現(xiàn)高速大行程，精進(jìn)給作臺，粗進(jìn)給系統(tǒng)形成的粗工作臺實(shí)現(xiàn)高速大行程，精進(jìn)給系統(tǒng)形成的微動工作臺對粗工作臺的運(yùn)動進(jìn)行誤差補(bǔ)償。系統(tǒng)形成的微動工作臺對粗工作臺的運(yùn)動進(jìn)行誤差補(bǔ)償。3 3）精密調(diào)整）精密調(diào)整調(diào)整浮動間隙、焦距和對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)等。調(diào)整浮動間隙、焦距和對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)等。第第3 3節(jié)節(jié) 微位移技術(shù)微位移技術(shù)二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型1.1.機(jī)械類微位移機(jī)構(gòu)機(jī)械類微位移機(jī)構(gòu)二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型機(jī)械

44、類微位移機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)械類微位移機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：精度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造技術(shù)難精度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造技術(shù)難度大，但性能比較穩(wěn)定、價(jià)格便宜、度大，但性能比較穩(wěn)定、價(jià)格便宜、使用方便，應(yīng)用廣泛。使用方便，應(yīng)用廣泛。利用巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微位移。利用巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微位移。其中彈性變形件應(yīng)用前景較好?？善渲袕椥宰冃渭?yīng)用前景較好?？勺龀杀∑q鏈、伸縮管、扭擺等做成薄片、鉸鏈、伸縮管、扭擺等形式。見圖形式。見圖6-176-17，單軸柔性鉸鏈?zhǔn)?，單軸柔性鉸鏈?zhǔn)且痪S的，雙軸柔性鉸鏈?zhǔn)嵌S的。一維的，雙軸柔性鉸鏈?zhǔn)嵌S的?？勺龀删匦魏蛨A形?？勺龀删匦魏蛨A形。二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型2.2.液壓

45、類微位移機(jī)構(gòu)液壓類微位移機(jī)構(gòu)采用液壓為動力，彈采用液壓為動力，彈性膜片為彈性變形元性膜片為彈性變形元件實(shí)現(xiàn)微位移。多用件實(shí)現(xiàn)微位移。多用于已具有液壓系統(tǒng)的于已具有液壓系統(tǒng)的設(shè)備中。設(shè)備中。二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型3.3.電動類微位移機(jī)構(gòu)電動類微位移機(jī)構(gòu)通過選用不同長度的磁致通過選用不同長度的磁致伸縮材料棒或管，改變通伸縮材料棒或管，改變通入線圈電流的強(qiáng)度，即可入線圈電流的強(qiáng)度，即可獲得精確的微小位移量。獲得精確的微小位移量。二、微位移機(jī)構(gòu)的類型二、微位移機(jī)構(gòu)的類型電動類微位移機(jī)構(gòu)可分為：電熱、電磁、機(jī)電耦合效應(yīng)（電致電動類微位移機(jī)構(gòu)可分為：電熱、電磁、機(jī)電耦合效應(yīng)（電致伸縮、壓

46、電效應(yīng)）等多種。伸縮、壓電效應(yīng)）等多種。電熱式電熱式：利用電熱轉(zhuǎn)換，使材料受熱伸長而微位移。：利用電熱轉(zhuǎn)換，使材料受熱伸長而微位移。電磁式電磁式：利用電磁力、（電）磁致伸縮等原理來實(shí)現(xiàn)微位移。：利用電磁力、（電）磁致伸縮等原理來實(shí)現(xiàn)微位移。電致伸縮電致伸縮和和壓電式微壓電式微位移機(jī)構(gòu)：利用材料的電致伸縮現(xiàn)象、壓位移機(jī)構(gòu)：利用材料的電致伸縮現(xiàn)象、壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)微位移。電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)微位移。1.1.平行彈性導(dǎo)軌微位移工作臺平行彈性導(dǎo)軌微位移工作臺 若步進(jìn)電動機(jī)的輸入位移為若步進(jìn)電動機(jī)的輸入位移為 ，微動工作臺的，微動工作臺的輸出位移為輸出位移為 ，兩個(gè)彈簧的剛度分別為，兩個(gè)彈簧的剛度分別為 ，則則1

47、x2xAkBkBABkkkxx 12三、典型微位移工作臺三、典型微位移工作臺2.2.電磁控制微位移工作臺電磁控制微位移工作臺三、典型微位移工作臺三、典型微位移工作臺第第3 3節(jié)節(jié) 微位移技術(shù)微位移技術(shù)若忽略工作臺移動時(shí)的若忽略工作臺移動時(shí)的摩擦力，根據(jù)電磁鐵的摩擦力，根據(jù)電磁鐵的吸引力等于彈簧的拉力，吸引力等于彈簧的拉力，可得工作臺在某方向的可得工作臺在某方向的位移位移)2/(2kgABxB-B-磁通密度磁通密度(T)(T)；A-A-磁極截面面積磁極截面面積(m(m2 2) )；-磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率(H/m)；k-彈簧剛度彈簧剛度(N/m).工作臺移動的距離與通過電磁鐵線圈的工作臺移動的距離與通過電

48、磁鐵線圈的電流和線圈圈數(shù)乘積的平方成正比。電流和線圈圈數(shù)乘積的平方成正比。3.3.磁致伸縮微位移工作臺磁致伸縮微位移工作臺磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)：放置于磁場中的材料發(fā)生尺寸和形狀：放置于磁場中的材料發(fā)生尺寸和形狀變化的現(xiàn)象。變化的現(xiàn)象。磁致伸縮機(jī)構(gòu)是利用鐵磁材料在磁場的作用下產(chǎn)生微磁致伸縮機(jī)構(gòu)是利用鐵磁材料在磁場的作用下產(chǎn)生微伸長運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)微位移的，改變磁場強(qiáng)度可控制伸長伸長運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)微位移的，改變磁場強(qiáng)度可控制伸長率，但鐵磁材料在磁場的作用下，除了產(chǎn)生磁致伸縮率，但鐵磁材料在磁場的作用下，除了產(chǎn)生磁致伸縮外，還伴有發(fā)熱現(xiàn)象。外，還伴有發(fā)熱現(xiàn)象。鐵磁材料、鐵鋁合金有正伸長特性，鎳有負(fù)伸長特性

49、，鐵磁材料、鐵鋁合金有正伸長特性，鎳有負(fù)伸長特性，鈷和鈷合金根據(jù)材料組織成分有正或負(fù)伸長特性。鈷和鈷合金根據(jù)材料組織成分有正或負(fù)伸長特性。 三、典型微位移工作臺三、典型微位移工作臺第第3 3節(jié)節(jié) 微位移技術(shù)微位移技術(shù)4.4.電致伸縮微位移工作臺電致伸縮微位移工作臺電致伸縮效應(yīng)電致伸縮效應(yīng)：電介質(zhì)在外電場的作用下，由于感：電介質(zhì)在外電場的作用下，由于感應(yīng)極化的作用而產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變大小與電場強(qiáng)度應(yīng)極化的作用而產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變大小與電場強(qiáng)度的平方成正比，其應(yīng)變方向與電場方向無關(guān)。的平方成正比，其應(yīng)變方向與電場方向無關(guān)。電 致 伸 縮 材 料 ： 鈮 鎂 酸 鉛 系 列 （電 致 伸 縮 材 料 ：

50、 鈮 鎂 酸 鉛 系 列 （ P M NP M N ， 是 由， 是 由PbO,MgO,NbPbO,MgO,Nb2 2O O3 3,TiO,TiO2 2,BaCO,BaCO3 3,ZrO,ZrO等按比例燒結(jié)而成）、等按比例燒結(jié)而成）、弛豫鐵電體（具有大電致伸縮效應(yīng)）、雙弛豫鐵電弛豫鐵電體（具有大電致伸縮效應(yīng)）、雙弛豫鐵電體（具有大電致伸縮效應(yīng)和良好溫度穩(wěn)定性）體（具有大電致伸縮效應(yīng)和良好溫度穩(wěn)定性） 、PZTPZT（鉛、鋯（鉛、鋯ZrZr、鈦）鐵電陶瓷系列等。、鈦）鐵電陶瓷系列等。電致伸縮器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、分辨率高、電致伸縮器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、分辨率高、無發(fā)熱現(xiàn)象、控制簡單等特點(diǎn)

51、。無發(fā)熱現(xiàn)象、控制簡單等特點(diǎn)。三、典型微位移工作臺三、典型微位移工作臺第第3 3節(jié)節(jié) 微位移技術(shù)微位移技術(shù)5.5.壓電效應(yīng)微位移工作臺壓電效應(yīng)微位移工作臺1)1)正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)（簡稱壓電效應(yīng)）：電介質(zhì)受到機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，（簡稱壓電效應(yīng)）：電介質(zhì)受到機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，會產(chǎn)生電極化（表面產(chǎn)生電荷），電極化的大?。姾擅芏龋a(chǎn)生電極化（表面產(chǎn)生電荷），電極化的大小（電荷密度）與施加的機(jī)械應(yīng)力成正比，電極化的方向隨應(yīng)力的方向而改變。與施加的機(jī)械應(yīng)力成正比，電極化的方向隨應(yīng)力的方向而改變。 逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)：電介質(zhì)在外電場的作用下，將產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變大：電介質(zhì)在外電場的作用下，將產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變大小與電場大小成正比，應(yīng)變方向與電場方向有關(guān)，當(dāng)電場的方小與電場大小成正比，應(yīng)變方向與電場方向有關(guān)，當(dāng)電場的方向改變時(shí)，應(yīng)變的方向也隨著改變。向改變時(shí)，應(yīng)變的方向也隨著改變。2)2)壓電材料壓電材料：鐵電晶體和壓電晶體兩類。：鐵電晶體和壓電晶體兩類。常用的鐵電晶體是鐵電陶瓷，其變形量大，但壓電性不如壓電常用的鐵電晶體是鐵電陶瓷，其變形量大，但壓電性不如壓電晶體；常用的壓電晶體有鈦