精密特種加工第5講在線檢測與誤差補償

精密加工與特種加工Precisionandultraprecisionmachining第四講在線檢測與誤差補償技術(shù)（超）精密加工與特種加工2023/2/1概述在線檢測與誤差補償方法在線檢測與誤差補償技術(shù)2023/2/1一、保證零件加工精度的途徑

保證零件加工精度的途徑：1）“蛻化”原則，或稱“母性”原則。2）“進化”原則，或稱“創(chuàng)造性”原則。提高加工精度的途徑：1）隔離和消除誤差；2）誤差補償，用相應的措施去鈍化、抵消、均化誤差，使誤差減小。第1節(jié)概述2023/2/1二、加工精度的檢測1.離線檢測

工件加工完畢后，從機床上取下，在機床旁或在檢測室中進行檢測。2.在位檢測

工件加工完畢后，在機床上不卸下工件的情況下進行檢測。3.在線檢測

工件在加工過程中的同時進行檢測，又稱主動檢測、動態(tài)檢測。2023/2/1在線檢測特點1）能夠連續(xù)檢測加工過程中的變化，了解在加工過程中誤差分布和發(fā)展；2）檢測結(jié)果能反映實際加工情況；3）在線檢測的難度較大；4）在線檢測大都用非接觸傳感器，對傳感器的性能要求較高；5）一般是自動運行，形成在線檢測系統(tǒng)。在線檢測類型1）直接檢測系統(tǒng)：直接檢測工件的加工誤差，并補償2）間接檢測系統(tǒng)：檢測產(chǎn)生加工誤差的誤差源，并補償2023/2/1三、誤差補償技術(shù)1.誤差補償?shù)母拍?/p>

在機械加工中出現(xiàn)的誤差采用修正、抵消、均化、鈍化等措施使誤差減小或消除——誤差補償。從狹義的角度分析：誤差修正（校正）是指對測量、計算、預測所得的誤差進行修正（校正)；誤差分離是指從綜合測量所得的誤差中分離出所需的單項誤差；誤差抵消是指兩個或更多個誤差的相互抵消；誤差補償是對一尺寸、形狀、位置差值的補足。2023/2/12.誤差補償?shù)念愋停?）實時與非實時誤差補償實時誤差補償—加工過程中，實時進行誤差檢測，并緊接著進行誤差補償，不僅可以補償系統(tǒng)誤差，且可以補償隨機誤差。非實時誤差補償—只能補償系統(tǒng)誤差。（2）軟件與硬件誤差補償軟件補償—通過計算機對所建立的數(shù)學模型進行運算后，發(fā)出運動指令，由數(shù)控隨動系統(tǒng)完成誤差補償動作。軟件與硬件補償?shù)膮^(qū)分是看補償信息是由軟件還是硬件產(chǎn)生的。2023/2/12.誤差補償?shù)念愋停?）單項與綜合誤差補償綜合誤差補償是同時補償幾項誤差，比單項誤差補償要復雜，但效率高、效果好。（4）單維與多維誤差補償多維誤差補償是在多坐標上進行誤差補償，難度和工作量都比較大，是近幾年來發(fā)展起來的誤差補償技術(shù)。2023/2/13.誤差補償過程1）反復檢測出現(xiàn)的誤差并分析，找出規(guī)律，找出影響誤差的主要因素，確定誤差項目。2）進行誤差信號的處理，去除干擾信號，分離不需要的誤差信號，找出工件加工誤差與在補償點的補償量之間的關(guān)系，建立相應的數(shù)學模型。3）選擇或設計合適的誤差補償控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，以便在補償點實現(xiàn)補償運動。4）驗證誤差補償?shù)男ЧM行必要的調(diào)試，保證達到預期要求。2023/2/11）誤差信號的檢測2）誤差信號的處理3）誤差信號的建模4）補償控制5）補償執(zhí)行機構(gòu)12345計算機控制系統(tǒng)誤差補償系統(tǒng)組成示意圖1－誤差信號檢測2－誤差信號處理3－誤差信號建模4－補償控制5－補償執(zhí)行機構(gòu)4.誤差補償系統(tǒng)的組成2023/2/15.誤差補償技術(shù)的發(fā)展1）預報型補償

Fore－castingCompensatoryControl－FCC技術(shù)，利用在線隨機建模理論、先進的傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、微位移技術(shù)等，對誤差進行建模和預報，對動態(tài)誤差進行實時補償。2）綜合型補償對工件尺寸、形狀和位置誤差同時進行綜合補償，其中包括對尺寸、形狀和位置一種誤差中的多項誤差進行綜合補償。2023/2/1第2節(jié)在線檢測與誤差補償方法一、形狀位置誤差的在線檢測1.外圓、孔類形狀位置誤差的測量方法三點法

建立如圖所示的直角坐標系。O1點的極坐標為x(θ)和y(θ)。s(θ)為被測工件的輪廓形狀誤差。測微儀A、B、C的輸出信號分別為A(θ)、B(θ)、C(θ)，則2023/2/1

消去x(θ)和y(θ)得三點法誤差分離基本方程為2023/2/1測量時，若取采樣點數(shù)為N，則令并將離散化最后求得任意時刻機床主軸回轉(zhuǎn)運動誤差只有在主軸回轉(zhuǎn)完整一周后，才能求得回轉(zhuǎn)誤差2023/2/1轉(zhuǎn)位法

采用圓光柵測量角度位置，用測微儀（測頭傳感器）測量工件形狀誤差和回轉(zhuǎn)軸系運動誤差，起點電路提供一個作為角度位置的起始點信號。2023/2/1轉(zhuǎn)位法—反轉(zhuǎn)法測量時只作一次轉(zhuǎn)位，共測得兩組數(shù)據(jù)式中若整個檢測裝置的檢測重復性好，則可得2023/2/1閉合等角轉(zhuǎn)位法每次轉(zhuǎn)位時，測頭不動，工件相對于軸系轉(zhuǎn)角，共測m個位置，，可得m組數(shù)據(jù)當m很大時，的平均值忽略不計，可得回轉(zhuǎn)軸系平均運動誤差2023/2/1對稱轉(zhuǎn)位法在0度位置測完后，測頭不動，工件相對于軸系各作一次、轉(zhuǎn)位角，取轉(zhuǎn)位角等于采樣間隔角，共得3組數(shù)據(jù)(1)(2)(3)2023/2/1由式（1）、（3）可得由式（1）、（2）可得取平均值一般式由式（4）、（5）可得（4）（5）2023/2/12.平面類形狀位置誤差的測量方法反轉(zhuǎn)法測量分兩次進行，在第二次測量時，工件轉(zhuǎn)過180度，得到兩組數(shù)據(jù)

式中2023/2/1若檢測裝置重復性好，可認為可得2023/2/1平移法測量分兩次進行，在第二次測量時，工件平移一個步距S，得到兩組數(shù)據(jù)若機床和檢測裝置重復性好，可認為可得2023/2/1兩點法取步距S為兩測頭的間距進行測量，若將機床直線運動部件的角運動誤差忽略不計，則得到2023/2/1三點法用間距為步距S的三個測頭進行測量，則考慮機床直線運動部件角運動誤差，得到3組方程2023/2/1三點法

將式（1）與式（3）相加后減去2倍的式（2）得（1）（2）（3）2023/2/1二、在線檢測與誤差補償系統(tǒng)應用1.車削工件圓度和圓柱度的誤差補償工件圓度誤差平均減小40％，工件圓柱度誤差平均減小23％2023/2/12.磨削工件圓度的誤差補償工件圓度誤差由0.74μm減少到0.375μm。2023/2/13.鏜削工件內(nèi)孔圓柱度的誤差補償補償后的內(nèi)孔圓柱度誤差減少了56％～64％2023/2/14.立銑工件直線度的誤差補償該系統(tǒng)直線度誤差減少了80％。2023/2/15.數(shù)控立銑工件平面度