有關(guān)數控機床的測量技術(shù)與分析探討
點(diǎn)擊次數：4082 更新時(shí)間：2013-12-04
我們?yōu)榱吮ＷC數控機床這樣的高度自動(dòng)化設備連續可靠的工作，需要具有自動(dòng)檢測的功能?，F代制造工業(yè)的發(fā)展，對數控機床的在線(xiàn)檢測技術(shù)提出了更高的要求，要實(shí)現數控機床高精度在線(xiàn)檢測，應對監測系統的組成、工作原理及主要誤差進(jìn)行仔細地分析，才可能盡量避免誤差，或根據這些來(lái)源情況采取相應的措施，以對誤差進(jìn)行補償，實(shí)現計算機輔助數控機床高精度在線(xiàn)測量。
1、在線(xiàn)測量技術(shù)
當今的科技是非常發(fā)達的，測量技術(shù)對一個(gè)國家的綜合發(fā)展，起著(zhù)十分重要的基礎作用。如果沒(méi)有先進(jìn)的測量技術(shù)與測量手段，就不可能有先進(jìn)的高質(zhì)量產(chǎn)品，就很難制造出單項性能及綜合性能均優(yōu)良的產(chǎn)品，更談不上發(fā)展現代高新技術(shù)。這里所涉及到的測量，具體是指機械加工生產(chǎn)過(guò)程中機械產(chǎn)品的成品及半成品的測量。按加工過(guò)程和測量過(guò)程是否在同一設備上進(jìn)行，測量方法大致可分為離線(xiàn)測量和在線(xiàn)測量?jì)煞N方式。離線(xiàn)測量，一般是在大批量生產(chǎn)中應用，適于流水生產(chǎn)線(xiàn)作業(yè)、加工與測量分別在設備上進(jìn)行，在加工設備上加工完工件后需將工件移至測量設備上進(jìn)行測量。
1.1在線(xiàn)測量技術(shù)的重要性
機械加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基層作業(yè)，是先進(jìn)制造系統中zui基本zui活躍的環(huán)節。其基本目標是在低成本、高生產(chǎn)率的條件下，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。為了實(shí)現該目標，急需研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是機械加工在線(xiàn)測量技術(shù)。特別是在多品種小批量生產(chǎn)條件下，研究先進(jìn)的在線(xiàn)測量技術(shù)，意義尤其重大。在超精密加工中，機床的精度比一般測量?jì)x器和三坐標測量機的度還高，如果把機床和合適的測量系統有機地結合起來(lái)，即可實(shí)現零件加工，又可實(shí)現工件精度的在線(xiàn)測量。這樣機床即可作加工用，又可作測量用，擴大了機床的應用范圍，又解決了零件的測量問(wèn)題。
1.2在線(xiàn)測量是并行工程的思想體現
傳統的零件測量方法是很費時(shí)的，常常采用離線(xiàn)測量。需把校測零件從加工設備轉移到測量設備上，有時(shí)在一個(gè)加工過(guò)程中甚至需要幾個(gè)來(lái)回，在很多情況下傳統方法檢測工件的費用上升，超過(guò)了工件的加工費用。邊加工邊測量，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理，這也是并行工程的思想體現。
1.3數控機床上的在線(xiàn)測量
在數控機床上采用測頭進(jìn)行測量時(shí)，先將測頭安裝在機床的主軸上，然后操作者手動(dòng)控制機床移動(dòng)，使測頭測針上的觸頭與工件表面接觸，由機床的數控系統實(shí)時(shí)地記錄并顯示主軸的位置坐標值。
2、測量誤差的來(lái)源與分類(lèi)
在任何一項測量中，無(wú)論采用多么完善的測量方法和測量器具，由于各種因素的影響，所得到的測量值總會(huì )存在誤差。就是同一臺儀器，按同一種方法，由同一測量者對同一個(gè)測量對象進(jìn)行測量，其結果往往也是不同的。因此，在任何一次測量中，所得到的測量結果，僅僅是被測量的近似值，在每次測量過(guò)程中，要考慮影響測量精度的誤差組成來(lái)源。測量誤差主要來(lái)源于以下4個(gè)方面。
2.1測量裝置誤差
測量裝置誤差，指的是量具或者量?jì)x及其附近和提供標準量值的基準件。測量器具因為本身設計上的原因，如用近似機構代替理論機構，用均勻刻度代替理論上要求的非均勻刻度，會(huì )給測量結果帶來(lái)誤差。這種誤差稱(chēng)為理論誤差。測量器具零件的制造誤差和裝配調整達不到理想狀態(tài)，也會(huì )引起測量誤差。
2.2環(huán)境誤差
由于環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生的測量誤差，被稱(chēng)為環(huán)境誤差。環(huán)境因素中溫度的影響一般比較大，因此規定：標準的測量溫度為20℃，高精度測量應在恒溫條件下進(jìn)行；溫度和濕度需視測量精度的不同，保持在不同的允許范圍內；被測體與量具都達到標準溫度后，才能進(jìn)行測量。
3、誤差分析
對數控機床在線(xiàn)測量工作過(guò)程及特點(diǎn)的分析研究表明，數控機床在線(xiàn)測量和加工的共同點(diǎn)是：測頭與刀具分別作為數控機床的一個(gè)末端件，工件作為另一個(gè)末端件，由數控機床工作部件帶動(dòng)進(jìn)行在線(xiàn)檢測或加工所必須的工作運動(dòng)，工作部件和工作運動(dòng)相同；數控機床在線(xiàn)檢測與加工的主要區別是：首先是執行部件不同，在線(xiàn)檢測的執行部件是測頭，而加工時(shí)為刀具；其次是進(jìn)行在線(xiàn)檢測時(shí)，無(wú)切削運動(dòng)，不產(chǎn)生切削力和切削熱；而測頭測量時(shí)，受測量力的影響。
3.1測頭系統誤差
測頭系統誤差主要包括由測頭的結構和測量方式所決定的測頭靜態(tài)誤差、測頭動(dòng)態(tài)誤差以及測頭在機床上的安裝誤差。測頭觸發(fā)信號通過(guò)機床與測頭接口成為數控機床可識別且反應的信號。一旦測量力消失，測頭芯體帶動(dòng)測桿在彈簧力的作用下復位。
?。?）靜態(tài)誤差。包括測頭預行程（死區誤差）和測頭重復定位誤差，它隨測桿長(cháng)度、剛度、接觸壓力的改變而改變，是一項不可忽略的誤差。測頭重復定位誤差，是測頭機構重復定位時(shí)產(chǎn)生的隨機誤差，由于觸發(fā)式測頭是一種高精度測量?jì)x器，誤差傳遞中間環(huán)節少，此項誤差很小。因此，測頭的靜態(tài)誤差主要由測頭預行程量決定。
?。?）測頭動(dòng)態(tài)誤差。根據觸發(fā)式測頭檢測過(guò)程時(shí)序和檢測誤差分析可知，測頭動(dòng)態(tài)誤差分為兩種：動(dòng)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)隨機誤差。動(dòng)態(tài)誤差與測頭檢測時(shí)的接觸速度和數控系統采樣間隔有關(guān)。
?。?）測頭安裝定位誤差。包括測頭重復定位誤差、主軸錐孔誤差、測頭錐柄誤差，并受配合面清潔程度的影響。由于重復定位誤差，可使測頭檢測產(chǎn)生離散度。除了制造安裝誤差外，用機械手換測頭（或刀具），常造成自動(dòng)換刀中的撞擊，也使主軸錐孔和測頭錐柄產(chǎn)生誤差，直接影響測頭在數控機床上的測量精度。
4、結束語(yǔ)
目前的數控機床在線(xiàn)測量系統大都是系統，缺乏通用的設計思路和概念。因此，針對目前的數控加工的要求和曲面測量的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)用于數控機床的自動(dòng)測量系統是十分迫切的。本文首先簡(jiǎn)要介紹在線(xiàn)測量技術(shù)，然后介紹了測量誤差的來(lái)源與分類(lèi)，zui后分析了系統的誤差。
1、在線(xiàn)測量技術(shù)
當今的科技是非常發(fā)達的，測量技術(shù)對一個(gè)國家的綜合發(fā)展，起著(zhù)十分重要的基礎作用。如果沒(méi)有先進(jìn)的測量技術(shù)與測量手段，就不可能有先進(jìn)的高質(zhì)量產(chǎn)品，就很難制造出單項性能及綜合性能均優(yōu)良的產(chǎn)品，更談不上發(fā)展現代高新技術(shù)。這里所涉及到的測量，具體是指機械加工生產(chǎn)過(guò)程中機械產(chǎn)品的成品及半成品的測量。按加工過(guò)程和測量過(guò)程是否在同一設備上進(jìn)行，測量方法大致可分為離線(xiàn)測量和在線(xiàn)測量?jì)煞N方式。離線(xiàn)測量，一般是在大批量生產(chǎn)中應用，適于流水生產(chǎn)線(xiàn)作業(yè)、加工與測量分別在設備上進(jìn)行，在加工設備上加工完工件后需將工件移至測量設備上進(jìn)行測量。
1.1在線(xiàn)測量技術(shù)的重要性
機械加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基層作業(yè)，是先進(jìn)制造系統中zui基本zui活躍的環(huán)節。其基本目標是在低成本、高生產(chǎn)率的條件下，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。為了實(shí)現該目標，急需研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是機械加工在線(xiàn)測量技術(shù)。特別是在多品種小批量生產(chǎn)條件下，研究先進(jìn)的在線(xiàn)測量技術(shù)，意義尤其重大。在超精密加工中，機床的精度比一般測量?jì)x器和三坐標測量機的度還高，如果把機床和合適的測量系統有機地結合起來(lái)，即可實(shí)現零件加工，又可實(shí)現工件精度的在線(xiàn)測量。這樣機床即可作加工用，又可作測量用，擴大了機床的應用范圍，又解決了零件的測量問(wèn)題。
1.2在線(xiàn)測量是并行工程的思想體現
傳統的零件測量方法是很費時(shí)的，常常采用離線(xiàn)測量。需把校測零件從加工設備轉移到測量設備上，有時(shí)在一個(gè)加工過(guò)程中甚至需要幾個(gè)來(lái)回，在很多情況下傳統方法檢測工件的費用上升，超過(guò)了工件的加工費用。邊加工邊測量，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理，這也是并行工程的思想體現。
1.3數控機床上的在線(xiàn)測量
在數控機床上采用測頭進(jìn)行測量時(shí)，先將測頭安裝在機床的主軸上，然后操作者手動(dòng)控制機床移動(dòng)，使測頭測針上的觸頭與工件表面接觸，由機床的數控系統實(shí)時(shí)地記錄并顯示主軸的位置坐標值。
2、測量誤差的來(lái)源與分類(lèi)
在任何一項測量中，無(wú)論采用多么完善的測量方法和測量器具，由于各種因素的影響，所得到的測量值總會(huì )存在誤差。就是同一臺儀器，按同一種方法，由同一測量者對同一個(gè)測量對象進(jìn)行測量，其結果往往也是不同的。因此，在任何一次測量中，所得到的測量結果，僅僅是被測量的近似值，在每次測量過(guò)程中，要考慮影響測量精度的誤差組成來(lái)源。測量誤差主要來(lái)源于以下4個(gè)方面。
2.1測量裝置誤差
測量裝置誤差，指的是量具或者量?jì)x及其附近和提供標準量值的基準件。測量器具因為本身設計上的原因，如用近似機構代替理論機構，用均勻刻度代替理論上要求的非均勻刻度，會(huì )給測量結果帶來(lái)誤差。這種誤差稱(chēng)為理論誤差。測量器具零件的制造誤差和裝配調整達不到理想狀態(tài)，也會(huì )引起測量誤差。
2.2環(huán)境誤差
由于環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生的測量誤差，被稱(chēng)為環(huán)境誤差。環(huán)境因素中溫度的影響一般比較大，因此規定：標準的測量溫度為20℃，高精度測量應在恒溫條件下進(jìn)行；溫度和濕度需視測量精度的不同，保持在不同的允許范圍內；被測體與量具都達到標準溫度后，才能進(jìn)行測量。
3、誤差分析
對數控機床在線(xiàn)測量工作過(guò)程及特點(diǎn)的分析研究表明，數控機床在線(xiàn)測量和加工的共同點(diǎn)是：測頭與刀具分別作為數控機床的一個(gè)末端件，工件作為另一個(gè)末端件，由數控機床工作部件帶動(dòng)進(jìn)行在線(xiàn)檢測或加工所必須的工作運動(dòng)，工作部件和工作運動(dòng)相同；數控機床在線(xiàn)檢測與加工的主要區別是：首先是執行部件不同，在線(xiàn)檢測的執行部件是測頭，而加工時(shí)為刀具；其次是進(jìn)行在線(xiàn)檢測時(shí)，無(wú)切削運動(dòng)，不產(chǎn)生切削力和切削熱；而測頭測量時(shí)，受測量力的影響。
3.1測頭系統誤差
測頭系統誤差主要包括由測頭的結構和測量方式所決定的測頭靜態(tài)誤差、測頭動(dòng)態(tài)誤差以及測頭在機床上的安裝誤差。測頭觸發(fā)信號通過(guò)機床與測頭接口成為數控機床可識別且反應的信號。一旦測量力消失，測頭芯體帶動(dòng)測桿在彈簧力的作用下復位。
?。?）靜態(tài)誤差。包括測頭預行程（死區誤差）和測頭重復定位誤差，它隨測桿長(cháng)度、剛度、接觸壓力的改變而改變，是一項不可忽略的誤差。測頭重復定位誤差，是測頭機構重復定位時(shí)產(chǎn)生的隨機誤差，由于觸發(fā)式測頭是一種高精度測量?jì)x器，誤差傳遞中間環(huán)節少，此項誤差很小。因此，測頭的靜態(tài)誤差主要由測頭預行程量決定。
?。?）測頭動(dòng)態(tài)誤差。根據觸發(fā)式測頭檢測過(guò)程時(shí)序和檢測誤差分析可知，測頭動(dòng)態(tài)誤差分為兩種：動(dòng)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)隨機誤差。動(dòng)態(tài)誤差與測頭檢測時(shí)的接觸速度和數控系統采樣間隔有關(guān)。
?。?）測頭安裝定位誤差。包括測頭重復定位誤差、主軸錐孔誤差、測頭錐柄誤差，并受配合面清潔程度的影響。由于重復定位誤差，可使測頭檢測產(chǎn)生離散度。除了制造安裝誤差外，用機械手換測頭（或刀具），常造成自動(dòng)換刀中的撞擊，也使主軸錐孔和測頭錐柄產(chǎn)生誤差，直接影響測頭在數控機床上的測量精度。
4、結束語(yǔ)
目前的數控機床在線(xiàn)測量系統大都是系統，缺乏通用的設計思路和概念。因此，針對目前的數控加工的要求和曲面測量的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)用于數控機床的自動(dòng)測量系統是十分迫切的。本文首先簡(jiǎn)要介紹在線(xiàn)測量技術(shù)，然后介紹了測量誤差的來(lái)源與分類(lèi)，zui后分析了系統的誤差。