精密特种加工第5讲在线检测与误差补偿.ppt
精密加工与特种加工,Precision and ultraprecision machining,第四讲 在线检测与误差补偿技术,（超）精密加工与特种加工,2023/10/21,概述在线检测与误差补偿方法,在线检测与误差补偿技术,2023/10/21,一、保证零件加工精度的途径,保证零件加工精度的途径：1）“蜕化”原则，或称“母性”原则。2）“进化”原则，或称“创造性”原则。提高加工精度的途径：1）隔离和消除误差；2）误差补偿，用相应的措施去钝化、抵消、均化误差，使误差减小。,第1节 概述,2023/10/21,二、加工精度的检测,1.离线检测,工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中进行检测。,2.在位检测,工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行检测。,3.在线检测,工件在加工过程中的同时进行检测，又称主动检测、动态检测。,2023/10/21,在线检测特点,1）能够连续检测加工过程中的变化，了解在加工过程中误差分布和发展；2）检测结果能反映实际加工情况；3）在线检测的难度较大；4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能要求较高；5）一般是自动运行，形成在线检测系统。,在线检测类型,1）直接检测系统：直接检测工件的加工误差，并补偿2）间接检测系统：检测产生加工误差的误差源，并补偿,2023/10/21,三、误差补偿技术,1.误差补偿的概念,在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、钝化等措施使误差减小或消除误差补偿。从狭义的角度分析：误差修正（校正）是指对测量、计算、预测所得的误差进行修正（校正)；误差分离是指从综合测量所得的误差中分离出所需的单项误差；误差抵消是指两个或更多个误差的相互抵消；误差补偿是对一尺寸、形状、位置差值的补足。,2023/10/21,2.误差补偿的类型,（1）实时与非实时误差补偿 实时误差补偿加工过程中，实时进行误差检测，并紧接着进行误差补偿，不仅可以补偿系统误差，且可以补偿随机误差。非实时误差补偿只能补偿系统误差。（2）软件与硬件误差补偿 软件补偿通过计算机对所建立的数学模型进行运算后，发出运动指令，由数控随动系统完成误差补偿动作。软件与硬件补偿的区分是看补偿信息是由软件还是硬件产生的。,2023/10/21,2.误差补偿的类型,（3）单项与综合误差补偿 综合误差补偿是同时补偿几项误差，比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。（4）单维与多维误差补偿 多维误差补偿是在多坐标上进行误差补偿，难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差补偿技术。,2023/10/21,3.误差补偿过程,1）反复检测出现的误差并分析，找出规律，找出影响误差的主要因素，确定误差项目。2）进行误差信号的处理，去除干扰信号，分离不需要的误差信号，找出工件加工误差与在补偿点的补偿量之间的关系，建立相应的数学模型。3）选择或设计合适的误差补偿控制系统和执行机构，以便在补偿点实现补偿运动。4）验证误差补偿的效果，进行必要的调试，保证达到预期要求。,2023/10/21,1）误差信号的检测2）误差信号的处理3）误差信号的建模4）补偿控制5）补偿执行机构,1,2,3,4,5,计算机控制系统,误差补偿系统组成示意图,1误差信号检测 2误差信号处理 3误差信号建模 4补偿控制 5补偿执行机构,4.误差补偿系统的组成,2023/10/21,5.误差补偿技术的发展,1）预报型补偿 Forecasting Compensatory ControlFCC技术，利用在线随机建模理论、先进的传感技术、计算机技术、微位移技术等，对误差进行建模和预报，对动态误差进行实时补偿。2）综合型补偿 对工件尺寸、形状和位置误差同时进行综合补偿，其中包括对尺寸、形状和位置一种误差中的多项误差进行综合补偿。,2023/10/21,第2节 在线检测与误差补偿方法,一、形状位置误差的在线检测,1.外圆、孔类形状位置误差的测量方法,三点法,建立如图所示的直角坐标系。O1点的极坐标为x()和y()。s()为被测工件的轮廓形状误差。测微仪A、B、C的输出信号分别为A()、B()、C()，则,2023/10/21,消去x()和y()得三点法误差分离基本方程为,2023/10/21,测量时，若取采样点数为N，则令,并将,离散化,最后求得任意时刻机床主轴回转运动误差,只有在主轴回转完整一周后，才能求得回转误差,2023/10/21,转位法,采用圆光栅测量角度位置，用测微仪（测头传感器）测量工件形状误差和回转轴系运动误差，起点电路提供一个作为角度位置的起始点信号。,2023/10/21,转位法反转法,测量时只作一次转位，共测得两组数据,式中,若整个检测装置的检测重复性好，则,可得,2023/10/21,闭合等角转位法,每次转位时，测头不动，工件相对于轴系转 角，共测m个位置，可得m组数据,当m很大时，的平均值忽略不计，可得回转轴系平均运动误差,2023/10/21,对称转位法,在0度位置测完后，测头不动，工件相对于轴系各作一次、转位角，取转位角等于采样间隔角，共得3组数据,(1),(2),(3),2023/10/21,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）,2023/10/21,2.平面类形状位置误差的测量方法,反转法,测量分两次进行，在第二次测量时，工件转过180度，得到两组数据,式中,2023/10/21,若检测装置重复性好，可认为,可得,2023/10/21,平移法,测量分两次进行，在第二次测量时，工件平移一个步距S，得到两组数据,若机床和检测装置重复性好，可认为,可得,2023/10/21,两点法,取步距S为两测头的间距进行测量，若将机床直线运动部件的角运动误差 忽略不计，则得到,2023/10/21,三点法,用间距为步距S的三个测头进行测量，则考虑机床直线运动部件角运动误差，得到3组方程,2023/10/21,三点法,将式（1）与式（3）相加后减去2倍的式（2）得,（1）,（2）,（3）,2023/10/21,二、在线检测与误差补偿系统应用,1.车削工件圆度和圆柱度的误差补偿,工件圆度误差平均减小40，工件圆柱度误差平均减小23,2023/10/21,2.磨削工件圆度的误差补偿,工件圆度误差由0.74m减少到0.375 m。,2023/10/21,3.镗削工件内孔圆柱度的误差补偿,补偿后的内孔圆柱度误差减少了5664,2023/10/21,4.立铣工件直线度的误差补偿,该系统直线度误差减少了80。,2023/10/21,5.数控立铣工件平面度的误差补偿,平面度误差减少了80,2023/10/21,6.精密丝杠螺距的误差补偿,主轴,溜板,压电陶瓷,单个螺距误差可减少89,2023/10/21,本讲结束,2023/10/21,这是500纳米的测微头。,2023/10/21,日本三丰的100纳米级的测微头。,2023/10/21,这是三维移动台，精度微米级。,
