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（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、動態檢測。2023/2/1在線檢測特點1）能夠連續檢測加工過程中的變化，了解在加工過程中誤差分布和發展；2）檢測結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。在線檢測類型1）直接檢測系統：直接檢測工件的加工誤差，并補償2）間接檢測系統：檢測產生加工誤差的誤差源，并補償2023/2/1三、誤差補償技術1.誤差補償的概念

在機械加工中出現的誤差采用修正、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.誤差補償的類型（1）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，不僅可以補償系統誤差，且可以補償隨機誤差。非實時誤差補償—只能補償系統誤差。（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學模型進行運算后，發出運動指令，由數控隨動系統完成誤差補償動作。軟件與硬件補償的區分是看補償信息是由軟件還是硬件產生的。2023/2/12.誤差補償的類型（3）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，是近幾年來發展起來的誤差補償技術。2023/2/13.誤差補償過程1）反復檢測出現的誤差并分析，找出規律，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系，建立相應的數學模型。3）選擇或設計合適的誤差補償控制系統和執行機構，以便在補償點實現補償運動。4）驗證誤差補償的效果，進行必要的調試，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）補償執行機構12345計算機控制系統誤差補償系統組成示意圖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－補償執行機構4.誤差補償系統的組成2023/2/15.誤差補償技術的發展1）預報型補償

Fore－castingCompensatoryControl－FCC技術，利用在線隨機建模理論、先進的傳感技術、計算機技術、微位移技術等，對誤差進行建模和預報，對動態誤差進行實時補償。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，若取采樣點數為N，則令并將離散化最后求得任意時刻機床主軸回轉運動誤差只有在主軸回轉完整一周后，才能求得回轉誤差2023/2/1轉位法

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轉位法—反轉法測量時只作一次轉位，共測得兩組數據式中若整個檢測裝置的檢測重復性好，則可得2023/2/1閉合等角轉位法每次轉位時，測頭不動，工件相對于軸系轉角，共測m個位置，，可得m組數據當m很大時，的平均值忽略不計，可得回轉軸系平均運動誤差2023/2/1對稱轉位法在0度位置測完后，測頭不動，工件相對于軸系各作一次、轉位角，取轉位角等于采樣間隔角，共得3組數據(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法測量分兩次進行，在第二次測量時，工件轉過180度，得到兩組數據

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，得到兩組數據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.鏜削工件內孔圓柱度的誤差補償補償后的內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直線度誤差減少了80％。2023/2/15.數控立銑工件平面度