有關數控機床的測量技(jì )術與分(fēn)析探讨

  　我們為(wèi)了保證數控機床這樣的高度自動化設備連續可(kě)靠的工作(zuò)，需要具有自動檢測的功能(néng)。現代制造工業的發展，對數控機床的在線(xiàn)檢測技(jì )術提出了更高的要求，要實現數控機床高精(jīng)度在線(xiàn)檢測，應對監測系統的組成、工作(zuò)原理(lǐ)及主要誤差進行仔細地分(fēn)析，才可(kě)能(néng)盡量避免誤差，或根據這些來源情況采取相應的措施，以對誤差進行補償，實現計算機輔助數控機床高精(jīng)度在線(xiàn)測量。
　　1、在線(xiàn)測量技(jì )術　　
　　當今的科(kē)技(jì )是非常發達的，測量技(jì )術對一個國(guó)家的綜合發展，起着十分(fēn)重要的基礎作(zuò)用(yòng)。如果沒有先進的測量技(jì )術與測量手段，就不可(kě)能(néng)有先進的高質(zhì)量産品，就很(hěn)難制造出單項性能(néng)及綜合性能(néng)均優良的産品，更談不上發展現代高新(xīn)技(jì )術。這裏所涉及到的測量，具體(tǐ)是指機械加工生産過程中機械産品的成品及半成品的測量。按加工過程和測量過程是否在同一設備上進行，測量方法大緻可(kě)分(fēn)為(wèi)離線(xiàn)測量和在線(xiàn)測量兩種方式。離線(xiàn)測量，一般是在大批量生産中應用(yòng)，适于流水生産線(xiàn)作(zuò)業、加工與測量分(fēn)别在專用(yòng)設備上進行，在加工設備上加工完工件後需将工件移至測量設備上進行測量。
　　1.1在線(xiàn)測量技(jì )術的重要性
　　機械加工是先進制造技(jì )術的基層作(zuò)業，是先進制造系統中zui基本zui活躍的環節。其基本目标是在低成本、高生産率的條件下，保證産品的質(zhì)量。為(wèi)了實現該目标，急需研究開發的關鍵技(jì )術之一就是機械加工在線(xiàn)測量技(jì )術。特别是在多(duō)品種小(xiǎo)批量生産條件下，研究先進的在線(xiàn)測量技(jì )術，意義尤其重大。在超精(jīng)密加工中，機床的精(jīng)度比一般測量儀器和三坐(zuò)标測量機的度還高，如果把機床和合适的測量系統有機地結合起來，即可(kě)實現零件加工，又可(kě)實現工件精(jīng)度的在線(xiàn)測量。這樣機床即可(kě)作(zuò)加工用(yòng)，又可(kě)作(zuò)測量用(yòng)，擴大了機床的應用(yòng)範圍，又解決了零件的測量問題。
    1.2在線(xiàn)測量是并行工程的思想體(tǐ)現　　
　　傳統的零件測量方法是很(hěn)費時的，常常采用(yòng)離線(xiàn)測量。需把校測零件從加工設備轉移到測量設備上，有時在一個加工過程中甚至需要幾個來回，在很(hěn)多(duō)情況下傳統方法檢測工件的費用(yòng)上升，超過了工件的加工費用(yòng)。邊加工邊測量，及時發現問題及時處理(lǐ)，這也是并行工程的思想體(tǐ)現。　　
　　1.3數控機床上的在線(xiàn)測量　　
　　在數控機床上采用(yòng)測頭進行測量時，先将測頭安(ān)裝(zhuāng)在機床的主軸上，然後操作(zuò)者手動控制機床移動，使測頭測針上的觸頭與工件表面接觸，由機床的數控系統記錄并顯示主軸的位置坐(zuò)标值。　　
　　2、測量誤差的來源與分(fēn)類　　
　　在任何一項測量中，無論采用(yòng)多(duō)麽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存在誤差。就是同一台儀器，按同一種方法，由同一測量者對同一個測量對象進行測量，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，在每次測量過程中，要考慮影響測量精(jīng)度的誤差組成來源。測量誤差主要來源于以下4個方面。　　
　　2.1測量裝(zhuāng)置誤差　　
　　測量裝(zhuāng)置誤差，指的是量具或者量儀及其附近和提供标準量值的基準件。測量器具因為(wèi)本身設計上的原因，如用(yòng)近似機構代替理(lǐ)論機構，用(yòng)均勻刻度代替理(lǐ)論上要求的非均勻刻度，會給測量結果帶來誤差。這種誤差稱為(wèi)理(lǐ)論誤差。測量器具零件的制造誤差和裝(zhuāng)配調整達不到理(lǐ)想狀态，也會引起測量誤差。　　
　　2.2環境誤差　　
　　由于環境因素的影響而産生的測量誤差，被稱為(wèi)環境誤差。環境因素中溫度的影響一般比較大，因此規定：标準的測量溫度為(wèi)20℃，高精(jīng)度測量應在恒溫條件下進行；溫度和濕度需視測量精(jīng)度的不同，保持在不同的允許範圍内；被測體(tǐ)與量具都達到标準溫度後，才能(néng)進行測量。　　
　　3、誤差分(fēn)析　　
　　對數控機床在線(xiàn)測量工作(zuò)過程及特點的分(fēn)析研究表明，數控機床在線(xiàn)測量和加工的共同點是：測頭與刀(dāo)具分(fēn)别作(zuò)為(wèi)數控機床的一個末端件，工件作(zuò)為(wèi)另一個末端件，由數控機床工作(zuò)部件帶動進行在線(xiàn)檢測或加工所必須的工作(zuò)運動，工作(zuò)部件和工作(zuò)運動相同；數控機床在線(xiàn)檢測與加工的主要區(qū)别是：首先是執行部件不同，在線(xiàn)檢測的執行部件是測頭，而加工時為(wèi)刀(dāo)具；其次是進行在線(xiàn)檢測時，無切削運動，不産生切削力和切削熱；而測頭測量時，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态誤差、測頭動态誤差以及測頭在機床上的安(ān)裝(zhuāng)誤差。測頭觸發信号通過機床與測頭接口成為(wèi)數控機床可(kě)識别且反應的信号。一旦測量力消失，測頭芯體(tǐ)帶動測杆在彈簧力的作(zuò)用(yòng)下複位。  　　（1）靜态誤差。包括測頭預行程（死區(qū)誤差）和測頭重複定位誤差，它随測杆長(cháng)度、剛度、接觸壓力的改變而改變，是一項不可(kě)忽略的誤差。測頭重複定位誤差，是測頭機構重複定位時産生的随機誤差，由于觸發式測頭是一種高精(jīng)度測量儀器，誤差傳遞中間環節少，此項誤差很(hěn)小(xiǎo)。因此，測頭的靜态誤差主要由測頭預行程量決定。
　　（2）測頭動态誤差。根據觸發式測頭檢測過程時序和檢測誤差分(fēn)析可(kě)知，測頭動态誤差分(fēn)為(wèi)兩種：動态誤差和動态随機誤差。動态誤差與測頭檢測時的接觸速度和數控系統采樣間隔有關。
　　（3）測頭安(ān)裝(zhuāng)定位誤差。包括測頭重複定位誤差、主軸錐孔誤差、測頭錐柄誤差，并受配合面清潔程度的影響。由于重複定位誤差，可(kě)使測頭檢測産生離散度。除了制造安(ān)裝(zhuāng)誤差外，用(yòng)機械手換測頭（或刀(dāo)具），常造成自動換刀(dāo)中的撞擊，也使主軸錐孔和測頭錐柄産生誤差，直接影響測頭在數控機床上的測量精(jīng)度。

　　　4、結束語
　　　目前的數控機床在線(xiàn)測量系統大都是專用(yòng)系統，缺乏通用(yòng)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際需求，開發用(yòng)于數控機床的自動測量系統是十分(fēn)迫切的。本文(wén)首先簡要介紹在線(xiàn)測量技(jì )術，然後介紹了測量誤差的來源與分(fēn)類，最後分(fēn)析了系統的誤差。