精密加工與特種加工Precisionandultraprecisionmachining第四講在線檢測與誤差補(bǔ)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(bǔ)償方法在線檢測與誤差補(bǔ)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(jìn)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(bǔ)償，用相應(yīng)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(jī)床上取下，在機(jī)床旁或在檢測室中進(jìn)行檢測。2.在位檢測

工件加工完畢后，在機(jī)床上不卸下工件的情況下進(jìn)行檢測。3.在線檢測

工件在加工過程中的同時(shí)進(jìn)行檢測，又稱主動(dòng)檢測、動(dòng)態(tài)檢測。2023/2/1在線檢測特點(diǎn)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(shí)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(dòng)運(yùn)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(bǔ)償2）間接檢測系統(tǒng)：檢測產(chǎn)生加工誤差的誤差源，并補(bǔ)償2023/2/1三、誤差補(bǔ)償技術(shù)1.誤差補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

在機(jī)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(bǔ)償。從狹義的角度分析：誤差修正（校正）是指對測量、計(jì)算、預(yù)測所得的誤差進(jìn)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(xiàng)誤差；誤差抵消是指兩個(gè)或更多個(gè)誤差的相互抵消；誤差補(bǔ)償是對一尺寸、形狀、位置差值的補(bǔ)足。2023/2/12.誤差補(bǔ)償?shù)念愋停?）實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償—加工過程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行誤差檢測，并緊接著進(jìn)行誤差補(bǔ)償，不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差。非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償—只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。（2）軟件與硬件誤差補(bǔ)償軟件補(bǔ)償—通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由數(shù)控隨動(dòng)系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動(dòng)作。軟件與硬件補(bǔ)償?shù)膮^(qū)分是看補(bǔ)償信息是由軟件還是硬件產(chǎn)生的。2023/2/12.誤差補(bǔ)償?shù)念愋停?）單項(xiàng)與綜合誤差補(bǔ)償綜合誤差補(bǔ)償是同時(shí)補(bǔ)償幾項(xiàng)誤差，比單項(xiàng)誤差補(bǔ)償要復(fù)雜，但效率高、效果好。（4）單維與多維誤差補(bǔ)償多維誤差補(bǔ)償是在多坐標(biāo)上進(jìn)行誤差補(bǔ)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(bǔ)償技術(shù)。2023/2/13.誤差補(bǔ)償過程1）反復(fù)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(xiàng)目。2）進(jìn)行誤差信號(hào)的處理，去除干擾信號(hào)，分離不需要的誤差信號(hào)，找出工件加工誤差與在補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償量之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。3）選擇或設(shè)計(jì)合適的誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便在補(bǔ)償點(diǎn)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。4）驗(yàn)證誤差補(bǔ)償?shù)男ЧM(jìn)行必要的調(diào)試，保證達(dá)到預(yù)期要求。2023/2/11）誤差信號(hào)的檢測2）誤差信號(hào)的處理3）誤差信號(hào)的建模4）補(bǔ)償控制5）補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)12345計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)組成示意圖1－誤差信號(hào)檢測2－誤差信號(hào)處理3－誤差信號(hào)建模4－補(bǔ)償控制5－補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)4.誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的組成2023/2/15.誤差補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展1）預(yù)報(bào)型補(bǔ)償

Fore－castingCompensatoryControl－FCC技術(shù)，利用在線隨機(jī)建模理論、先進(jìn)的傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微位移技術(shù)等，對誤差進(jìn)行建模和預(yù)報(bào)，對動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。2）綜合型補(bǔ)償對工件尺寸、形狀和位置誤差同時(shí)進(jìn)行綜合補(bǔ)償，其中包括對尺寸、形狀和位置一種誤差中的多項(xiàng)誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。2023/2/1第2節(jié)在線檢測與誤差補(bǔ)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(diǎn)法

建立如圖所示的直角坐標(biāo)系。O1點(diǎn)的極坐標(biāo)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(hào)分別為A(θ)、B(θ)、C(θ)，則2023/2/1

消去x(θ)和y(θ)得三點(diǎn)法誤差分離基本方程為2023/2/1測量時(shí)，若取采樣點(diǎn)數(shù)為N，則令并將離散化最后求得任意時(shí)刻機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)誤差，起點(diǎn)電路提供一個(gè)作為角度位置的起始點(diǎn)信號(hào)。2023/2/1轉(zhuǎn)位法—反轉(zhuǎn)法測量時(shí)只作一次轉(zhuǎn)位，共測得兩組數(shù)據(jù)式中若整個(gè)檢測裝置的檢測重復(fù)性好，則可得2023/2/1閉合等角轉(zhuǎn)位法每次轉(zhuǎn)位時(shí)，測頭不動(dòng)，工件相對于軸系轉(zhuǎn)角，共測m個(gè)位置，，可得m組數(shù)據(jù)當(dāng)m很大時(shí)，的平均值忽略不計(jì)，可得回轉(zhuǎn)軸系平均運(yùn)動(dòng)誤差2023/2/1對稱轉(zhuǎn)位法在0度位置測完后，測頭不動(dòng)，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(jìn)行，在第二次測量時(shí)，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(fù)性好，可認(rèn)為可得2023/2/1平移法測量分兩次進(jìn)行，在第二次測量時(shí)，工件平移一個(gè)步距S，得到兩組數(shù)據(jù)若機(jī)床和檢測裝置重復(fù)性好，可認(rèn)為可得2023/2/1兩點(diǎn)法取步距S為兩測頭的間距進(jìn)行測量，若將機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)部件的角運(yùn)動(dòng)誤差忽略不計(jì)，則得到2023/2/1三點(diǎn)法用間距為步距S的三個(gè)測頭進(jìn)行測量，則考慮機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)部件角運(yùn)動(dòng)誤差，得到3組方程2023/2/1三點(diǎn)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(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)用1.車削工件圓度和圓柱度的誤差補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償補(bǔ)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(bǔ)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