超精密车床加工端面实时误差补偿及平面度测量系统.pdf

超精密车床加工端面实时误差补偿
及平面度测量系统

哈尔滨工业大学王清明卢泽生董申

摘要本文提出了一种超精密车床加工端面实时误差补偿方法,并对工件加工表面进行在线
测量,用最小二乘方法计算平面度误差,结果表明零件平面度改善了62%,证明所提方法是可行
的。
关键词:超精密车床端面加工实时误差补偿平面度测量

200mm,在这台机床上加工高精度端面,采
1概述
用了实时误差补偿技术。在超精密机床上,
误差补偿和在线测量技术是机械加工中在刀具的位置上换成传感器,即可实现加工
的重要研究方向,是实现质量保证和加工测零件的测量,这样机床既可作加工用,又能作
量一体化的技术关键。随着微进给技术、测测量用,扩大了超精密机床的应用范围,也解
量技术、微电子和计算机技术的发展,误差补决零件测量的难题[1],因此开发在线测量技
偿和在线测量技术的效果愈来愈高,已经公术且有重要意义。
认为在一定机床制造精度基础上进一步提高
2误差补偿原理
和保证加工精度的主要手段。平面度是零件
的一个非常重要的技术要求,对于某些特殊在超精密车削加工中,影响零件加工精
零件平面度要求很高,如惯导系统中支撑板度的因素很多,如果不进行综合分析和控制,
要求平面度误差F0113μm,激光陀螺平面反每个因素都可能成为影响加工精度的主要原
射镜要求平面度误差在0103～0106μm。哈因而使零件精度超差,因此在补偿加工前对
尔滨工业大学承担了加工高精度平面镜的任机床的所有误差源进行综合分析,搞清楚每
务,新研制的亚微米超精密数控车床已通过个误差源对零件加工精度的影响,再基于影
鉴定,其导轨直线度误差指标规定F012μm/

图1T型布局的超精密金刚石车床俯视图图2X溜板运动直线度误差

1998年第10期15

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响不同加工表面的误差源不同[2],在加工不加工平面度的主要因素是:X溜板运动直线
同表面时,有针对性地分析影响所加工表面度误差;主轴轴线和X溜板运动轴线的垂直
加工精度的误差源,然后对这些误差源进行度误差。
综合控制,以提高所加工表面的加工精度。由于在实测过程中发现溜板的直线度误
如图1所示,超精密车床加工端面时影响加差随机性成分较大,因此在补偿过程中,决定
工精度的因素如下:实时测量X溜板的直线度误差,激光器的采

X溜板运动直线度误差;主轴角摆和轴样值用δ1表示;直接测量主轴轴线和X溜

向窜动误差;主轴热伸长;主轴轴线和X溜板运动轴线的垂直度误差δ2不便,因此通过
板运动轴线的垂直度;在切削力作用下Z溜测量已加工零件的方法得到该误差值,这样
板和主轴线的轴向位移以及X溜板的径向准确测量X溜板的直线度误差及主轴轴线
位移;刀具磨损。和X溜板运动轴线的垂直度误差就成为实
经实测X溜板运动的导轨直线度误差现实时误差补偿的关键。X溜板的直线度
为0114μm/50mm,测量方法如图5所示,具误差采用激光测量得到,为了克服溜板转动
体测量值如图2所示,测量采样间隔为带来的误差,把渥拉斯顿棱镜和刀尖同轴线
[3]
0130s,X溜板运动速度为150mm/min;主轴地安装在刀架上,同时为了避免加工中冷
轴线和X溜板运动轴线的垂直度误差通过却液和气流对测量的影响而采用一定的封闭
测量加工零件确定,这是一个很重要的误差措施。在补偿加工前,首先多次测量X溜板

源,在机床安装调整时,保证该项指标≤1″是的直线度,拟合出趋势项δ3,以便在补偿时
困难的,经计算知道当主轴轴线和溜板运动剔除,主轴轴线和X溜板运动轴线的垂直度

轴线的垂直度误差等于1″时,在车削直径为造成的误差δ2由图3计算,α为垂直度误

100mm的端面时引起的平面度误差为差,这样在某点的补偿量为:δ=δ1+δ2-δ3

0124μm;主轴轴向窜动≤0104μm;主轴角摆其中,δ1为X溜板的直线度误差

对加工平面度的影响是二次误差,再加上零δ2为主轴轴线和X溜板运动轴线的垂
件轴向距离很短,只有5mm,所以影响较小;直度误差

由于采用磁性联轴器把电机和主轴隔离,机δ3为误差趋势项
床所用的径向轴承和推力轴承均为气浮轴承
3补偿加工实验
并采用主动冷却,主轴在1500r/min转速下
连续工作3小时,热伸长经实测相对而言很311实验条件
小;主轴轴向刚度≥160N/μm,Z溜板轴向材料:铝圆盘,直径ª100mm,厚10mm;
刚度≥150N/μm,X溜板径向刚度主轴转速:1200r/min;进给量:
≥150N/μm,而切削力只有几十克,所以影011mm/s;切削深度:3μm;
响也较小。由以上分析知道:影响零件端面所用