重庆大学精密与特种加工课件第六章.ppt

精密和超精密加工技术 周杰 2010年3月 6.1 概述 6.2 在线检测与误差补偿方法 6.3 微位移技术 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％ 第3节 微位移技术 一、微位移系统及应用 微位移系统由微位移机构、检测装置和控制系统组成，为了实现小行程、高灵敏度和高精度的位移。 微位移机构是实现微位移的执行机构，其核心部分是微位移器件；检测装置是用来测量微位移的移动量及其精度，在闭环系统中作为反馈信号；控制系统用来控制整个系统的工作，通过控制策略实现需求的技术性能指标。 1）微进给 2）误差补偿 3）精密调整 二、微位移机构的类型 三、典型微位移工作台 1.平行弹性导轨微位移工作台 若步进电动机的输入位移为 ，微动工作台的输出位移为 ，两个弹簧的刚度分别为 ，则 2.电磁控制微位移工作台 3.磁致伸缩微位移工作台 放置于磁场中的材料发生尺寸和形状变化的现象—磁致伸缩效应。 磁致伸缩机构是利用铁磁材料在磁场的作用下产生微伸长运动来实现微位移的，改变磁场强度可控制伸长率，但铁磁材料在磁场的作用下，除了产生磁致伸缩外，还伴有发热伸长。 4.电致伸缩微位移工作台 电介质在外电场的作用下，由于感应极化的作用而产生应变，其应变大小与电场强度的平方成正比，其应变方向与电场方向无关—电致伸缩效应。 电致伸缩材料：铌镁酸铅系列（PMN）、弛豫铁电体、双弛豫铁电体、PZT铁电陶瓷系列等。 电致伸缩器件具有结构紧凑、体积小、分辨率高、无发热现象、控制简单等特点。 5.压电效应微位移工作台 电介质受到机械应力作用时，会产生电极化，电极化的大小与施加的机械应力成正比，电极化的方向随应力的方向而改变—正压电效应。 电介质在外电场的作用下，将产生应变，应变大小与电场大小成正比，应变方向与电场方向有关，当电场的方向改变时，应变的方向也随着改变—逆压电效应。 压电材料：铁电晶体和压电晶体两类。常用的压电晶体有钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷（PZT）。 * * Precision and ultraprecision machining 第6章 在线检测与误差补偿技术 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 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。 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 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。 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。 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。 3.误差补偿过程 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