工具机静态空间误差及动态循圆量测之应用研究.PDF

工程科技與教育學刊 第六卷 第三期 民國九十八年九月 第 295 ～308 頁 工具機靜態空間誤差與動態循圓量測之應用研究 許富銓 1 、吳金舫1 、呂育廷1 、莊 殷1 、林英傑2 1. 金屬工業研究發展中心 精微成形研發處模具組 2. 金屬工業研究發展中心 精微成形研發處 E-mail : fchsu@mail.mirdc.org.tw 摘 要 本文主旨在於建立工具機之靜態空間定位誤差量測與動態循圓量測機制。空間定位誤差量測乃藉由金 屬中心－精微模具與成形共用實驗室之 Agie-Charmilles 微細線切割機台進行實際量測驗證，並以德國規範 VDI 3441 作為精度評估標準，包含反向誤差（reversal error, U ）、定位不確定度（positional uncertainly, P ）、 定位散佈度（positional scatter, Ps ）與位置偏差（positional deviation, Pa ）；動態循圓量測則在三軸微細雕刻 工具機上，探討不同進給速度對運動精度結果之影響，最後透過專業軟體 Polarcheck 分析機台主要動態誤 差來源，包括背隙（backlash ）、軸轉向凸波（axis spike ）、伺服追隨誤差（servo mismatch ）、真直度誤差 （squareness error ）、黏滯滑動運動誤差（stick slip ）及振動（vibration ）等。透過本研究之分析，可掌握工 具機的靜態與動態特性，有助於未來工具機台誤差補償模式的建立與發展。 關鍵詞：空間定位誤差量測、動態循圓量測、德國規範 VDI 3441 1. 前 言 量測是一切科學發展的根基，所有的工程應用與發展皆需透過精確的量測方法來提供客觀的實驗數 據，以利後續的演繹驗證與歸納分析。空間誤差量測與補償技術是隨著精密系統發展與加工精度不斷要求 提升，所發展出的一門技術。除了在設計、製造、組裝濟上需有創新技術之研發與應用外，還需要考慮各 種誤差源的影響方式，及如何消除其影響 [1] 、[2] 、[3] 。 針對各種誤差源，各國專家學者採用兩種主要之解決途徑：一、誤差可隔離途徑：通過分析與診斷各 種誤差源，可採用針對性之硬技術使誤差源得以消除或減少，如採用嚴格的溫度控制、隔震措施及環境控 制等來消除或減少系統外誤差源影響，並且提高設備關鍵零組件之製造精度，減少系統內誤差源影響。二、 誤差可補償途徑：誤差源可透過測試經驗與相關技術檢測出，誤差有確定的特點且自身表現規律，並規律 影響精度與量測之結果。在不改變系統環境與設備主要結構的前提下，透過補償方法的加入，便可利用其 誤差的特點與規律，大大的減弱誤差源的影響，此即為誤差補償軟技術的應用。 由於硬技術之誤差可隔離途徑，需投入大量的硬體設備以提高關件零組件之加工精度，耗費成本甚高， 因此本研究針對靜態空間定位誤差量測與動態循圓量測進行研究，有助於工具機台誤差補償模式的建立與 發展。 1.1 空間誤差量測與補償技術之現況 機台單軸運動所產生的空間誤差量共有六個，包含移動誤差及角度誤差，移動誤差為直線定位誤差 （position error ）、垂直真直度誤差（vertical straightness error ）、水平真直度誤差（horizontal straightness error ），角度誤差為俯仰角（pitch ）、偏搖角（yaw ）、橫轉角（roll ）等，又 X 、Y 、Z 三軸共有三個垂直度 誤差（squareness error ），分別為X-Y 、Y-Z 、Z-X ，因此三軸共有21 個空間誤差量，如圖 1 所示。 ©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851 296 許富銓、吳金舫、呂育廷、莊 殷、林英傑 目前美國及國際規範