龍崗大運(yùn)三坐標(biāo)測(cè)量 CMM尺寸測(cè)量分析
為了提高生產(chǎn)率，在加工零件的同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)該零件進(jìn)行測(cè)量似乎合情合理。畢竟，機(jī)床上一般都有測(cè)量所需的軸系和足夠的工作空間，并通常配備有觸發(fā)式機(jī)床測(cè)頭。然而，在機(jī)測(cè)量的效果往往并不盡如人意。為什么高精度的機(jī)床測(cè)頭測(cè)量后仍然需要在專用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）上進(jìn)行呢？
與金屬切削機(jī)床一樣，CMM尺寸檢測(cè)測(cè)量的精度也會(huì)受到經(jīng)濟(jì)可行性的限制。然而，與機(jī)床不同的是，CMM尺寸測(cè)量通過(guò)對(duì)整個(gè)工作空間進(jìn)行基于計(jì)算機(jī)的誤差補(bǔ)償（即空間誤差補(bǔ)償），可以實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量精度。例如，一臺(tái)CMM制造完成后，要用激光干涉儀精確測(cè)出其誤差圖，對(duì)直線度、垂直度、直線定位精度和角度誤差的誤差函數(shù)進(jìn)行測(cè)量并制成誤差表。由于CMM的零部件幾何尺寸可視為恒定不變，因此可以利用測(cè)量軟件對(duì)這些誤差進(jìn)行合并和修正。雖然空間誤差補(bǔ)償技術(shù)已在CMM上普遍采用，但對(duì)加工機(jī)床來(lái)說(shuō)，對(duì)滾珠絲杠誤差以外的其他誤差項(xiàng)進(jìn)行修正的情況并不多見(jiàn)。
那么，對(duì)機(jī)床進(jìn)行空間誤差補(bǔ)償為何難度更大呢？由于機(jī)床的零部件幾何尺寸并非恒定不變，因此使其在至少四個(gè)重要方面與三坐標(biāo)測(cè)量（CMM）明顯不同。
CMM通常都放置在嚴(yán)格控制溫度的工作環(huán)境中。計(jì)量室的溫度通常保持在20℃（規(guī)定的尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溫度），一般都配備有空調(diào)裝置、隔溫門(mén)和專門(mén)的溫控系統(tǒng)，以保證溫度的波動(dòng)范圍很?。ㄍǔ榱泓c(diǎn)幾度）。在對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量之前，需要預(yù)先"等溫"一使被測(cè)工件的溫度與計(jì)量溫度*相同。
而機(jī)床的加工環(huán)境往往對(duì)溫度缺乏嚴(yán)格的控制。陽(yáng)光可能會(huì)從窗戶照進(jìn)室內(nèi)，通向室外的門(mén)可能是敞開(kāi)的。雖然加工車間通常都比較熱，但只有少數(shù)車間裝有空調(diào)。不斷變化的環(huán)境溫度會(huì)改變機(jī)床的幾何尺寸。就像機(jī)床有振動(dòng)模式一樣，它也有熱模式，但這種熱模式的時(shí)間常數(shù)比較長(zhǎng),通常為幾小時(shí)或幾天。
三坐標(biāo)測(cè)量本身沒(méi)有較大的熱源。雖然CMM尺寸測(cè)量也有用于驅(qū)動(dòng)軸系的伺服電機(jī)，但其所需的功率很小。CMM尺寸測(cè)量的軸系通常采用氣浮軸承，因此產(chǎn)生的摩擦熱很低。而機(jī)床有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、預(yù)加載軸系和主軸，并且會(huì)吸收切削熱和噴濺上溫度較低的冷卻液。由于所加工的零件不同，這些熱源的開(kāi)啟和關(guān)閉很難預(yù)測(cè)。
機(jī)床上的熱源會(huì)激發(fā)其熱模式，其結(jié)果是，機(jī)床零部件的位置始終在移動(dòng)。以一臺(tái)主軸安裝在垂直立柱前面的機(jī)床為例。當(dāng)主軸首先啟動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的熱量主要包含在主軸中，遠(yuǎn)離立柱。此時(shí)主軸位置向+Y方向移動(dòng)。在當(dāng)天晚些時(shí)候，即使該主軸仍以相同的速度在相同的負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，它產(chǎn)生的熱量開(kāi)始傳入立柱中（但是在立柱的正面而不是背面）。此時(shí)立柱發(fā)生變形，并開(kāi)始向后傾斜，使主軸向-Y方向移動(dòng)。正如更常見(jiàn)的那樣，當(dāng)機(jī)床主軸啟動(dòng)和停止、加速和減速時(shí)，由發(fā)熱引起的誤差都會(huì)變得難以預(yù)測(cè)。
CMM尺寸測(cè)量并不需要知道每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，而是需要在測(cè)頭"點(diǎn)擊"采樣時(shí)精確地確定所在的位置。因此，CMM的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌必須非常靈活。而機(jī)床必須處于某些特定的加工位置，并要對(duì)抗很大的切削力在這些位置保持不動(dòng)。因此，機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌必須具有很好的剛性。為了消除空程，機(jī)床的軸系必須預(yù)加載荷，而這樣會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦。機(jī)床的回程誤差可能是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)重的問(wèn)題，而CMM的回程誤差則要小得多。與CMM不同的是，為了與刀具的切削動(dòng)作保持一致，機(jī)床的軸系必須以規(guī)定的速度移動(dòng)（且往往是高速移動(dòng)）。
CMM通常不會(huì)承受較大的測(cè)量負(fù)荷。測(cè)頭與被測(cè)工件之間的接觸力可能僅為幾毫牛頓。因此，CMM在測(cè)量過(guò)程中的變形通常很小，而且一般局限于工件重量（作用于CMM的工件重量測(cè)量時(shí)不會(huì)發(fā)生變化）以及運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)心不斷變化的影響。機(jī)床則要承受很大的加工負(fù)荷。切削力可能很容易就會(huì)高達(dá)數(shù)百磅。切削會(huì)產(chǎn)生很大的主軸扭矩，而快速移動(dòng)的重載軸系則會(huì)產(chǎn)生慣性負(fù)荷。
由于這些原因，對(duì)機(jī)床進(jìn)行空間誤差補(bǔ)償相當(dāng)困難。當(dāng)然，這并不意味著機(jī)床不能用于測(cè)量，而是表明，與用機(jī)床測(cè)量相比，用CMM尺寸測(cè)量的精度要高得多-至少目前還是如此。
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