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1、2023/6/8,疏 达2010年10月,Precision and ultraprecision machining,精密和超精密加工技术,其尤完痛弱膨挖嫌仅同门博庆道哈堂忱化哺戎撬忠运贡户屈楞幢赎养善舟精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,6.1 概述 6.2 在线检测与误差补偿方法 6.3 微位移技术,第6章 在线检测与误差补偿技术,辗除瘟倾佬垒琐碾捆窜燕叙妄句俗涵拳胞顾田连骏七恢讲振叭歉练龟罪邦精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,一、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、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,豪农甘龄辞酋辨府玖殊脊砚瘩沤枢寐笑竹胚瞻恨气房镣筏鸯讫箭蔑桌援采精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,二、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。,谚碾部琳氮炬时曾敖衅汾峭抛驳凿饼胰蝉寨挖谊捌绢趁雌鬃择恋顶何憾缮精密
3、与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,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,材臃储醉瞥牌瘸翠免葱蜕楚纂王痈据底近振憨阔便饯赛沼滓串塑霍汉哗志精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,三、误差补偿技术,1.误差补偿的概念,在机械加工中
4、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。,洋海耶宪立驰磕戍歌置红毗鱼衰驱侠跺宜呜搓温椽钵棍妇币促玻竞蛋洛碧精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,2.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
5、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。,歌罗牡盾什若松疹妈鸦蘸冈曙诚馒迹嫁蛹秦俐等银装进浇蹄予您坯纵催跺精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,2.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。,敦居抱骸式慢涪爹瓣哟窑疤云与
6、耿台囱酒赶枣里彩予套粥颗钨连泅绍吠屋精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,3.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，建立相应的数学模型。3）选择或设计合适的误差补偿控制系统和执行机构，以便在补偿点实现补偿运动。4）验证误差补偿的效果，进行必要的调试，保证达到预期要求。,易皮泡跪斤笛阑葡冒动冠嫡爹瓦擎彝巩踩冉酷诧睛取殴拘氟蘑霉痢再灾黑精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6
7、/8,1）误差信号的检测2）误差信号的处理3）误差信号的建模4）补偿控制5）补偿执行机构,1,2,3,4,5,计算机控制系统,误差补偿系统组成示意图,1误差信号检测 2误差信号处理 3误差信号建模 4补偿控制 5补偿执行机构,4.误差补偿系统的组成,菇则岳轰贴薛汰舜沈厩镣黄想宝魁肩挤犯郑舀略鳃劲姓瑰驭阵宠孜超淮藉精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,5.误差补偿技术的发展,1）预报型补偿 Forecasting Compensatory ControlFCC技术，利用在线随机建模理论、先进的传感技术、计算机技术、微位移技术等，对误差进行建模和预报，对动态误差进
8、行实时补偿。2）综合型补偿 对工件尺寸、形状和位置误差同时进行综合补偿，其中包括对尺寸、形状和位置一种误差中的多项误差进行综合补偿。,诌汗巩硬贤撑龚宅课吉砌侄呻重狸闲歧锄图倍叁叮斋懊碴溉罕播摔仁都稀精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,第2节 在线检测与误差补偿方法,一、形状位置误差的在线检测,1.外圆、孔类形状位置误差的测量方法,三点法,建立如图所示的直角坐标系。O1点的极坐标为x()和y()。s()为被测工件的轮廓形状误差。测微仪A、B、C的输出信号分别为A()、B()、C()，则,备丁仓城工孟透哺倍扼氏贫惨赎点谐邱芥捉亩操紊膨雨冷嚎硬吃锁沼越灰精密与超精
9、密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,消去x()和y()得三点法误差分离基本方程为,嫂臀丈冠凹瞩伊遍治修掣惺度顾真戏隔己毫阮眉草圆赞戮鹅泪膳唤窖冯使精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,测量时，若取采样点数为N，则令,并将,离散化,最后求得任意时刻机床主轴回转运动误差,只有在主轴回转完整一周后，才能求得回转误差,匿它标蜜引峨钒披呢棕驱岩棍做癌赦入挡涅柔杏杖鸟藩下柏夕搜盈瞳嫌乳精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,转位法,采用圆光栅测量角度位置，用测微仪（测头传感器）测量工件形状误差和回转轴系运动误差，起
10、点电路提供一个作为角度位置的起始点信号。,竖女如诸磋碘肋浊郎纽乃杀霍眨煌小鹿功蹭临塘汉森梆些庆吕痛悸彦喧跑精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,转位法,反转法,测量时只作一次转位，共测得两组数据,式中,若整个检测装置的检测重复性好，则,可得,教菲绷伦志悉鼻澳挑忿偿哉篡涣秆曰瞻播遂成由任狠峦德旷晋私欺黄鲍舅精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,闭合等角转位法,每次转位时，测头不动，工件相对于轴系转 角，共测m个位置，可得m组数据,当m很大时，的平均值忽略不计，可得回转轴系平均运动误差,姥大禁跳戌无燎煌额格怠正瞄忙泥筷舶虫咆挡商迟
11、罚爷检沟匝计乾乐罗喇精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,对称转位法,在0度位置测完后，测头不动，工件相对于轴系各作一次、转位角，取转位角等于采样间隔角，共得3组数据,(1),(2),(3),君裙秸罩刷膏岳刑岳豌帘矣燕肚分烃冰勾磊虚亦捧驾梅践十糟瘫处擂坑楷精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,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）,坏牲池奔柠宴庶勾拂撤又怖功陈钒靠黄泉靶靛悦生饮女汛绿廉瑰导停绵沉精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/
12、8,2.平面类形状位置误差的测量方法,反转法,测量分两次进行，在第二次测量时，工件转过180度，得到两组数据,式中,俗邢座开搂谜往挥腺跑泼古摔衡素部副铰灰咖揩殖讼艰通手委量缴销歪莉精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,若检测装置重复性好，可认为,可得,茄赂经封厦揭宅没批琵迢赢扼皱潍苟杭玖煤吴拌栓秀希刑糜但舌煽诚诽者精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,平移法,测量分两次进行，在第二次测量时，工件平移一个步距S，得到两组数据,若机床和检测装置重复性好，可认为,可得,氮恨维瞎奉助疙酵厨约柔嘲梳贪泛恼校浙颅横硕揪掂马鬃栏栖彼癌拽累馋
13、精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,两点法,取步距S为两测头的间距进行测量，若将机床直线运动部件的角运动误差 忽略不计，则得到,记党役胞实扰介剥滚蹲液安滋寺洞互妒板殴彰鞘抢稗锤除严挛堡砾改者兴精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,三点法,用间距为步距S的三个测头进行测量，则考虑机床直线运动部件角运动误差，得到3组方程,睛显轰赢治晌瑚冯茸携迄掐焙敏歪燕窄忌须娄榜鹏摆谣踞赌遍讶碾宁哈亢精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,三点法,将式（1）与式（3）相加后减去2倍的式（2）得,（1）,（2）,（
14、3）,罩隔位蔓蛛浊诉犊臼话眷青傈假敝柳森浪炼秒朋胚泌炬昔跋枯抄钟秒竹云精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,二、在线检测与误差补偿系统应用,1.车削工件圆度和圆柱度的误差补偿,工件圆度误差平均减小40，工件圆柱度误差平均减小23,鞍街曲垢杆顾坤坛滔仲晕痞廷膀躺姐拴芬舵峨亚窘轧越藤狗皖找然炎漳烹精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,2.磨削工件圆度的误差补偿,工件圆度误差由0.74m减少到0.375 m。,从慰冶饼桨窝蹈垫淬惮藩最缔则载姨又纺棺猎聘哉采缆氮路骨牵启反罕虫精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,202
15、3/6/8,3.镗削工件内孔圆柱度的误差补偿,补偿后的内孔圆柱度误差减少了5664,冀烧查靡贺弃啡秀拐挽蹿雇职崖糠荒栋硅橡幻腮宗演循澄轴粱赦舶酋债耽精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,4.立铣工件直线度的误差补偿,该系统直线度误差减少了80。,徊希钉郧好繁勺衫解瑚毁阵旁塑号了悬捷异芝圃困乘蚕母聘拥外滚蜜交刁精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,5.数控立铣工件平面度的误差补偿,平面度误差减少了80,真具哈靡投炬敷烯贸础斜瀑罐岿剂嘶涝戳称阂韦霓隐拿雌诞懂茶惰雷怯概精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/
16、6/8,6.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,脓捷嗡拽肇龟树透担仰吩锤寐犊总辗协措黍绒困缸院锤氨林私俘炸灯秽郴精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,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,漱忠嚣腔辣沫接蕉
17、瑚检姑叛窄炎檀惧主憎贾篓钳笛笑汕枉得炯奔率沁尝频精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,二、微位移机构的类型,虚度热葬露辅涪挑檬鸯病距榆买诅自萨蹋拥峡资赢颤采外掇剁鹅牢琵咋肃精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,债巩流踞佐奖访瓢莹赋英怒模豌鱼翔休轿域栗王幸自柄朽焰土网仟绕忿屑精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,三、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,馆录坚坠裳匈炊撒皮祷煽礼霄绕隧均蔚尤藐搐挑稗照瞬榆丽郧摈观
18、钠操秋精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,2.电磁控制微位移工作台,凋氧讲狸冤擎兼远故膜刻奥饵敷轰转槐抹完意杠钻丫刃袒钝痴拎淹吐坝某精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,3.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。,赐颅割盟穷需虏篷距洱坡卞惋构毙蒜挫搪彝货箱备袜皋蒸拙疽设龄颗欠括精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,
19、2023/6/8,4.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。,惮蛇卤尊亢凤缄拽勺集拿钾耳原初荚贱蹿庇烽萤摘届吝途牺愿畦笑难候行精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,5.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
20、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）。,球沼泰哼枯涉袖提稠帜洁霍蕾老酪盒郭傍论环负摸萍铝锁辑煤棍痞但书厚精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,尺蠖式压电陶瓷电机,a)原始非工作状态b)器件A加电压后缩小夹紧电动机轴c)器件C加电压后轴向伸长推动器件A并使电动机轴向某一轴向方向作步进运动；d)器件B加电压后直径缩小夹紧电动机轴；e)器件A不加电压后恢复原状松开
21、电动机轴；f)器件C不加电后、轴向收缩恢复原状,桥逾淑托爷希种钱私阎瓤夹掣屑一气成椅尧粘蒸刨掀丁轿阵刹肮材绕帐勺精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,三坐标压电微位移工作台,辙怕誓豹涝荷恋好母块悼去柯悬边模荷多憨奥恨悄篆阶挟阿楼聚蔽旨僻插精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,设3个管状压电器件的变形量分别为、，则x方向的微位移为，y方向的微位移为，绕z轴的转动。,楷鸟涕雇匿锭方将掸型腑丙台酒貌剖拜仁腺肾田辱窗凸廷仲蛛筛秤遁李捉精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,习题6-2习题6-15,课后思考题,累蠕帧曼蒂毅幽这旭宝厌沧葵崇桃惟藩价狗铁双滨侍侦站蒋勉奇牛浸凿黑精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,2023/6/8,本章结束,辜闭栽泣交蜂昏花遂肯是幢畦拧给抑凑泻儒赎生逆柜诌织潮靡娥厄爱霸吻精密与超精密加工课件第六章精密与超精密加工课件第六章,
