龍崗大運三坐標測量 CMM尺寸測量分析
為了提高生產(chǎn)率，在加工零件的同一臺機床上對該零件進行測量似乎合情合理。畢竟，機床上一般都有測量所需的軸系和足夠的工作空間，并通常配備有觸發(fā)式機床測頭。然而，在機測量的效果往往并不盡如人意。為什么高精度的機床測頭測量后仍然需要在專用三坐標測量機（CMM）上進行呢？
與金屬切削機床一樣，CMM尺寸檢測測量的精度也會受到經(jīng)濟可行性的限制。然而，與機床不同的是，CMM尺寸測量通過對整個工作空間進行基于計算機的誤差補償（即空間誤差補償），可以實現(xiàn)更高的測量精度。例如，一臺CMM制造完成后，要用激光干涉儀精確測出其誤差圖，對直線度、垂直度、直線定位精度和角度誤差的誤差函數(shù)進行測量并制成誤差表。由于CMM的零部件幾何尺寸可視為恒定不變，因此可以利用測量軟件對這些誤差進行合并和修正。雖然空間誤差補償技術已在CMM上普遍采用，但對加工機床來說，對滾珠絲杠誤差以外的其他誤差項進行修正的情況并不多見。
那么，對機床進行空間誤差補償為何難度更大呢？由于機床的零部件幾何尺寸并非恒定不變，因此使其在至少四個重要方面與三坐標測量（CMM）明顯不同。
CMM通常都放置在嚴格控制溫度的工作環(huán)境中。計量室的溫度通常保持在20℃（規(guī)定的尺寸測量標準溫度），一般都配備有空調(diào)裝置、隔溫門和專門的溫控系統(tǒng)，以保證溫度的波動范圍很小（通常為零點幾度）。在對工件進行測量之前，需要預先"等溫"一使被測工件的溫度與計量溫度*相同。
而機床的加工環(huán)境往往對溫度缺乏嚴格的控制。陽光可能會從窗戶照進室內(nèi)，通向室外的門可能是敞開的。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)境溫度會改變機床的幾何尺寸。就像機床有振動模式一樣，它也有熱模式，但這種熱模式的時間常數(shù)比較長,通常為幾小時或幾天。
三坐標測量本身沒有較大的熱源。雖然CMM尺寸測量也有用于驅動軸系的伺服電機，但其所需的功率很小。CMM尺寸測量的軸系通常采用氣浮軸承，因此產(chǎn)生的摩擦熱很低。而機床有驅動電機、預加載軸系和主軸，并且會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，這些熱源的開啟和關閉很難預測。
機床上的熱源會激發(fā)其熱模式，其結果是，機床零部件的位置始終在移動。以一臺主軸安裝在垂直立柱前面的機床為例。當主軸首先啟動時，產(chǎn)生的熱量主要包含在主軸中，遠離立柱。此時主軸位置向+Y方向移動。在當天晚些時候，即使該主軸仍以相同的速度在相同的負荷下運轉，它產(chǎn)生的熱量開始傳入立柱中（但是在立柱的正面而不是背面）。此時立柱發(fā)生變形，并開始向后傾斜，使主軸向-Y方向移動。正如更常見的那樣，當機床主軸啟動和停止、加速和減速時，由發(fā)熱引起的誤差都會變得難以預測。
CMM尺寸測量并不需要知道每一點的位置坐標，而是需要在測頭"點擊"采樣時精確地確定所在的位置。因此，CMM的驅動系統(tǒng)和導軌必須非常靈活。而機床必須處于某些特定的加工位置，并要對抗很大的切削力在這些位置保持不動。因此，機床的驅動系統(tǒng)和導軌必須具有很好的剛性。為了消除空程，機床的軸系必須預加載荷，而這樣會產(chǎn)生較大的摩擦。機床的回程誤差可能是一個相當嚴重的問題，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作保持一致，機床的軸系必須以規(guī)定的速度移動（且往往是高速移動）。
CMM通常不會承受較大的測量負荷。測頭與被測工件之間的接觸力可能僅為幾毫牛頓。因此，CMM在測量過程中的變形通常很小，而且一般局限于工件重量（作用于CMM的工件重量測量時不會發(fā)生變化）以及運動部件質(zhì)心不斷變化的影響。機床則要承受很大的加工負荷。切削力可能很容易就會高達數(shù)百磅。切削會產(chǎn)生很大的主軸扭矩，而快速移動的重載軸系則會產(chǎn)生慣性負荷。
由于這些原因，對機床進行空間誤差補償相當困難。當然，這并不意味著機床不能用于測量，而是表明，與用機床測量相比，用CMM尺寸測量的精度要高得多-至少目前還是如此。
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