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几何误差测量心得体会

时间:2014-06-11 16:56

什么是几何误差检测原则

定义:几何误差的项目很多,根据被测零件的结构特点、精度要求及检测设备等因素的不同,几何误差检测有多种不同方法。

对几何误差测量方法按不同性质分类,所规定的几何误差测量的基本几何基础,称为检测。

生产中几何误差涉及面很广泛,又有多种多样形式的要求,误差检测又很复杂,标准中不可能对所有具体项目的检测方法都作出具体规定,而仅规定了五种检测原则,生产中可根据零件的具体要求和设备条件,按检测原则规定制订出具体检测方案。

标准中规定的五种检测原则是:(1)第1检测原则——与拟合要素比较原则 将被测提取要素与其拟合要素相比较,量值由直接法或间接法获得。

拟合要素用模拟法获得。

(2)第2检测原则——测量坐标值原则 测量提取要素的坐标值(如直角坐标值、极坐标值、圆柱面坐标值),并经过数据处理获得的几何误差值。

(3)第3检测原则——测量特征参数原则 测量被测提取要素上具有代表性的参数(即特征参数)来表示几何误差值。

(4)第4检测原则——测最跳动原则 被测提取要素在绕基准轴线回转过程中,沿给定方向测量其对某参考点或线的变动量。

变动量是指指示计最大最小示值之差。

(5)第5检测原则——控制实效边界原则 检验被测提取要素是否超过实效边界,以判断合格与否。

工艺系统的几何误差包括哪些方面

1.1 机床的原始制差 \ 由组成机床各部件工作表面的形状、表面质量、相互的位置误差所引起的机床运动误差,是数控机床几何误差产生的主要原因。

\ 1.2 机床的控制系统误差 \ 包括机床轴系的伺服误差(轮廓跟随误差),数控插补算法误差。

\ 1.3 热变形误差 \ 由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。

\ 1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差 \ 包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。

这种误差又称为“让刀”,它造成加工零件的形状畸变,尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时,这一误差更为严重。

\ 1.5 机床的振动误差 \ 在切削加工时,数控机床由于工艺的柔性和工序的多变,其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域,从而激起强烈的颤振。

导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。

\ 1.6 检测系统的测试误差 \ 包括以下几个方面: \ (1)由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差引起的测量传感器反馈系统本身的误差; \ (2)由于机床零件和机构误差以及在使用中的变形导致测量传感器出现的误差。

\ 1.7 外界干扰误差 \ 由于环境和运行工况的变化所引起的随机误差。

\ 1.8 其它误差 \ 如编程和操作错误带来的误差。

\ 上面的误差可按照误差的特点和性质,归为两大类:即系统误差和随机误差。

\ 数控机床的系统误差是机床本身固有的误差,具有可重复性。

数控机床的几何误差是其主要组成部分,也具有可重复性。

利用该特性,可对其进行“离线测量”,可采用“离线检测——开环补偿”的技术来加以修正和补偿,使其减小,达到机床精度强化的目的。

\ 随机误差具有随机性,必须采用“在线检测——闭环补偿”的方法来消除随机误差对机床加工精度的影响,该方法对测量仪器、测量环境要求严格,难于推广。

\ 2几何误差补偿技术 \ 针对误差的不同类型,实施误差补偿可分为两大类。

随机误差补偿要求“在线测量”,把误差检测装置直接安装在机床上,在机床工作的同时,实时地测出相应位置的误差值,用此误差值实时的对加工指令进行修正。

随机误差补偿对机床的误差性质没有要求,能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。

但需要一整套完整的高精度测量装置和其它相关的设备,成本太高,经济效益不好。

文献[4] 进行了温度的在线测量和补偿,未能达到实际应用。

系统误差补偿是用相应的仪器预先对机床进行检测,即通过“离线测量”得到机床工作空间指令位置的误差值,把它们作为机床坐标的函数。

机床工作时,根据加工点的坐标,调出相应的误差值以进行修正。

要求机床的稳定性要好,保证机床误差的确定性,以便于修正,经补偿后的机床精度取决于机床的重复性和环境条件变化。

数控机床在正常情况下,重复精度远高于其空间综合误差,故系统误差的补偿可有效的提高机床的精度,甚至可以提高机床的精度等级。

迄今为止,国内外对系统误差的补偿方法有很多,可分为以下几种方法: \ 2.1单项误差合成补偿法 \ 这种补偿方法是以误差合成公式为理论依据,首先通过直接测量法测得机床的各项单项原始误差值,由误差合成公式计算补偿点的误差分量,从而实现对机床的误差补偿。

对三坐标测量机进行位置误差测量的当属Leete, 运用三角几何关系,推导出了机床各坐标轴误差的表示方法,没有考虑转角的影响。

较早进行误差补偿的应是Hocken教授,针对型号Moore 5-Z(1)的三坐标测量机,在16小时内,测量了工作空间内大量的点的误差,在此过程中考虑了温度的影响,并用最小二乘法对误差模型参数进行了辨识。

由于机床运动的位置信号直接从激光干涉仪获得,考虑了角度和直线度误差的影响,获得比较满意的结果。

1985年G. Zhang成功的对三坐标测量机进行了误差补偿。

测量了工作台平面度误差,除在工作台边缘数值稍大,其它不超过1μm,验证了刚体假设的可靠性。

使用激光干涉仪和水平仪测量得的21项误差,通过线性坐标变换进行误差合成,并实施了误差补偿。

X-Y平面上测量试验表明,补偿前,在所有测量点中误差值大于20μm的点占20%,在补偿后,不超过20%的点的误差大于2μm,证明精度提高了近10倍。

\ 除了坐标测量机的误差补偿以外,数控机床误差补偿的研究也取得了一定的成果。

在1977年Schultschik教授运用矢量图的方法,分析了机床各部件误差及其对几何精度的影响,奠定了机床几何误差进一步研究的基础。

Ferreira和其合作者也对该方法进行了研究,得出了机床几何误差的通用模型,对单项误差合成补偿法作出了贡献。

J.Ni et al更进一步将该方法运用于在线的误差补偿,获得了比较理想的结果。

Chen et al建立了32项误差模型,其中多余的11项是有关温度和机床原点误差参数,对卧式加工中心的补偿试验表明,精度提高10倍。

Eung-Suk Lea et al几乎使用了同G. Zhang一样的测量方法,对三坐标Bridge port铣床21项误差进行了测量,运用误差合成法得出了误差模型,补偿后的结果分别用激光干涉仪和Renishaw的DBB系统进行了检验,证明机床精度得以提升。

\ 2.2误差直接补偿法 \ 这种方法要求精确地测出机床空间矢量误差,补偿精度要求越高,测量精度和测量的点数就要求越多,但要详尽地知道测量空间任意点的误差是不可能的,利用插值的方法求得补偿点的误差分量,进行误差修正,该种方法要求建立和补偿时一致的绝对测量坐标系。

\ 1981年,Dufour和Groppetti在不同的载荷和温度条件下,对机床工作空间点的误差进行了测量,构成误差矢量矩阵,获得机床误差信息。

将该误差矩阵存入计算机进行误差补偿。

类似的研究主要有A.C.Okafor et al,通过测量机床工作空间内,标准参考件上多个点的相对误差,以第一个为基准点,然后换算成绝对坐标误差,通过插值的方法进行误差补偿,结果表明精度提高了2~4倍。

Hooman则运用三维线性(LVTDS)测量装置,得到机床空间27个点的误差(分辨率0.25μm,重复精度1μm),进行了类似的工作。

进一步考虑到温度的影响,每间隔1.2小时测量一次,共测量8次,对误差补偿结果进行了有关温度系数的修。

这种方法的不足之处是测量工作量大,存储数据多。

目前,还没有完全合适的仪器,也限制了该方法的进一步运用和发展。

\ 2.3相对误差分解、合成补偿法 \ 大多数误差测量方法只是得到了相对的综合误差,据此可以从中分解得到机床的单项误差。

进一步利用误差合成的办法,对机床误差补偿是可行的。

目前,国内外对这方面的研究也取得一定进展。

\ 2000年美国Michigan大学Jun Ni教授指导的博士生Chen Guiquan做了这样的尝试,运用球杆仪(TBB)对三轴数控机床不同温度下的几何误差进行了测量,建立了快速的温度预报和误差补偿模型,进行了误差补偿。

Christopher运用激光球杆仪(LBB),在30分钟内获得了机床的误差信息,建立了误差模型, 在9个月的时间间隔内,对误差补偿结果进行了5次评价,结果表明,通过软件误差补偿的方法可

几何误差检测一般包括那几个步骤

测量圆柱体圆度误差获得采用“测量特征参数原则“,测量特征参数原则是指测量实际被测要素上具有代表性的参数,用它表示几何误差值。

应用这种检测测得的几何误差值通常不是符合定义的误差值,而是近似值。

测量圆柱面的圆度时,我们可用同一截面的几个方向上测量直径,取相互垂直的两直径中的最大值之半径作为该截面内的圆度误差值,这样测量方便、直接、快速。

但这样是不符合圆度要求的最小包容区域原则来评定的。

零件的几何量误差主要包含什么和什么

零件的几何量误差主要包含尺寸误差、形状误差、位置误差和表面微观形状误差——表面粗糙度等。

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