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1、第一章,第一节 精 密 量 仪,一、三坐标测量机 二、激光干涉仪 三、便携式表面粗糙度测量仪 四、球杆仪,一、三坐标测量机,1)可实现空间坐标点的测量，可方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸、位置精度等。 2)由于计算机的引入，可方便地进行数字运算与程序控制，并具有很高的智能化程度。 1.三坐标测量机的分类与构成,图1-1 三坐标测量机的结构形式 a)移动桥式 b)固定桥式 c)龙门式 d)悬臂式 e)双立柱式,一、三坐标测量机,2.三坐标测量机的测量方法 (1)直接测量方法(即手动测量) 这是操作员将决定的顺序利用键盘打入指令，系统逐步执行的操作方式，测量时根据被测零件的形状调用相应的测量指令，
2、以手动或数控方式采样，其中数控方式是把测头拉到接近测量部位，系统根据给定的点数自动采点。 (2)程序测量方法 将测量一个零件所需要的全部操作按照其执行顺序编程，以文件形式存入磁盘，测量时按运行程序控制测量机自动测量。,一、三坐标测量机,(3)自学习测量方法 操作者对第一个零件执行直接测量方式的正常测量循环中，借助适当命令使系统自动产生相应的零件测量程序，对其余零件测量时重复调用。 3.三坐标测量机的应用 (1)多种几何量的测量 测量前必须根据被测件的形状特点选择测头，进行测头的定义和校验，并对被测件的安装位置进行找正。 1)触头的定义和校验。 2)零件的找正。,一、三坐标测量机, 根据采用的三
3、维找正或二维找正方法，确定初始参考坐标系。 运行找正程序。 选定第一坐标轴。 调用相应子程序进行测量并存储结果。 选第二坐标轴。 调用相应子程序进行测量并存储结果。对于三维找正中的第三轴，系统自动根据右手坐标准则确定。,一、三坐标测量机,表1-1 三坐标测量机的应用举例,一、三坐标测量机,表1-1 三坐标测量机的应用举例,(2)实物程序编制 对于在数控机床上加工的形状复杂的零件，当其形状难于建立数学模型使程序编制困难时，常常可以借助于测量机。,一、三坐标测量机,(3)轻型加工 生产型三坐标测量机除用于零件的测量外，还可用于如划线、打样冲眼、钻孔、微量铣削及末道工序精加工等轻型加工，在模具制造中
4、可用于模具的安装、装配。,4.eps,二、激光干涉仪,1.单频激光干涉仪,图1-2 单频激光干涉仪原理图 1激光器 2、3光电元件 4、7、8棱镜 5分光镜 6工作台,二、激光干涉仪,2.双频激光干涉仪,图1-3 双频激光干涉仪的基本原理,二、激光干涉仪,3.激光测量的应用(图1- 4),图1- 4 激光干涉仪的应用,二、激光干涉仪,(1)自动螺距误差补偿 激光干涉仪不仅能自动测量机器的位置精度，而且还能通过RS232接口使计算机和数控系统实现通信，对误差进行自动补偿，它比通常的手工补偿方法节省大量时间，同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度。 (2)回转坐标精度标定 回转
5、坐标分度精度标定可对数控转台在任意角度位置，以任意测量间隔进行全自动测量及补偿。,二、激光干涉仪,(3)机床动态特性测试与评估 利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT)、滚珠丝杠的动态特性分析、伺服驱动系统的响应特性分析、导轨的动态特性(低速爬行)分析等，从而帮助用户对机器故障源进行分析。 (4)触发脉冲输入输出功能 利用触发脉冲输入，可实现外部控制激光干涉仪记录数据，从而可实现类似于激光丝杠动态精度检查仪的功能或机床传动链精度检查功能。,二、激光干涉仪,(5)可选AB正交信号输出 AB正交信号是标准光栅信号，由于RENISHAW激光干涉仪能输
6、出该信号，因而可将该激光干涉仪作为长度基准用于其他场合，如动态光刻等。 (6)双轴同步校准 系统在某些机器中，某一轴线运动由双驱动和双反馈系统控制(如龙门铣床和大型龙门移动的机器等)，在这种情况下，双轴校准软件可在一台计算机上连接并控制两个接口卡，提供了同步自动采集两平行轴数据的能力。,二、激光干涉仪,5.eps,三、便携式表面粗糙度测量仪,1.工作原理,图1-5 便携式表面粗糙度测量仪,三、便携式表面粗糙度测量仪,2.特点 1)设计新颖，结构紧凑，经济耐用。 2)可用于检测不同形状表面的表面粗糙度，包括： 平面、外圆、内孔、凹槽及其他较难测量的表面。 3)既可在车间现场使用，也适用于计量室和
7、实验室。 4)传感器可在内置或转出至90、180及270的范围内测量，可轻松满足不同状况下的检测要求。 5)仪器可在垂直甚至倒置的状态下进行操作。 6)配置输出端口，将测量结果输出至微型打印机或计算机。 3.应用,三、便携式表面粗糙度测量仪,(1)便携式表面粗糙度测量仪的标准应用(图1- 6) 用于检测平面、外圆、直径不小于80mm的内孔以及曲轴等。,图1- 6 便携式表面粗糙度测量仪的标准应用 a)传感器 b)测量外圆 c)测量薄壁件,三、便携式表面粗糙度测量仪,(2)测量内孔表面的表面粗糙度(图1-7) 能测量的最小内孔孔径为6mm，最深长度为15.0mm。,图1-7 测量内孔表面的表面粗
8、糙度,(3)测量凹槽或不通孔底部的表面粗糙度(图1-8) 测量凹槽或不通孔底部的表面粗糙度时，最大深度为8mm。,三、便携式表面粗糙度测量仪,图1-8 测量凹槽或不通孔底部的粗糙度,(4)小立柱工作台(图1-9) 配套使用小立柱，可使测量更方便、更稳定，尤其适用于检测内孔、凹槽等较难测量的表面。,三、便携式表面粗糙度测量仪,图1-9 小立柱工作台的应用,(5)大立柱工作台 配套使用450mm250mm70mm花岗岩平板，300mm可升降立柱，,三、便携式表面粗糙度测量仪,可90旋转的仪器安装板，可方便、可靠地检测外圆、 内孔、凹槽及倾斜面等复杂形状表面的表面粗糙度。,四、球杆仪,图1-10 X
9、Y平面,四、球杆仪,1.选择测试平面,图1-11 ZX平面/YZ平面180测试,四、球杆仪,(1)XY平面 如图1-10所示，该平面通常与机床工作台平行，因而它也是最容易测试的平面。 (2)ZX平面/YZ平面180测试 该平面通常与机床工作台垂直，而且通常有障碍物。 (3)ZX平面/YZ平面360测试 如果在ZX/YZ平面中进行360数据采集，需要将磁性中心座的安装位置升高到至少为球杆仪传感器加上所用加长杆的高度，如图1-12所示。,四、球杆仪,图1-12 ZX平面/YZ平面360测试 1磁性刀具球碗(主轴) 2磁性表座 3磁性中心支座 4球联接(在中心支座上) 5磁性刀具球碗(中心支座) 6
10、球杆仪传感器 7机床主轴,四、球杆仪,2.球杆仪的安装 (1)与计算机的连接 球杆仪接口放置在机床上方便且安全的位置上。,图1-13 与计算机的连接,四、球杆仪,(2)球杆仪中心座在机床上的定位 3.程序编制,四、球杆仪,表1-2 球杆仪中心座在机床上的定位,四、球杆仪,表1-2 球杆仪中心座在机床上的定位,四、球杆仪,表1-2 球杆仪中心座在机床上的定位,四、球杆仪,表1-2 球杆仪中心座在机床上的定位,四、球杆仪,图1-14 逆时针360数据采集范围的机床路径,四、球杆仪,4.检测结果 (1)反向间隙负值 1)图样和诊断值：图1-15中有沿某轴线开始向图样中心内凹的台阶，仅在Y轴上显示有负
11、值反向间隙，反向间隙的大小通常不受机床进给率的影响。,图1-15 反向间隙负值,四、球杆仪,2)可能起因： 在机床的导轨中可能存在间隙，导致当机床在被驱动换向时出现在运动中跳跃。 用于弥补原有反向间隙而对机床进行的反向间隙补偿的数值过大，导致原来具有正值反向间隙问题的机床出现负值反向间隙。 机床可能受到编码器滞后现象的影响。 3)对加工带来的影响：在机床上负值反向间隙的影响为圆弧插补的刀具轨迹将出现一向内凹的跳跃。 4)推荐对策： 检查数控系统反向间隙补偿参数设置是否正确。,四、球杆仪, 检查机床是否受到编码器滞后现象的影响。 去除机床导轨传动件的间隙，或更换已磨损的机床部件。 (2)反向间隙
12、正值 1)图样和诊断值：反向间隙正值的图样中有沿某轴线开始有一个沿图样中心外凸的台阶或数个台阶，图1-16仅在Y轴上显示有正值反向间隙，其诊断值为Y轴方向上存在14.2m的正值反向间隙或失动量。,四、球杆仪,图1-16 反向间隙正值,四、球杆仪,2)可能起因： 在机床的驱动系统中可能存在间隙，典型的原因是因滚珠丝杠端部浮动或驱动螺母磨损。 在机床的导轨中可能存在间隙，导致当机床在被驱动换向时出现运动的停顿。 可能由于滚珠丝杠预紧力过大带来的过度应力而引起丝杠扭转的影响。 3)对加工带来的影响：在机床上正值反向间隙的影响为圆弧插补的刀具轨迹将出现一短平台，如图1-17所示。,四、球杆仪,图1-1
13、7 对加工带来的影响,四、球杆仪,4)推荐对策： 去除机床导轨的间隙，可能需要更换已磨损的机床部件。 利用数控系统反向间隙补偿参数设置来对机床中存在的反向间隙进行补偿。 (3)反向间隙不等值 1)图样：反向间隙不等值的图样中或表现出在某轴上双向不等大小的反向间隙，或在具备反向间隙补偿功能的机床上的某轴上双向甚至出现相反符号的反向间隙。,四、球杆仪,图1-18 反向间隙不等值,四、球杆仪,2)诊断值：各种反向间隙均如正值反向间隙所述以相同方式量化，在同一轴的正负方向可能出现很大的数值差，或在同一轴的正负方向出现正值和负值反向间隙。 3)可能起因：由于滚珠丝杠中过大扭曲而引起反向间隙的影响，它相对
14、该轴滚珠丝杠驱动端的不同位置而引起不等值反向间隙类型的图样(见图1-18)。 4)对加工带来的影响：在轴的不同部位，机床加工零件的误差幅度有所不同。 5)推荐对策：,四、球杆仪, 去除施加给机床的所有反向间隙补偿值，这将可以让机床的问题彻底暴露出来。 检查该机床的滚珠丝杠或导轨的磨损迹象，可能需要维修或更新这些部件。 如果在机床立轴上下运动的测试中出现不等值反向间隙图，那么平衡部件就可能是问题所在，从而需调整机床平衡系统。 5.检测报告,四、球杆仪,图1-19 检测报告,四、球杆仪,6.球杆仪常用附件 (1)加长杆 加长杆增加球杆仪的长度，因而可校准机床较大的区域，如图1-20所示。,图1-2
15、0 加长杆,四、球杆仪,(2)小圆附加组件 小圆附加组件可用于50mm半径的球杆仪测试，它在被测机床只有短行程时或重点放在测试伺服动态误差时用(小圆需要较高的机床加速度)。,图1-21 小圆附加组件,四、球杆仪,12.eps,第二节 数控铣床/加工中心精度检验,一、数控铣床/加工中心几何精度 二、数控铣床/加工中心定位精度 三、数控铣床/加工中心加工精度 四、机床空运转试验 五、机床连续空运转试验 六、机床负荷试验 七、最小设定单位试验 八、原点返回试验,一、数控铣床/加工中心几何精度,二、数控铣床/加工中心定位精度,1.直线运动定位精度,图1-22 激光检测,二、数控铣床/加工中心定位精度,
16、图1-23 标准长度刻线尺比较测量,二、数控铣床/加工中心定位精度,2.直线运动重复定位精度 3.直线运动轴机械原点的返回精度 4.直线运动矢动量,表1-3 行程至2000mm的轴线的定位精度,二、数控铣床/加工中心定位精度,表1- 4 行程超过2000mm的轴线的定位精度(单位：mm),表1-5 行程至360的回转轴线的定位精度,三、数控铣床/加工中心加工精度,1.试件的数量,表1- 6 试件的形式、规格和标志,2.试件的定位 3.试件的固定 4.试件的尺寸 5.轮廓加工试件 (1)概述 该检验包括在不同轮廓上的一系列精加工，用来检查不同运动条件下的机床性能。,三、数控铣床/加工中心加工精度,(2)尺寸 本标准中提供了两种规格的轮廓加工试件，其名义尺寸见表1-7。,表1-7 试件的名义尺寸(单位：mm),三、数控铣床/加工中心加工精度,图1-24 大规格轮廓加工试件,三、数控铣床/加工中心加工精度,图1-25 小规格轮廓加工试件,三、数控铣床/加
