超精密加工振动误差源诊断实验研究

超精密车床结构及加工过程的复杂性使得对加工精度的影响因素不能完全确定，尤其是随机性因素的影响更难确定。为此本文首先系统分析了超精密车床中影响加工精度的各项误差源，然后通过实验辨识了主要振动误差源对加工精度的影响，为减少和补偿由这些误差源引起的误差提供了依据和指导。     

论超精密机械研磨过程中保证工件质量必备的基本条件和必须遵循的基本原则

超精密加工系指被加工工件的尺寸精度和几何形状精度在(0．1～0．01)μm，而表面粗糙度为Rao．o1μm以上的精密加工工艺方法。由此可见，需要进行超精密加工的工件其精度要求极高，工艺难度极大。     

超精密车削金刚石刀具刃口误差的高精度补偿

超精密车削中的金刚石刀具刃口误差的补偿问题一直是制约高精度非球面车削直接成形的瓶颈技术,尤其对于大相对口径,深度非球面的车削,金刚石刀具刃口误差对最终的面形的影响非常大.传统补偿方法是根据轮廓仪的测量结果对刀具刃口误差进行修正,但是该方法存在测量时间长,高频误差大,加工效率低的缺点,本文最先提出利用车削表面面形误差拟合...     

基于工件面形精度的超精密机床误差建模与分析

在影响超精密加工工件面形精度的诸多因素中,机床的空间几何误差与运动误差往往占主要作用.在本单位一台新型超精密加工试验台的加工试验中,出现了较大的面形误差.为了辨识影响工件面形精度的主要误差,首先将机器人运动学理论与多体系统运动学理论相结合,建立新型超精密加工试验台的实际运动模型;其次,定量分析各个误差,如对刀误差、两轴不平行度误差和摆动中心定位误差等对工件面形精度的影响,得到工件面形精度(波峰-波谷值)随不同误差的变化规律;最后进行加工试验,并用PG I1240轮廓仪检测工件面形,将实际加工工件的检测结果与各个误差的分析结果进行相关性分析.通过上述分析,确定试验台两轴不平行是影响工件面形精度的主要误差因素.     

非球面模具超精密补偿加工技术

为了实现非球面模具的超精密数控加工,研究了加工轨迹算法原理及整个软件系统的结构与实现.提出了基于表面粗糙度均匀化的工件进给速度控制法,分析了工具磨损误差和工件形状误差,重点提出了误差补偿方法,同时也讨论了采用砂轮平行磨削法时避免加工干涉的方法.软件能生成高精度的加工与补偿加工数控程序文件.最后,在一台镜面磨床上实验加工直径为6 mm的碳化钨透镜模具,经过多次补偿加工后,获得了谷峰值为0.123μm,误差均方根为0.021μm的表面形状精度.     

大距离运动的直线度测量

机床轴沿轴向运动的直线度是最重要的性能指标.描述了不同的直线度测量方法(直尺法、钢丝绳法、激光干涉仪法、局部垂直度测量及球板和球杆法等),并讨论了这些方法对测量移动长度超过2000 mm的机床的适用性.详细叙述了无重叠的球板拼接,估计了测量的不确定度,测量结果不确定度U为3.4μm(因子κ=2).给出了减小主要影响测量不确定度,也就是影响机床轴重复性的主要因素的一些可能性.示出了500mm×500mm球板拼接测量,并且和轴向移动量900mm的比较仪进行了比对,两种测量结果的偏差小于0.6μm.因此不会超出原有的测量不确定度范围.球板拼接法也可应用于大距离移动中的垂直度测量.无论是利用垂直平面进行测量或者用近来引进的精密三维机床检测,无重叠的球板拼接均可用于水平和垂直的直线度测量,还可用于定位、倾斜、俯视及偏转等方面的测量.     

非球面表面形状的线测量技术

描述了一种在超精密磨削机床上基于误差分离法的非球面表面形状精密测量系统.首先,论述了一般用于平面形状测量的两点法不能直接用于非球面形状测量的原因在于测头的设置误差会引起很大的形状测量误差.提出了先通过两点法测量平面形状得出机床的运动误差,然后对测量非球面形状的另外一个测头的输出进行补偿以得出正确的非球面形状.用此系统测量了一个直径为30 mm的非球面镜头的表面形状.     

非球面在线检测的系统误差分离与修正

为了解决非球面在线检测的系统误差问题,针对系统误差产生的机理、误差的数学模型、分离方法以及补偿方法进行了研究.提出一种将空间误差投影到不同平面上进行分析从而解决测量系统误差的新方法并建立了各系统误差的数学模型.根据最小二乘法的基本思想,建立了基于标准球面的系统误差分离数学模型,得到了各参数的最小二乘估计值,并利用误差修正模型进行了校正.利用标准球面进行测量实验,验证了该方法的有效性和精确性.实验结果表明所提出的解决测量系统误差的思路可行,最终可使测量系统精度达到1μm数量级,从而满足精磨阶段在线检测的需要.     

长导轨直线度分段测量拼接方法研究

激光干涉仪测量超长导轨直线度时,因导轨长度超出干涉仪直线度测量范围,需分段测量后拼接,测量数据易受噪声和激光漂移等因素影响,导致拼接可能引入较大误差。通过分析拼接过程中的影响因素,结合长导轨结构特性,提出了一种将拼接公共点分布在相邻两节子导轨上,利用相邻两节子导轨夹角的稳定特性来实现长导轨直线度拼接的方法。通过仿真与实验,对比了30 m范围内的直接测量法与坐标变换拼接法的测量结果,2种方法的直线度结果相差<10μm,表明所提出的方法能有效减小拼接误差。将此方法应用于72 m导轨的直线度测量,并与电子水平仪测量方法比较,2种方法结果相差10μm,表明所提出的方法可实现高精度的直线度拼接。     

超精密齿轮齿距累积总偏差测量装置的改进及其自动测量系统的设计

在明确齿轮齿距累积总偏差的相关概念的基础上,对相对测量法和绝对测量法进行进一步分类,并对各自的应用范围和特点进行分析.同时,遵循测量原理并采用高精度的元器件搭建了绝对测量法检测超精密齿轮齿距偏差的测量平台.通过Visual Basic 6.0语言设计合理的测量操作、图表处理及误差分析界面的过程,使操作简单,图表显示准确清晰,实现对1～2级超精密齿轮齿距累积总偏差测量装置的改进及其自动测量系统的设计.     

一种圆管类工件直线度激光测量系统

设计了一种圆管类工件直线度激光测量系统,提出了一整套关于圆管类工件定心、内径获取和直线度计算的方法。研制了高精度的自动定心机构,采用双锥体同轴定心法实现测量系统在圆管类工件内的高精度自动定心。通过位置敏感探测器(PSD)和准直激光获得圆管各截面中心坐标,结合旋转扫描机构获得圆管内径测量值,并采用最小二乘椭圆拟合算法进行定心误差修正,最后进行数据处理,计算出工件直线度。实验结果表明,该系统定心准确度可达20μm,内径测量准确度可达5μm,测量重复性稳定在7μm以内,直线度测量准确度在40μm以内。     

长轴直线度检测系统

针对长轴直线度检测需要直线和角度基准问题,本文提出采用十字线激光束的长轴直线度检测方法.根据被测长轴轴心到两激光平面的距离唯一的原理,用图像处理技术对十字线激光图像进行处理,求出十字线激光图,像的交点坐标和水平线倾角,结合距离信息计算被测长轴的直线度参数.讨论了检测系统的结构,详细介绍了直线度参数的计算方法.采用640pixel1×480pixel摄像机(光靶分辨率为0.097 3mm/pixel),在lm、9m和18m处分别摄取50幅图像,测量结果的极径标准偏差分别为0.009 37mm、0.034 2mm和0.086 0mm,极角标准偏差分别为0.843'、1.26'和1.57'.     

测量与信息技术

测量是获取信息的重要手段。科学研究、生产、高科技发展都离不开测量。测量技术发展的重要特点是它与信息技术的融合,这是提高测量精度、在线和动态测量、复杂参数和复杂环境下测量、智能测量的需要。这一融合贯彻始终,它包括信号调制与解调、采样与重构、信号融合、数据压缩、滤波、信号变换、时间序列分析、谱分析、数据拟合与建模、模式识别、神经网络、仿真与虚拟、误差分离、误差补偿、冗余技术、决策与智能技术等,它们互相支持。章通过三坐标测量机误差补偿、圆度和轴系误差测量,以及大型工程的柔性坐标测量系统,介绍其在提高测量精度、优化、自标定、丢失信息自恢复、系统重组等方面的作用及其关键技术。     

利用钢丝－电容测微仪法测量机床竖直运动直线度和滚动误差

介绍了一种测量机床竖直运动直线度和滚动误差的新方法。以悬挂在被测机床刀架附近的竖直钢丝作为测量基准，用固定在刀架位置的电容测头瞄准钢丝，当机床主轴竖直运动时，机床主轴上的刀架系统相对于竖直方向的运动直线误差可由电容测微仪测得，钢丝本身的直线度可用转位法消除。再增加一个测微仪，还可测出导轨本身的直线度误差。将刀架沿水平方向运动到两个不同位置，分别测出两位置处的竖直运动直线度误差，由这两组数据可以计算出机床竖直运动时的滚动误差。     

按最小条件评定空间直线度误差的理论研究

本文首先按最小条件建立了评定空间直线度误差的非线性数学模型。通过误差分析，从理论上证明了该数学模型不能进行线性化处理，并提出了最小条件判别准则。文中给出了计算机评定空间直线度误差的实例。最后用几何方法验证了其判别的正确性。