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为什么机床测头不能替代三坐标测量机？

发布时间：2020-12-07 作者：admin

为了提高生产率，在加工零件的同一台机床上对该零件进行测量似乎合情合理。毕竟，机床上一般都有测量所需的轴系和足够的工作空间，并通常配备有触发式机床測头。然而，在机测量的效果往往并不尽如人意。为什么高精度的机床测头测量后仍然需要在专用三坐标测量机（CMM）上进行呢？

与金属切削机床一样，CMM的制造精度也会受到经济可行性的限制。然而，与机床不同的是， CMM通过对整个工作空间进行基于计算机的误差补偿（即空间误差补偿），可以实现更高的测量精度。 例如，一台CMM制造完成后，要用激光干涉仪精确测出其误差图，对直线度、垂直度、直线定位精度和角度误差的误差函数进行测量并制成误差表。 由于CMM的零部件几何尺寸可视为恒定不变，因此可以利用测量软件对这些误差进行合并和修正。 虽然空间误差补偿技术已在CMM上普遍采用，但对加工机床来说，对滚珠丝杠误差以外的其他误差项进行修正的情况并不多见。

那么，对机床进行空间误差补偿为何难度更大呢？由于机床的零部件几何尺寸并非恒定不变，因此使其在至少四个重要方面与CMM明显不同。




CMM通常都放置在严格控制温度的工作环境中。计量室的温度通常保持在20℃（规定的尺寸测量标准温度），一般都配备有空调装置、隔温门和专门的温控系统，以保证温度的波动范围很小（通常为零点几度）。在对工件进行测量之前，需要预先"等温"一使被测工件的温度与计量温度完全相同。
而机床的加工环境往往对温度缺乏严格的控制。阳光可能会从窗户照进室内，通向室外的门可能是敞开的。虽然加工车间通常都比较热，但只有少数车间装有空调。不断变化的环境温度会改变机床的几何尺寸。就像机床有振动模式一样，它也有热模式，但这种热模式的时间常数比较长,通常为几小时或几天。

CMM本身没有较大的热源。虽然CMM也有用于驱动轴系的伺服电机，但其所需的功率很小。CMM的轴系通常采用气浮轴承，因此产生的摩擦热很低。而机床有驱动电机、预加载轴系和主轴，并且会吸收切削热和喷溅上温度较低的冷却液。由于所加工的零件不同，这些热源的开启和关闭很难预测。机床上的热源会激发其热模式，其结果是，机床零部件的位置始终在移动。以一台主轴安装在垂直立柱前面的机床为例。当主轴首先启动时，产生的热量主要包含在主轴中，远离立柱。此时主轴位置向+Y方向移动。在当天晚些时候，即使该主轴仍以相同的速度在相同的负荷下运转，它产生的热量开始传入立柱中（但是在立柱的正面而不是背面）。此时立柱发生变形，并开始向后倾斜，使主轴向-Y方向移动。正如更常见的那样，当机床主轴启动和停止、加速和减速时，由发热引起的误差都会变得难以预测。




CMM并不需要知道每一点的位置坐标，而是需要在测头"点击"采样时精确地确定所在的位置。因此，CMM的驱动系统和导轨必须非常灵活。而机床必须处于某些特定的加工位置，并要对抗很大的切削力在这些位置保持不动。因此，机床的驱动系统和导轨必须具有很好的刚性。为了消除空程，机床的轴系必须预加载荷，而这样会产生较大的摩擦。机床的回程误差可能是一个相当严重的问题，而CMM的回程误差则要小得多。与CMM不同的是，为了与刀具的切削动作保持一致，机床的轴系必须以规定的速度移动（且往往是高速移动）。
CMM通常不会承受较大的测量负荷。测头与被测工件之间的接触力可能仅为几毫牛顿。因此，CMM在测量过程中的变形通常很小，而且一般局限于工件重量（作用于CMM的工件重量测量时不会发生变化）以及运动部件质心不断变化的影响。机床则要承受很大的加工负荷。切削力可能很容易就会高达数百磅。切削会产生很大的主轴扭矩，而快速移动的重载轴系则会产生惯性负荷。
由于这些原因，对机床进行空间误差补偿相当困难。当然，这并不意味着机床不能用于测量，而是表明，与用机床测量相比，用CMM测量的精度要高得多-至少目前还是如此。

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