光纤接头V型微槽超精密机床的误差预估.pdf

兔兔ww,SUELULU.com
第1期(总第194期)
机械工程与自动化
No. 1
2016年2月
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2016)01-0145-02
光纤接头型微槽超精密机床的误差预估
刘浩,潘卓,彭伟超,朱涛
(广东エ业大学机电工程学院,广东广州510006)
摘要:误差预佔是超精密机床设计中的重要环节,在系统的设计阶段用来预测和控制超精密机床的总误差。
首先介绍了误差预估在超精密机床设计中的重要作用,对本实验室设计制造的光纤接头V型徵槽超精密机
床进行简单介绍,详细说明了均方根(RMS)原则在超精密机床误差预估中的应用并计算得到预估误差值。
关键词;误差预佔;超精密机床;V型微槽
中图分类号:TH161-.21
文献标识码:A
0引言
误差预估中。他利用超精密测量仪器得到N个变化
误差预估是超精密机床的一个系统性的精度分析的误差源的振幅,然后经过一系列的计算得出工件的
工具,在超精密机床的设计阶段可用于预测和控制机加工误差,而且他假设所有单个误差项都是可以线性
床加工零件的总误差。对超精密机床来说精度是
叠加并且是不相关的。实际操作过程如下:①寻找各
个重要的评价指标,根据机床的设计误差值,利用误差个误差源,并确定它们的波峰一波谷( Peak to Valley
预估可以在总的误差模型中进行子系统的误差限制, amplitude,P-V)振幅;②使用均方根(RMS)原则进行
也可以平衡子系统之间的实际加工困难水平。在预测超精密机床的误差预估。
模型中,子系统的设计方案可以用于评估每个误差项,
进而预测工件的加工误差。
光纤接头V型微槽超精密机床是一个复杂的机
械系统,误差预估的设计变量数目众多,误差模型复
杂,实践证明传统的基于参数方程和数理统计理论的
误差预估方法远远不能满足实际要求。目前,用于超
精密机床的误差预估研究方法有Wils- Moren法2
Thompson法]、均方根法和蒙特卡洛法等。考虑到
机床的精度水平是由各零件的误差最终体现,想要提
前知道零件的加工质量就必须进行机床的误差预估。
本文将针对光纤接头型微槽超精密机床使用均方
根法进行误差预估,进而预测该机床的加工精度。
图1光纤接头V型微檔超精密机床调试图
1光纤接头V型微槽超精密机床简介
2.1寻找误差源
光纤接头V型微槽超精密机床是广东工业大学
用光纤接头V型微槽超精密机床加工光纤接头
微电子精密制造技术与装备教育部重点实验室设计与V型微槽的形状误差是由刀具和工件的相对空间位置
制造的一台加工最大工件尺寸为150mm×150mmメ误差造成的,它不会是一个空间或时间上的理想轮廓
10mm的超精密加工机床,主要用于微V沟槽、微柱按照误差源的特点可将误差源分成4个部分:稳定性误
而槽、导光槽、背光模组及划片等的超精密加工。它有差、基于长度的误差、基于时间的误差和其他误差。
三个直线运动轴和一个超精密主轴,直线运动轴采用
光纤接头V型微樽超精密机床的稳定性误差源
直线电机驱动,主轴采用全闭环反馈控制,海德汉超精
及其波峰一波谷振幅如表1所示。考虑到机床在X
密光栅尺,能达到很高的分辨率。机床实际调试图如向误差对加工精度影响不大,可忽略不计。
图1所示。图1中标出了三个直线运动轴的正方向
超精密机床对温度具有很强的敏感性,当温度大
2均方根(RMS)原则在机床误差预估中的应用
于或小于20C时,机器运转,光栅尺就会发生细微的
均方根( Root Mean Square,RMS)原则们是由形状变化,故机床需要放置在恒温隔震的环境中,否则
Robert R Donaldson首次提出并应用于超精密机床的在加工过程中不可避免地会造成机床导轨的热变形,因
米广东省省部产学研项口(2012B091000082
收稿日期:201503-17;修订期:20153-09-16
作者简介:刘浩(1988),男,河南信阳人,在读硕士研究生,研究方向:超精密机床的误差分析。
兔兔ww,SUELULU.com
146
杌槭工程与自动化
2016年第1期
此在设计过程中必须考虑温度变化对加工过程的影响。无论工件的尺寸、进给速度或间歌时间多长,由于刀具
表1超精密机床的稳定性误差
nm
边缘的带状缺损区域会产生同样的振幅误差,主轴的
差
Y向
Z向
同步误差都会在工件的中心表现出来
轨的重复定位误差
300
200
表1、表2、表3和表4中的部分数据是参考或经
光栅尺的反馈误差
15
验数据,数据来源参照参考文献[5
]夹对温度波动的稳定性误差
12
10
2.2使用均方根(RMS)原则进行误差预佔
空气温度变化1℃C时机床的稳定性误差
12
分判使用式(1)、式(2)和式(3)计算所有误差源的
冷却液温度变化0.1C时机床稳定性误差
18
算术和(EA)、均方根和(ER)以及算术和与均方根和的
光纤接头型微槽超精密机床基于长度的误差平均值(E)『?
源及其P-振幅如表2所示。表2中,使用线位移误
差近似表示角位移误差来简化计算过程。
EA =r
表2超精密机床基于长度的误差
误差
Y向
Z向
K?[∑(E
2
X轴在Y向的直线度误差
200
X轴在Z向的直线度误差
200
ど、EA十ER
(3
Y轴在Y向的定位误差
200
Y轴在Z向的直线度误差
其中:E,为每个误差源的振幅;K为比例系数,它的取
Z轴在Y向的直线度误差
200
值是由误差源的概率分布类型决定的,由于本文的各
Z轴在Z向的定位误差
200
个误差源都符合正态分布,故K取值为0.2
X轴统Y轴的俯仰误差
所以,使用均方根(RMS)原则计算的最大误差为
X轴绕Z轴的偏摆误差
Er=(Eiy+E
Y轴绕y轴的旋转误差
其中:EM为Y向的平均值;ERwr为Z向的平均值。代
Y轴绕Z轴的俯仰误差
5
人相关参数,计算得到的结果如表5所示。
乙轴绕Y轴的俯仰误差
表5预估的超精密机床总的形状误差
Z轴绕Z轴的旋转误差
计算项
Y向
Z向
阿贝误差是溜板在光栅尺上运动时偏离导轨运动
算术和(EA)
l352
1060
方向造成的误差,其值可以用溜板的倾斜和偏航运动
均方根和(ER)
102
736.75
进行计算,以此来表示光栅尺反馈装置与刀具或者工
平均值(EM)
件之间的距离,偏离的平均值用激光于涉仪进行测量
预测的最大误差(Er)
937.3
当机床温度改变的时候,金属部件之间由于热膨胀系
3结论
数不同所产生的影响就不可怱略。例如,由于溜板是
本文详细介绍了先进的光纤接头V型微槽超精
金属的而底座是花岗岩的,这会引起X轴和Z轴方向密机