汕头智能320五轴联动加工中心

东莞市森氏精密机械有限公司

根据机床误差控制手段的不同，对机床精度的检测手段也不一样，比如要在加工工件时检测机床的误差，就要用在线检测手段，边加工边检测。上文我提到的机床就很典型，它采用装在导轨上的纳米光栅测量加工台面到底跑了多少（这个纳米光栅的分辨率我忘了，总之就是几个纳米的范围内。不要纠结于细节，来看栗子吧）。如果伺服轴根据命令要运行5000纳米，光栅检测到由于热误差，这个加工台面其实跑了5010纳米，那么控制系统就让伺服轴就移回4090纳米，再向前运行到5000纳米。这样就把误差从10纳米缩小到了光栅能检测到的较小范围内。至于为什么要回到4090而不是5000，因为有“反向间隙”的问题，有兴趣的同学自己搜一下吧。

然后就是分辨力，上面我提到的那个**精密机床采用大理石床身，4轴数控联动，以及全气浮支承和零传动结构，机床主轴回转精度0.05μm，直线伺服轴分辨力1.25 nm，回转作台角位移分辨力0.009~bala~bala。不管那么多复杂的名词，我们要简单的理解误差补偿，只用理解分辨力就够了，分辨力1.25纳米就是说机床走一步较少要迈出去1.25纳米。为什么分辨力重要呢，比如纳米光栅检测到刀具在伺服轴上实际运动到了5002纳米，要回到5000纳米的位置，就不可能了，理想状况下的较小误差也会有0.5纳米。

高精度机床的制造涉及的东西很多，我觉得虽然零件的加工制造固然重要，但是一颗淡定的心其实更是不可或缺。
比如精密机床的床身加工好了后，是不能急着用的，要在室外拿油布包好放几年，释放应力。这是为了防止机床装配调平好后，底座再发生形变。现在一般**精密磨床和机床的底座都采用大理石，因为大理石消除振动的性能比较好，热变形也比钢结构小。
又比如精密机床一般都装配在一个恒温罩或者是恒温厂房内，如果是**精密机床，这个恒温房一般还要精确控制室内温度，不仅要做到冬暖夏凉，也要考虑到快速排出机床运行加工时的产热，尽可能把热形变控制在较小。
零件加工方面，说较好的机床都是手工做的实在不靠谱，的确如此，牛逼的师傅能做出0级精度平板平面，也就是说把课桌大小的一块平面的平面度公差控制在7微米，大概头发丝的百分之一粗细那么个波动，但是再精密些的平面，大师傅就比不过大工程师和巨额的资金了。

上面提到的机械加工零级精度平面，那么这台机械自身的精确度如何**？【机床主轴回转精度0.05μm，直线伺服轴分辨力1.25 nm】从何而来？它可以来自另一台更高精度的机械吗？对它进行测量的器具的精度从何而来？

主轴回转精度是需要通过双频激光干涉仪测量以后才知道的，双频激光干涉仪细分以后的较小分辨率能达到10个纳米。一般测到这个数量级的时候，除了要找稳定的测量环境，还要用到干涉仪的温度湿度补偿模块，因为此时环境变化已经能让测量结果产生很大漂移了。
至于1.25nm的事情，文献中是这么写的，这也不是我的课题我也不知道具体怎么实现的。。。我只能通过常理大致解释一下。
一般来说呢直线伺服轴的分辨力是不用测量的。是买来就有标，或者算出来的。
这台机床是“直线电机、气浮导轨和纳米级分辨力光栅”。记得我之前说过两个要素吧，“检测手段”加“分辨力”。有纳米光栅这个检测手段的话，其实就差一个执行机构了。不幸的是直线电机我没好好研修过啊，不太清楚具体驱动器是怎么控制到这种精度的。
我只好就“为什么这个分辨力是算出来的”做个解释，用一般执行机构给你举个大毛栗子。你看一般比较常用的丝杠一个螺距是4mm，就是说丝杠转一圈儿，滑块跑出去4毫米。伺服电机随便抓一个，加上DSP细分芯片分个32份儿，就可以达到6400个脉冲转一圈的程度。4毫米除以6400……你看，就算出来一脉冲只跑0.625微米了……
**精密数控机床的精度其实挺反直觉的，你去看下机床展就会有体会，做激光板材切割的机床，看着他明明跑的快到能把人撞死的导轨，就神奇的能在一个毫米之内停下来，-。-，还有工件转台和刀头上连根0.5mm自动笔芯，绕的速度快到你看都看不清。。。现代机械真的已经大大追赶老师傅了，这没什么无法接受的，因为这不是机器追赶了人，是人追赶了人，是把老师傅的能力提炼出来的人追赶了老师傅而已。

实际状况下，要做到效果较好的误差补偿比以上这个例子复杂多了，因为误差可能分布在某轴的6个自由度上，再带上个导轨直线度误差、导轨间垂直度误差什么的。如果说这些硬着头皮还能用数学算出来，再考虑下加工的工件不一样，加工平台起始的动量就都不一样，加工时间也有区别，那么机床产热也自然不一样，产热的区间有变化时机床的热膨胀就跟着变化，一会儿拖板翘了个兰花指给X轴带来俯仰误差，一会Y轴又热变形扭曲了直线度变化了，冷却液撒到工件上尼玛缩下去了好几微米啊肿么办，喂我花了一个普通数控机床的钱买来的纳米光栅就只能补偿一个自由度上的误差？呃，总之要做较精密的机床，一颗淡定的心**是不可或缺，当包括但不**于以上的问题一个一个逐步解决掉的时候，就能在精度上更进一步，就能制造出大家所泛指的工业拇姬了。