1　概述 　　機(jī)械加工的目標(biāo)是追求加工精度、成本和效率的最佳組合，為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，急需研究開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是加工精度在線測(cè)量技術(shù)，特別是在多品種小批量生產(chǎn)條件下，研究先進(jìn)的在線測(cè)量技術(shù)意義尤其重大，因?yàn)樵诰€測(cè)量是加工測(cè)量一體化技術(shù)的重要組成部分，是保證零件質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的重要手段。國(guó)外很早就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在線測(cè)量技術(shù)的重要性而進(jìn)行了大量的研究，并且在生產(chǎn)實(shí)際中得到了大量的應(yīng)用。 　　零件加工精度的在線測(cè)量分為兩種情況，一是在加工過程中直接測(cè)量工件加工表面，加工過程一結(jié)束，就能得到所需要的精度指標(biāo)[1],這是在線測(cè)量最理想的情況；二是加工過程結(jié)束后，工件仍然安裝在機(jī)床上，用合理的測(cè)量?jī)x器對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量[2]。在超精密加工中，熱變形對(duì)加工精度的影響是不可忽視的，因此在加工過程中恒溫油淋澆或切削液冷卻是必須的，在有冷卻液和工件轉(zhuǎn)速高的情況下，測(cè)量精度達(dá)到0.01μm的傳感器目前還沒有，因此在超精密加工中，零件加工精度的檢測(cè)主要是采用傳統(tǒng)的離線測(cè)量方法，而離線測(cè)量的費(fèi)用在很多情況下等于甚至超過零件的加工費(fèi)用。 　　基于上述原因，本文對(duì)第二種情況進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)零件的在線測(cè)量，其實(shí)質(zhì)是把車床作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用。由于研制的亞微米超精密車床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度是很高的，甚至比很多測(cè)量?jī)x器和測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度還高，如果把機(jī)床和合適的測(cè)量?jī)x器有機(jī)地接合起來，即可實(shí)現(xiàn)零件加工精度的在線測(cè)量，這樣機(jī)床即可作加工用，又可作測(cè)量用，擴(kuò)大了機(jī)床的應(yīng)用范圍，又解決了零件的測(cè)量問題[3]。現(xiàn)在機(jī)械加工質(zhì)量保證的發(fā)展趨勢(shì)是：通過用在線測(cè)量全部代替離線測(cè)量和統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制使質(zhì)量保證更靠近加工過程，保證零件從加工設(shè)備卸下就是合格品，當(dāng)然這需要一個(gè)前提即在線測(cè)量的效率和精度必須得到保證，這樣綜合決策和必要的補(bǔ)償就能在最小的時(shí)間延遲內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。因此研究零件加工精度的在線測(cè)量技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2　影響在線測(cè)量精度的誤差源分析 　　在線測(cè)量的目的是檢查加工零件的精度指標(biāo)是否符合要求，如果符合要求，則卸下工件，否則進(jìn)行必要的補(bǔ)償加工，直到工件加工精度合格，我們知道要準(zhǔn)確測(cè)量零件的加工精度，測(cè)量設(shè)備的精度必須比被測(cè)量零件的精度高一個(gè)量級(jí)即10倍原則，在超精密加工中，加工環(huán)境和在線測(cè)量環(huán)境相差不大，要想保證在線測(cè)量的精度，只能通過誤差補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)，也就是說通過誤差補(bǔ)償來在線測(cè)量不補(bǔ)償加工的零件是能保證測(cè)量精度的（誤差補(bǔ)償能使零件的加工精度提高一個(gè)量級(jí)），通過誤差補(bǔ)償來測(cè)量補(bǔ)償加工的零件則不能滿足10倍原則，但是應(yīng)用誤差補(bǔ)償后車床在線測(cè)量的精度已足夠高，還是有意義的。 　　當(dāng)然，車床作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用，在線測(cè)量精度也受到測(cè)量傳感器的精度及測(cè)量策略和數(shù)據(jù)處理策略的影響。在該車床（采用T型布局）設(shè)計(jì)制造過程中采用了許多先進(jìn)技術(shù)以減少或消除熱變形誤差對(duì)車床運(yùn)動(dòng)精度的影響，如該車床采用空氣靜壓主軸且選用白色密玉作為主軸和軸承的材料；車床溜板采用空氣靜壓導(dǎo)軌；車床主軸箱、溜板、床身和導(dǎo)軌均選用花崗巖材料；加工的間溫度控制在20±0.1℃等，因此影響測(cè)量精度的誤差源主要是機(jī)床的幾何誤差，共有21項(xiàng)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的6個(gè)誤差和3軸之間的三個(gè)相互位置誤差。21項(xiàng)誤差如下表所示。準(zhǔn)確迅速地對(duì)誤差源進(jìn)行辨識(shí)是實(shí)現(xiàn)高精度在線測(cè)量的基礎(chǔ)，考慮到測(cè)量過程和加工過程的運(yùn)動(dòng)方式很相似（刀具由傳感器或測(cè)量探針代替，當(dāng)然二者的誤差補(bǔ)償模型也是相似的），非誤差敏感方向上的誤差源對(duì)測(cè)量精度的影響可以忽略，即不單獨(dú)考慮δ（x）、γ（x）、δY（z）、γ（z）、δY（Ф）和α（Ф）對(duì)測(cè)量精度的影響，再加上βXZ不影響測(cè)量精度（被αZФ和βXФ包含），在機(jī)床鑒定過程中，對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)測(cè)結(jié)果為主軸的徑向跳動(dòng)誤差δX（Ф）和軸向竄動(dòng)誤差δZ（Ф）均<0.05μm,與溜板直線度誤差（δZ（x）≤0.18μm/100mm,δX（z）≤0.20μm/100mm）相比較小，主軸偏擺誤差β（Ф）也很小，因此在線測(cè)量零件加工精度時(shí)，不單獨(dú)考慮主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。當(dāng)然要想高精度在線測(cè)量大尺寸零件（大尺寸平面鏡），則主軸的回轉(zhuǎn)誤差（如β（Ф））必須考慮。 3　誤差源辨識(shí)及建模 　　該車床主要加工圓柱面、端面、錐面和球面等零件，在不考慮主軸回轉(zhuǎn)誤差的情況下，在線測(cè)量圓柱面母線的形狀或圓柱度誤差時(shí)只需要X向誤差補(bǔ)償；在線測(cè)量端面時(shí)需要Z向誤差補(bǔ)償；在線測(cè)量錐面和球面等曲面時(shí)需要同時(shí)進(jìn)行Z向和X向誤差補(bǔ)償，這時(shí)誤差補(bǔ)償模型必須是二維的。當(dāng)然用3個(gè)電容傳感器也可以補(bǔ)償主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，誤差補(bǔ)償量的辨識(shí)通常有兩種方法，一是首先離線辨識(shí)各項(xiàng)誤差源，通過一定的合成法則（如齊次坐標(biāo)變換）得到機(jī)床加工空間各點(diǎn)的誤差補(bǔ)償量；二是通過測(cè)量零件已加工表面得到誤差補(bǔ)償量，第一種方法費(fèi)時(shí)且建模過程中的假設(shè)影響建模精度，第二種方法只能補(bǔ)償測(cè)量具體零件，不能把補(bǔ)償區(qū)域擴(kuò)大到整個(gè)加工區(qū)，本文把兩種情況結(jié)合起來辨識(shí)誤差補(bǔ)償量，既保證精度又節(jié)省時(shí)間。