大型五轴加工的空间误差补偿技术

    小型机械零件可互换的概念在19世纪即已成为现实（主要是通过更严格地控制尺寸公差）。现在的任务则是要生产具有互换性的大型整体零件和复杂形状零件（如航空零件），并减少将这些零件对准和组装为部件的劳动密集型（因此也是非常昂贵的）工序。
    机床制造商MAG美国公司的开发经理Jim Dallam说，“沿着直线轴在很短的距离内保持严格的尺寸公差并不难做到，但要在几米的空间范围内沿着任意轮廓线和方向保证尺寸精度则要困难得多。”他指出，虽然大型整体零件在规定的尺寸公差范围内具有互换性，但这种公差往往太大，以至它们很难真正实现可互换（即具有完美的一致性）。
    为了在具有1立方米或更大加工范围的大型5轴机床加工中克服这种困难，MAG公司推出了一种空间误差补偿（VEC）系统，该系统能够同时对机床所有运动轴的综合路径和位置误差进行快速分析与修正。这种空间误差补偿方法可将确定误差补偿所需要的时间从几天缩短到几小时。
    VEC系统及方法是由一个政府/行业联合体开发和验证的，并以由波音公司研发部门的Philip Freeman开发的算法为基础。VEC系统可作为MAG新机床的一种可选配置提供，并可通过MAG公司的技术服务部门，用VEC系统对老式机床进行现场升级改造。
    Dallam解释说，VEC系统采用一台T3激光跟踪仪、一个活动靶镜和由自动精密公司（Automated Precision Inc.）开发的测量软件（VEC测量方法也由该公司提供）来修正几何形状误差。激光跟踪仪发出的激光束射到安装在机床主轴上的活动靶镜（反射镜）上，反射镜再将激光束反射回光源。数控程序对反射镜进行定位，生成200个点的点云，它代表了在机床工作范围内的一系列5轴“位姿”（指令位置）。
    Dallam说，“激光跟踪仪和活动靶镜始终锁定激光束，因此，当机床运动并在一个位置停下时，激光跟踪仪就知道靶镜在真实空间中的位置，机床也知道它在指令空间中的位置。”经过3次运行后，软件就能建立所需空间补偿量的模型（多项式联立方程组）。在路径移动时，机床控制系统的编译循环功能对这些方程组进行实时处理，从而可在很大程度上提高机床加工精度。
    据波音公司介绍，在一些大型计划（如F-18战斗机和波音700型系列飞机的生产）中，这种空间误差补偿系统通过显著降低组装和装配成本，每年可望节省1亿美元。