1　概述 　　機械加工的目標是追求加工精度、成本和效率的最佳組合，為了實現(xiàn)該目標，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量技術(shù)，特別是在多品種小批量生產(chǎn)條件下，研究先進的在線測量技術(shù)意義尤其重大，因為在線測量是加工測量一體化技術(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。國外很早就已經(jīng)認識到在線測量技術(shù)的重要性而進行了大量的研究，并且在生產(chǎn)實際中得到了大量的應(yīng)用。 　　零件加工精度的在線測量分為兩種情況，一是在加工過程中直接測量工件加工表面，加工過程一結(jié)束，就能得到所需要的精度指標[1],這是在線測量最理想的情況；二是加工過程結(jié)束后，工件仍然安裝在機床上，用合理的測量儀器對工件進行測量[2]。在超精密加工中，熱變形對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，測量精度達到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主要是采用傳統(tǒng)的離線測量方法，而離線測量的費用在很多情況下等于甚至超過零件的加工費用。 　　基于上述原因，本文對第二種情況進行研究，以實現(xiàn)零件的在線測量，其實質(zhì)是把車床作為坐標測量機使用。由于研制的亞微米超精密車床運動部件的運動精度是很高的，甚至比很多測量儀器和測量機的運動精度還高，如果把機床和合適的測量儀器有機地接合起來，即可實現(xiàn)零件加工精度的在線測量，這樣機床即可作加工用，又可作測量用，擴大了機床的應(yīng)用范圍，又解決了零件的測量問題[3]?，F(xiàn)在機械加工質(zhì)量保證的發(fā)展趨勢是：通過用在線測量全部代替離線測量和統(tǒng)計質(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)然這需要一個前提即在線測量的效率和精度必須得到保證，這樣綜合決策和必要的補償就能在最小的時間延遲內(nèi)得以實現(xiàn)。因此研究零件加工精度的在線測量技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。 2　影響在線測量精度的誤差源分析 　　在線測量的目的是檢查加工零件的精度指標是否符合要求，如果符合要求，則卸下工件，否則進行必要的補償加工，直到工件加工精度合格，我們知道要準確測量零件的加工精度，測量設(shè)備的精度必須比被測量零件的精度高一個量級即10倍原則，在超精密加工中，加工環(huán)境和在線測量環(huán)境相差不大，要想保證在線測量的精度，只能通過誤差補償來實現(xiàn)，也就是說通過誤差補償來在線測量不補償加工的零件是能保證測量精度的（誤差補償能使零件的加工精度提高一個量級），通過誤差補償來測量補償加工的零件則不能滿足10倍原則，但是應(yīng)用誤差補償后車床在線測量的精度已足夠高，還是有意義的。 　　當(dāng)然，車床作為坐標測量機使用，在線測量精度也受到測量傳感器的精度及測量策略和數(shù)據(jù)處理策略的影響。在該車床（采用T型布局）設(shè)計制造過程中采用了許多先進技術(shù)以減少或消除熱變形誤差對車床運動精度的影響，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，因此影響測量精度的誤差源主要是機床的幾何誤差，共有21項即每個運動部件的6個誤差和3軸之間的三個相互位置誤差。21項誤差如下表所示。準確迅速地對誤差源進行辨識是實現(xiàn)高精度在線測量的基礎(chǔ)，考慮到測量過程和加工過程的運動方式很相似（刀具由傳感器或測量探針代替，當(dāng)然二者的誤差補償模型也是相似的），非誤差敏感方向上的誤差源對測量精度的影響可以忽略，即不單獨考慮δ（x）、γ（x）、δY（z）、γ（z）、δY（Ф）和α（Ф）對測量精度的影響，再加上βXZ不影響測量精度（被αZФ和βXФ包含），在機床鑒定過程中，對主軸回轉(zhuǎn)精度進行了測量，實測結(jié)果為主軸的徑向跳動誤差δX（Ф）和軸向竄動誤差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，因此在線測量零件加工精度時，不單獨考慮主軸回轉(zhuǎn)誤差對測量精度的影響。當(dāng)然要想高精度在線測量大尺寸零件（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，在線測量圓柱面母線的形狀或圓柱度誤差時只需要X向誤差補償；在線測量端面時需要Z向誤差補償；在線測量錐面和球面等曲面時需要同時進行Z向和X向誤差補償，這時誤差補償模型必須是二維的。當(dāng)然用3個電容傳感器也可以補償主軸回轉(zhuǎn)誤差對測量精度的影響，誤差補償量的辨識通常有兩種方法，一是首先離線辨識各項誤差源，通過一定的合成法則（如齊次坐標變換）得到機床加工空間各點的誤差補償量；二是通過測量零件已加工表面得到誤差補償量，第一種方法費時且建模過程中的假設(shè)影響建模精度，第二種方法只能補償測量具體零件，不能把補償區(qū)域擴大到整個加工區(qū)，本文把兩種情況結(jié)合起來辨識誤差補償量，既保證精度又節(jié)省時間。