产品应用技术
实现超高精度和高速驱动的CNC三坐标测量机LEGEX

1、前言


随着近年来机床加工精度的迅速提高,工件的测量精度也达到了前所未有的新高度。为满足测量仪器用户的需求,测量精度等级也正在从微米级向亚微米级,甚至纳米级发展。

面对这种挑战,三丰开发出LEGEX系列超高精度三坐标测量机,并作为下一代三坐标测量机的一种尝试投放市场。以下将结合LEGEX系列产品的规格和性能特点,对LEGEX开发过程中使用的一些基本技术进行介绍。

2. 如何实现超高精度

2-1 基本结构

为确保测量精度,采用固定桥式?可移动式工作台,以最大限度地减少阿贝偏置误差。同时采用FEM分析,从而确保实现最佳产品结构。

2-2 长度测量技术

作为长度测量系统的3个基准轴上搭载了最小分辨率0.01μm的新开发的线性编码器系统,和具有0.01x10-6/oC超低线性膨胀系数的晶体玻璃尺。因为晶体玻璃尺的热膨胀系数几乎为0,并且相当耐热,从而确保能够实现超高精度。在图2中图示出其检测原理。



图1 底座的FEM解析范例



图2 检测原理

2-3 驱动部

通过实现“中心驱动”—即将各轴的驱动单元配置在各轴滑架的近似重心的位置上,从而减少了在加速和减速过程中产生的惯性而提高了动态精度。

2-4 防振技术

? 内部振动
三丰凭借其特有的高刚性低振动空气轴承,并且有效地对各轴电机和导轨这两个主要内部振动源进行了震动缓冲,成功实现了高精度、高稳定性导向。

? 外部震动
为防止安装场所的地面震动对精度产生不利影响,三丰在机器底座的重力中心位置安装了带有自动调水平功能的空气减震弹簧防震台。这种技术可有效消除外部震动,确保实现稳定的精度。

2-5 测头技术

MTP2000是专为超高精度测量开发的接触式触发测头。MPP300则可实现高精度扫描测量和高精度点测量。



图3 MTP2000超高精度接触式触发测头



图4 MPP300超高精度扫描测头

3. LEGEX系列规格

3-1 LEGEX系列的外观与规格

图5为LEGEX系列代表作LEGEX 12128型外观图,表1为LEGEX系列产品规格表。


图5 LEGEX 12128

表1 LEGEX系列产品规格表

  322 574 774/776 9106 12128 (12168)
测量范围
(mm)
X 300 500 700 900 1200
Y 200 700 700 1000 1200/1600
Z 200 450 450/600 600 800
分辨率 (um) 0.01
精度
(um)
MPEE 0.8+2L/1000
(TP7M)
0.35+L/1000 (MPP300Q)
0.45+L/1000 (TP7M/MTP2000)
0.6+1.5L/1000 (MPP300Q)
0.8+1.5L/1000
(TP7M/MTP2000)
MPEP 0.1 0.45 (MPP300Q)
0.6 (TP7M/MTP2000)
0.6 (MPP300Q)
0.8 (TP7M/MTP2000)
MPETHP   1.4 (MPP300Q) 1.8 (MPP300Q)
最大驱动速度(mm/s) 200
最大加速度(G) 0.85 0.1 0.05
最大工件重量(kg) 15 200 500 800 1000
工作温度范围 18oC~22oC
发售日期 2003 12 2003 12 2004 4 2004 1 2004 2


4. LEGEX性能评估

根据ISO 10360-2三坐标测量机检查规格对LEGEX 12128和LEGEX 9106进行了检查,其检查结果分别如下面图6和图7所示。

图中红线为精度的规格值,在30mm至1000mm的测量范围内对各测量点重复测量5次后得出以下结果。



图6 LEGEX 12128的空间精度测量结果



图7 LEGEX 9106的空间精度测量结果

5. 结论

以上简要介绍了LEGEX系列超高精度三坐标测量机的主要规格和关键技术。今后,三丰将进一步提高技术水平,努力开发更多具有更高性能、更多功能的产品。

刊载于株式会社日刊工业新闻社《机械工程》2004年7月号(仅日文版)