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3D与3轴校准之间的区别

防止机床在容积定位中产生误差，对精确地加工外形轮廓和其他的3D表面而言是非常关键的。

许多加工车间都认为3轴精度与3D精度的概念是完全相同的。但实际的情况是：3轴精度只代表1D尺寸精度，因为它只是废旧塑料回收厂不多说明了每一个轴上的线性测量值的公差。而3D精度是指每一个轴的线性测量值和 X、Y、Z轴相互之间的关系，也就是指一个特定工作区立方体内，每一个轴相互之间的平直度和垂直度的关系。

校准3轴精度相对比较简单，对鉴别和解决丝杠/滚珠丝杠节距误差或磨损一类的问题是非常有用的。而校准3D精度相对比较复杂，但没有必要花费更多的时间。然而，在切削轮廓表面和加工由 3D CAD软件设计的3D零件时，这是保证机床整体性能的最好方法。对于加工车间而言，了解何时如何进行这些不同的校准是十分重要的，因为每一种校准会为机床的性能提供不同的信息。

在深入了解3轴与3D校准的区别前，首先要明白大部分机床的定位系统是根据迪卡尔坐标系统确定的，而三坐标各轴之间是互相垂直的，它利用坐标轴上的一系列点来代表3D物体或物体特性，因此了解这一点是很有帮助的。

围绕3轴和3D校准问题所造成的很多概念的混乱与其术语有关。如果一个加工车间只是沿着3轴上的每一个轴校准线性位移，那么就可以考虑将它确认为3轴校准。然而，这三个轴并不是为3D精度而校准的，因为线性位移并不认为各轴之间是相互垂直的。

根据刚体的几何形状，它是以某一特定基准框架的一个轴所形成的90°角来确定其位置，而特定机床上3轴的每一个轴都允许存在6个误差，总计18个误差。这6 个误差包括3个线性误差以及节距误差、偏离误差和滚动角度误差。再考虑到3个潜在的垂直度误差，使3轴机床的刚体总误差数可能达到21个之多。当沿着每一个轴校准位移误差时，只能确定3个误差，留下其余的18个误差无法确定。

图1 采用激光校准系统测量立方体对角线位移是检查3D容积精度的一种测量方法

3轴线性校准

沿着CNC数控机床某一个轴的线性位移可采用一种以激光多普勒位移计量技术（LDDM）为基础的测量系统进行校准。这个系统只需要两个光学元件，并将它们暂时安装到机床上或坐标测量机上。这样就会使系统的调试设置和激光束的校正相对比较容易和快速。在这个应用领域中使用的激光器符合标准化跟踪要求，具有稳定的检测特性，其检查稳定性优于0.1ppm，精度达1.0ppm，分辨率达1微英寸。

激光器读数头安装在床身或工作台之上，其回射器（也可称作光靶）安装在主轴上。经微调后的激光束与轴线平行。操作员沿着轴线编制测量用的增量级程序，装有回射器的主轴在其原来的位置上启动。然后该系统开始将回射器移动到每一个规定的增量级位置上，并将测量值记录下来。增量级定位和数据捕捉可自动或通过手工方式完成。

这种工艺通过对测量刻度与校准系统的测量位置进行比较，就可以知道它们之间所存在的偏差。然后利用这些偏差来计算和必要时拉伸型材中心要有人控持扶正或塞垫以确保头中尾各段之间的垃伸尺度契合铝合金型材需求制作一个补偿表格。在某些情况下，可将它称之为单一线性修正系数的应用表格。其他的人则要求采用增量级节距修正系数。也就是说，在某些特定区域可能会产生误差，但不会均匀地分布在轴线上。

依靠线性校准可假设惟一可能的误差为丝杠/滚珠丝杠和热膨胀误差。沿着3轴线上的线性校准来保证3D零件的精度是不合适的。很多年以前，德国和国际的标准制订机构已经意识到了这点速冻机，于是就引进了ASME B5.54和ISO机床性能测量标准。

图2 机床设计中存在的固有普通误差会影响机床的定位精度

3D校准

由ASME B5.54和ISO标准产生了两种不同的3D（容积锁紧螺钉）校准方法，一种叫“立方体对角线位移测量法”；另一种独特的方法叫做“顺序步骤式对角线测量法”。多年来，由ASME B5.5推动梅钢高端制造与高端服务业同步发展4和ISO标准确定的立方体对角线测量法为检测容积误差提供了一个快速的测量方法，并且获得了很好的结果。由于其所涉及的测量相对比较简单，而且测量速度也比较快，因此其成本费用很冷面机低，机床的停产时间也非常少。

立方体对角线位移测量法是采用一种激光校准系统，对机床的容积定位精度进行测量。激光器安装在机床的床身之上，其回射器安装在机床的主轴上，用于反射激光的光束，这千分表一光束按照机床的对角线对准调节。

当激光器的光束沿着立方体对角线方向发射时，回射器开始沿着立方体对角线，并按照操作员规定