Straightness evaluation of machine tools' long axes

The first part of the thesis introduces the main concepts behind the study, which involve the comparison of the straightness measurements of a long machine tool axis performed using different instruments that provides both linear direct measurements and angular indirect ones; these measurements have been carried out in two different coordinate systems: one consistent with that of the machine and the other rotated around the axis under test, this approach aims to evaluate a method for cases where performing a straightness measurement on a slanted machine bed may not be viable. Furthermore this section introduces the context in which the characteristics of machine tools are determined, defines the nomenclature of axes, explains the transformation required to compare measurements performed in the two coordinate systems in use and provides an explanation about the six degrees of freedom of errors associated with a machine's linear axis. The second part provides the details behind the straightness measurements of a path and the different methods and instruments by which the measurement is obtainable, moreover an introduction about other common specifications (parallelism, squareness, flatness and coaxiality) is provided. For the last part of the study, after the measuring instruments characteristics have been provided, the methods used to estimate the uncertainty of the measurements are detailed and the straightness measurements results are presented, particularly this study shows that the straightness measurements remained comparable across all measuring instruments and methods considered.

La prima parte della tesi introduce i concetti principali alla base dello studio, che comprendono il confronto delle misure di rettilineità di un asse lungo di una macchina utensile eseguite utilizzando diversi strumenti che forniscono sia misure dirette lineari che indirette angolari; le misurazioni sono state eseguite in due diversi sistemi di coordinate: uno coerente con quello della macchina e l'altro ruotato attorno all'asse misurato, questo approccio mira a valutare un metodo per i casi in cui eseguire una misura di rettilineità su una macchina a bancale inclinato potrebbe non essere fattibile. Inoltre questa sezione da un introduzione al contesto in cui vengono determinate le caratteristiche delle macchine utensili, definisce la nomenclatura degli assi, spiega la trasformazione richiesta per confrontare le misure eseguite nei due sistemi di coordinate in uso e fornisce una spiegazione sui sei gradi di libertà degli errori associati all'asse lineare di una macchina. La seconda parte fornisce i dettagli alla base delle misure di rettilineità di un percorso e i diversi metodi e strumenti con cui è possibile ottenere la misura, inoltre viene fornita un'introduzione su altre specifiche comuni (parallelismo, ortogonalità, planarità e coassialità). Per quanto riguarda l'ultima parte dello studio, dopo aver fornito le caratteristiche degli strumenti di misura, sono descritti i metodi utilizzati per stimare l'incertezza delle misurazioni e sono presentati i risultati delle misure di rettilineità, in particolare questo studio mostra che le misure di rettilineità sono rimaste comparabili tra tutti gli strumenti e metodi di misurazione considerati.