五轴数控机床的运动精度检测
五轴数控机床的运动精
度检测
文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
五轴数控机床的精度检测方法分析
摘要：本文首先对五轴数控机床的精度检测技术做了一个简要概括，然后介绍数控机床精度检测的必要性,指出数控机床常见的精度要求及传统检测方法,并介绍先进检测方法和检测仪器、工具,以及各个检测方法的特点。
关键词：五轴数控机床；精度检测
Precision analysis of detection method of five axis CNC machine tools Abstract: Firstly，this paper introduces the precision detection technology of five axis NC
machine tools, and then introduces the necessity of CNC machine tool accuracy detection accuracy requirements of CNC machine tools, points out the common and the traditional detection method, and introduce advanced detection method and detection instruments, tools, and the characteristics of each detection method.
Key words: Five axis NC machine tool；Precision detection
1 引言
五轴联动数控机床目前已大量用于航空制造等高端制造领域。由于机床复杂的机械
结构及控制系统，五轴联动机床加工精度检测及优化一直是机械制造行业内研究的热点和难点，成为影响产品加工质量及效率的关键。对企业来说,购买数控机床是一笔相当大的投资,特别是购买大型机床。实践表明,大多数大型数控机床解体发运给用户安装时,必须在现场调试才能符合其技术指标,因此,在新机床检收时,要进行严格的检定,使机床一开始安装就能保证达到其枝术指标预期使用性能和生产效率。投入生产的数控机床使用一段时间后,必须再进行精度检定。通常新机床在使用半年后需再次进行检定,以后每年检测一次,定期检测机床误差,并及时校正螺距及反向间隙等,可切实改善使用中的机床精度及零件加工质量,提高机床的生产率。
2 数控机床精度检测技术研究现状
常用的机床误差测量方法有直接测量法和间接测量法,其中间接测量法,如首先用典型工件试切或试加工,然后再对所试切的工件进行精度检测。但这种方法的测量结果中包括
了工艺、刀具和材料等因素在内，虽然可以通过试件的加工精度间接反映出机床的精度，但不能精确地用于指导机床的研发和改进。而直接测量法如用微位移传感器测量装夹在主轴上的圆柱形基准棒或基准球，或者对装夹在工件台面上的基准量块或平尺直接进行测量,这种方法可以直接获得某项误差,但该方法测量效率低,测量的范围(如行程)有限。
目前世界各国对数控机床精度检测指标的定义、测量方法及数据处理方法等都有所不同。国际上有五种精度标准体系,分别为:德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB系列、美国机床制造商协会NMTBA。其中NAS979是美国国家航空航天局在二十世纪七十年代提出的通用切削试件,"NAS试件”是通过检测加工好的圆锥台试件的“面粗糖度、圆度、角度、尺寸”等精度指标来反映机床的动态加工精度。NAS 试件已在三坐标数控机床的加工精度检测方面得到了很好的应用,但用NAS试件来检测五轴数控机床的加工精度还存在一些问题。成都飞机工业(集团)有限责任公司于2011年提出了用于检验五轴数控机床的标准试件——“S形试件”,该试件是由一个呈“S”形状的直纹面等厚缘条和一个矩形基座组合而成,通过检测加工试件的“外形轮廓尺寸、厚度、表面粗糙度”等指标,以及试件上的3条线共99个点的坐标位置来检验五轴数控机床的加工精度,“S形试件”是目前五轴数控机床精度检验通用的检测试件,该试件已于2011年申请美国国家专利,“S形试件”模型图及检测点如图所示。
S试件模型图
测量方法需根据具体的测量仪器来制订,机床精度提髙的需求也促进了机床精度检测工具的发展。根据检测轨迹的不同,检测仪器可分为圆轨迹运动检测和直线运动轨迹检测。由于机床的圆轨迹运动包含了较多误差信息,因此开发一种用于检测机床轨迹运动的仪器也是国内外学者的研究重点。
Heidenhaim公司研制的平面正交光栅(GGET),既可以检测圆轨迹又可以检测直线轨迹或不规则的异形平面运动。Wei Gao等用光电自准直仪检测主轴偏角的误差,用电容位移测头测出了主轴的轴向跳动误差,用直尺和电容位移测头结合检测出了导轨的直线度误差。用于直线运动轨迹检测的仪器,目前比较常用的有双频激光干涉仪和激光跟踪仪。上海交通大学与美国光动公司合作,基于激光多普勒位移测量仪提出了一种沿体对角的机床空间几何误差的激光矢量测量方法,通过分步测量机床工作空间的4条体角线,并结合空间误差综合模型快速分离机床的19项误差。该方法通过添加3个面上的6条对角线,可以实现分离出机床的21项几何误差。
根据国际生产工程协会(CIRP)的预测,至2012年,30%-50%的新机床将配备定位误差、直线度和各种转向误差的补偿功能。随着数控机床使用数量的增加,在使用过程中如何对数控机床精度进行再标定及误差溯源,调整机床以排除故障或对其进行误差补偿,并定期地对数控机床误差进行检测和补偿的需求也会增加。提高机床精度的关键步骤是误差检测,因此快速高效的误差检测方法也成为研究的重点,同时随着多轴数控机床的广泛应用,研究的对象也逐渐向多轴机床转移。
3 五轴数控机床的传统精度检测方法
五轴机床一般是比三轴机床多两个旋转轴。首先，要对三个直线轴进行检测；其次，是针对两个旋转轴的检测；最后，要对五轴联动性能进行检测。主要包括两个：（1）三个直线轴的检测
方法和三轴铣床一样，所以这里不做叙述。
（2）两个旋转轴的检测
因为旋转轴的各项精度对五轴加工精度的影响远远大于三个直线轴精度的影响，所以对五轴机床的检测重点是两个旋转轴的精度。
旋转轴的精度包括两个方面：一方面是旋转轴运动的精度，主要要检测每个旋转轴的重复定位精度；另一方面是两个旋转轴相互之间的关系，主要检测两个旋转轴轴线和主轴轴线之间空间几何关系是否正确。
测量旋转轴的重复定位精度
方法和直线轴测量方法类似：对于转台类型的旋转轴，在转台上固定一个方块，用千分表接触方块的表面，旋转转台一定角度，再反向旋转转台同样多角度，回到原位，观察两次表针接触方块表面时的表读数是否一致，误差多少（如图1）；对于摆头类型的旋转轴，在主轴上装上检测用芯棒，用千分表指针接触芯棒来检测（如图2）。
图1 测量转台的重复定位精度图2 测量摆头的重复定位精度
测定两个旋转轴和主轴之间的空间几何关系
这项需要按照五轴铣床的类型分为三种情况：
（1）双转台结构的五轴铣床
图3为一个双转台结构的示意图，在图中标出了两个旋转轴的轴线，这两根轴线应
图3 双转台结构示意图
测定方法如下：先将C轴转台校正，使C轴转台平行于XY平面（方法略）；再如图+90°和-90
B、C轴的偏心量为此高差的二分之一。
图4 双转台轴线偏心量测定
（2）转台和单摆头结构的五轴铣床
图5为单摆头结构的示意图，图中标出了B轴的轴线和主轴的轴线，这两个轴线应该相交于一点，如果它们不相交，需要测定出它们的距离，即主轴和摆动轴B轴的偏心量。
主轴轴线
B轴轴线
图5 转台和摆头铣床摆头部分结构示意图
测定方法如下：先在主轴上装上检测用芯棒，校正B轴，使芯棒（主轴轴线）垂直于XY平面（方法略）；再如图6中所示，分别旋转B轴+90°和-90°，测量两个方位下芯棒侧面最低点的高差。如果高差为零，则摆头和主轴间的空间几何关系符合理想情况，如果高差不为零，则主轴和B轴的偏心量为此高差的二分之一。
图6 摆头和主轴偏心量测定
（3）双摆头结构的五轴铣床
图7为双摆头结构示意图，图中标出了主轴轴线、B轴轴线和C轴轴线。理想情况下，主轴轴线和C轴轴线应该重合，B轴轴线和它们相交。如果这三个轴线不符合这种理想情况，需要测定出它们之间的偏心量。
C轴轴线
B轴轴线
主轴轴线
图7 双摆头结构示意图
首先，测定B轴和主轴的偏心量，方法和单摆头铣床的测定方法一样。
然后，测定C轴和主轴的偏心量，方法如下：如图8左边所示，在工作台上固定一个标准圆柱型，将千分表表座固定在C轴上，表针接触圆柱形侧面，调整机床XY轴的位置，使得C轴旋转时千分表读数不变，这样C轴轴线就和圆柱形的中心重合了，将这个位置机床的X、Y坐标值记录下来；如图8右边所示，先转动B轴，使主轴轴线垂直于工作台（XY平面），再在主轴上装上检棒，将表座固定在检棒上（主轴上），表针接触圆柱形侧面，调整机床XY轴的位置，使得检棒旋转时千分表读数不变，这样主轴轴线就和圆柱形中心重合了，将这时机床的X、Y坐标值同刚刚记录下来的坐标值比较，差值就是C轴轴线和主轴轴线的X、Y偏心量。
图8 双摆头铣床C轴和主轴偏心测定
综上所述，双转台铣床的B轴、C轴是结合为一体的双转台，要测定出B、C轴的偏心量；转台和单摆头铣床的B轴和主轴结合为一体，要测定出B轴和主轴的偏心量；双摆头铣床的B轴、C轴和主轴是结合为一体的双摆头，需要测定出B轴和主轴、C轴和主轴的偏心量。
三五轴联动性能的检测
五轴联动性能的检测不需要按照五轴铣床的类型来分类。
五轴联动性能的检测的目的有两个：一是检测对五轴铣床几个轴之间空间几何关系测定的准确性，二是检测机床数控系统对五轴空间几何关系的补偿功能。
五轴联动性能的检测不能通过直接测量来检测，而是通过加工一些标准形状，再测量加工出形状的误差来检测的：
（一）直线
在一个平面上加工一条直线，加工时要求刀轴连续变化，图9中所示就是一种5轴加工直线的刀路，可以尝试用多种刀轴控制方法来加工。加工用材料可以选择较易加工
的非金属材料或者有色金属，刀具用球刀。加工好以后，观察直线是否弯曲，如果明显弯曲，则需要重新检测机床各项精度，特别是重新测定两旋转轴和主轴间的偏心关系是否正确。
图9 变刀轴加工直线刀路
（二）平面
用球刀精加工一个平面，将这个平面分为多段，分别用数个不同角度的固定刀轴和连续变化的刀轴来加工，图10中所示为这些加工刀路。加工好以后，测量这个平面上不同段之间的误差，理想情况下这个平面仍然是平的，如果误差过大，则重新测定两旋转轴和主轴间的偏心关系是否正确。
图10 多种刀轴控制方法加工同一个平面
（三）球形
用球刀精加工球形，要超过半球，刀轴垂直于球面加工，分别采用沿经线双向加工和沿纬线螺旋加工的方法各加工一个直径相同的球形，加工刀路如图11所示。加工好之后，测量两个球形的直径，和标准值比较误差。如果有条件，还可以测量两个球形的圆度和标准球形的误差值。
图11 五轴加工球形的两种刀路
以上就是用加工标准形状的方法来检测五轴铣床的五轴联动性能的一种基本方法。总结如下：
先加工一条直线，初步判断五轴空间几何关系测定的正确性，同时检测数控系统的补偿功能是否生效。这是一维形状的检测，是最基本的要求，在此基础上才能做下面的检测。
再加工一组平面，检测五轴空间几何关系测定的准确性，同时检测数控系统的补偿功能是否设定正确。这是二维形状的检测，比一维形状的检测的要求高一等级，如果检
测合格，说明五轴空间几何关系的测定基本准确，同时数控系统基本满足五轴加工的要求。
最后，加工球形，进一步检测五轴空间几何关系测定的准确性，同时检测数控系统的补偿功能是否在三维空间做出了正确的运动补偿。这是三维形状的检测，也是最高等级的要求。如果满足了三维形状加工的要求，就可以说这台五轴铣床完全合格，可以胜任生产加工任务了。
4 五轴数控机床的先进精度检测方法
传统的检测方法和检测工具只是用于精度较低的中小型数控机床,国内各工厂的大型数控机床绝大多数是进口的,均采用高精度的激光干涉仪、球杆仪。如今，通过一系列步骤的直接检测来判断机床的精度，依然是许多机床生产商和使用者的首选方法。单项检测法的测量不确定度很小，结果可信度很高。针对直线轴的比较成熟的检测法如下:
激光干涉仪测量定位误差
激光干涉仪测量直线运动轴的定位精度
用激光干涉仪测量定位误差，如图所示。由于部分机床的回转轴安装在工作台面以下，其回转轴的运动精度只能在机床装配时进行测量和改善。单项检测法只能实现: 使用激光干涉仪和反射镜组测量回转轴的角度定位精度
球杆仪法
球杆仪法是ISO 230-1中推荐的一种方法，1982年，J BBRYAN在美国Lawrence Livermore国家实验室，首先开发出了用于快速检测数控机床运动误差的球杆仪&球杆仪由两个精密金属圆球和一个可伸缩连杆组成，在连杆中间镶嵌着用于检测位移的光栅尺，如图 . 所示&测量时，一个圆球通过磁性钢座固定在工作台上，另一个圆球通过同样的装置安装在主轴上。
雷尼绍QC20球杆仪设备
球杆仪可以同时动态测量两轴联动状态下的圆运动精度，新式的球杆仪设备可以在一次安装后，依次测量XY，YZ，XZ个平面上的圆轨迹精度。数控机床的垂直度、重复性、间隙、各轴的伺服增益比例匹配、伺服性能和丝杠周期性误差等参数指标都能从圆运动轮廓的半径变化中反映出来。通常，测量周期不超过1h。
球杆仪是一维的位移测量，在检测多轴机床时，需要设置复杂的联动方案。一维测量能获得的信息是有限的，从空间三维测量的角度来讲，会遗漏许多关键的误差源信息，球杆仪的安装和调准依然是一项需要较高技术的工作，难以实现机床精度检验的自动化和高效。
平面光栅法
如图 # 所示，工作台上置有直径140mm、刻有高精度正交栅纹的平面光栅，主轴端装有读数光栅&在平面光栅的有效工作范围内，不论按NC指令执行的工作台与主轴所作的相对运动是规则的圆运动、直线运动或者是不规则的复杂曲线运动，都可通过主轴端的读数头及后续电路直接读出其运动轨迹是否精良的信号，读数分辨率可达5nm。
海德汉Heidenhain公司的KGM平面光栅测量系统
平面正交光栅法可以通过检测机床直线轴复合轨迹运动( 直线轨迹和圆轨迹的组合) 的轨迹误差，解算出数控机床的3个直线轴的21项运动误差。除了仪器价格较高这一点之外，是当今现场运动精度诊断的首选方法。但平面光栅也存在一定的局限性，因为它的检测都局限在平面上，无法评价五轴机床多轴联动（尤其是包含回转轴的联动）的空间精度。
R-test方法
Rest测量装置由瑞士的S WEIKERT和WKNAPP在2004年发明[Cs7，专门针对五轴数控机床的误差测量。Rest装置由一个高精度的标准球(陶瓷或钢)和安装有3个(或者4个)位移传感器的探测头组成。传感器探头的平而与球体表而相互接触，标准球和探测头分别装在主轴端或工作台，如图5所示。机床做多轴联动时，标准球随主轴运动，探测系统随工作台运动，5轴机床可以保证多轴联动时球心和底座的空间相对位置保持不变，即刀具中心点( Tool Center Point)和工件的空间相对位置不变。由于机床几何误差的存在，球体和探测头的相对位置发生微小的偏移，空间3个方向的偏移量被传感器测得。将3个(或者4个)位移传感器的测量结果转换为空间X, Y, Z方向的偏移。此外，ZARCAR-BASHI等提出了一种测量设备CapBall，使用的是非接触式的传感器。日本的Soichi IBARAKI等对R-test系统进行了更加深入的研究图，提出使用非接触式的测量。ISO TC39/SC2己经在讨论收录R-test。IBS精密工程和FIDIA己有商用的类似R-test装置。瑞士的wKNAPP等致力于R-test配合精密球盘的检测研究D n7，数控机床的工作台上装上精密的球盘，然后主轴端安装R-test探测头，机床的直线轴按照NC指令运动，使Rest按照特定的川页序测量球盘.
典型的R-test测量装置
相对于激光干涉仪，平而光栅和球杆仪，R-test具有着3维位移检测的优势，在一次测量中能获得的信息很多，能够分析五轴机床的大部分误差源。Rest可以配合标准球或者精密球盘等，实现复杂的运动检测，具有很大的潜力，是当今机床精度研究的热点。作者所在课题组正在致力于R-test装置的原理和结构设计，会有陆续的研究成果展示。
5 结束语
对于集机、电、液、气于一体的大型数控机床的验收,无论是预验收,还是终验收,都十分重要,它直接关系到机床的功能、可靠性、加工精度和综合加工能力。验收时必须对机床的几何精度、位置精度及工作精度全面检测,采用的手段和检测仪器、工具应尽量先进,只有这样才能保证大型数控机床的工作性能。
致谢感谢教授对本工作的大力支持,在此表示感谢！
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数控车床检验标准
共享知识分享快乐 一．写出CAK6140数控车床检验标准 1.机床外观的检查 机床外观的检查一般可按通用机床的有关标准进行，但数控机床是高技术设备，其外观质量的要求更高。外观检查内容有：机床有无破损；外部部件是否坚固；机床各部分联结是否可靠；数控柜中的MDI／CRT单元、位置显示单元、各印制电路板及伺服系统各部件是否有破损，伺服电动机（尤其是带脉冲编码器的伺服电机）外壳有无磕碰痕迹。 2.机床几何精度的检查 数控机床的几何精度综合反映机床的关键零部件组装后的几何形状误差。数控机床的几 何精度检查和普通机床的几何精度检查基本类似，使用的检查工具和方法也很相似只是检查要求更高。每项几何精度的具体检测办法和精度标准按有关检测条件和检测标准的规定进行。 同时要注意检测工具的精度等级必须比所测的几何精度要高一级。现以一台普通立式加工中心为例，列出其几何精度检测的内容： 1）工作台面的平面度。 2）各坐标方向移动的相互垂直度。 3）Ｘ坐标方向移动时工作台面的平行度。 4）Ｙ坐标方向移动时工作服台面的平行度。 5）Ｘ坐标方向移动时工作台Ｔ形槽侧面的平行度。 6）主轴的轴向窜动。 7）主轴孔的径向圆跳动。 8）主轴沿Ｚ坐标方向移动时主轴轴心线的平行度。 9）主轴回转轴心线对工作台面的垂直度。 10）主轴箱在Ｚ坐标方向移动的直线度。 对于主轴相互联系的几何精度项目，必须综合调整，使之都符合允许的误差。如立式加工中心的轴和轴方向移动的垂直误差较大，则可以调整立柱底部床身的支承垫铁，使立柱适当前倾或后仰，以减少这项误差。但是这也会改变主轴回转轴心线对工作台面的垂直度误差，因此必须同时检测和调整，否则就会由于这一项几何精度的调整造成另一项几何精度不合格。 机床几何精度检测必须在地基及地脚螺栓的混凝土完全固化以后进行。考虑到地基的稳定时间过程，一般要求在机床使用数月到半年以后再精调一次水平。 检测机床几何精度常用的检测工具有：精密水平仪、900角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或测微仪以及高精度主轴心棒等。各项几何精度的检测方法按各机床的检测条件规定。各种数控机床的检测项目也略有区别，如卧式机床比立式机床多几项与平面转台有关的几何精度。在检测中要注意消除检测工具和检测方法的误差，同时应在通电后各移动坐标往复运动几次，主轴在中等转速回转几分钟后，机床稍有预热的状态下进行检测。 3.机床性能及数控功能的试验 根据《金属切削机床试验规范总则》的规定，试验项目包括可靠性、静刚度、空运转振动、热变形、抗振性切削、噪声、激振、定位精度、主轴回转精度、直线运动不均匀性及加工精度等。在进行机床验收时，各验收内容需按照机床出厂标准进行。 1.机床定位精度的检查 数控机床的定位精度是表明机床各运动部件在数控装置控制下所能达到的运动精度。因此，更具实测的定位精度数值，可以判断出该机床以后在自动加工中所能达到的最好的加工精度。．
数控车床几何精度检测
数控车床几何精度检测 １．床身导轨的直线度和平行度 ☆纵向导轨调平后，床身导轨在垂直平面内的直线度 检验工具：精密水平仪 检验方法：如0001 所示，水平仪沿Z 轴向放在溜板上，沿导轨全长等距离地在各位置上检验，记录水平仪的读数，并记入“报告要求”中的表 1 中，并用作图法计算出床身导轨在垂直平面内的直线度误差。 ☆横向导轨调平后，床身导轨的平行度 检验工具：精密水平仪 检验方法：如0002 所示，水平仪沿X 轴向放在溜板上，在导轨上移动溜板，记录水平仪读数，其读数最大值即为床身导轨的平行度误差。
２．溜板在水平面内移动的直线度 检验工具：指示器和检验棒，百分表和平尺 检验方法：如0003 所示，将直验棒顶在主轴和尾座顶尖上；再将百分表固定在溜板上，百分表水平触及验棒母线；全程移动溜板，调整尾座，使百分表在行程两端读数相等，检测溜板移动在水平面内的直线度误差。 ３．尾座移动对溜板移动的平行度 ☆垂直平面内尾座移动对溜板移动的平行度 ☆水平面内尾座移动对溜板移动的平行度 检验工具：百分表 检验方法：如0004 所示，将尾座套筒伸出后，按正常工作状态锁紧，同时使尾座尽可能的靠近溜板，把安装在溜板上的第二个百分表相对于尾座套筒的端面调整为零；溜板移动时也要手动移动尾座直至第二个百分表的读数为零，使尾座与溜板相对距离保持不变。按此法使溜板和尾座全行程移动，只要第二个百分表的读数始终为零，则第一个百分表相应指示出平行度误差。或沿行程在每隔300mm 处记录第一个百分表读数，百分表读数的最大差值即为平行度误差。第一个指示器分别在图中ab 位置测量，误差单独计算。
４．主轴跳动 ☆主轴的轴向窜动 ☆主轴的轴肩支承面的跳动 检验工具：百分表和专用装置 检验方法：如0005 所示，用专用装置在主轴线上加力 F （ F 的值为消除轴向间隙的最小值），把百分表安装在机床固定部件上，然后使百分表测头沿主轴轴线分别触及专用装置的钢球和主轴轴肩支承面；旋转主轴，百分表读数最大差值即为主轴的轴向窜动误差和主轴轴肩支承面的跳动误差 ５．主轴定心轴颈的径向跳动 检验工具：百分表 检验方法：如0006 所示，把百分表安装在机床固定部件上，使百分表测头垂直于主轴定心轴颈并触及主轴定心轴颈；旋转主轴，百分表读数最大差值即为主轴定心轴颈的径向跳动误差
数控机床精度校验检测
数控机床精度检测 数控机床的高精度最终是要靠机床本身的精度来保证，数控机床精度包括几何精度和切削精度。另一方面，数控机床各项性能的好坏及数控功能能否正常发挥将直接影响到机床的正常使用。因此，数控机床精度检验对初始使用的数控机床及维修调整后机床的技术指标恢复是很重要的。 1、检验所用的工具 1.1、水平仪 水平：0.04mm/1000mm 扭曲：0.02mm/1000mm 水平仪的使用和读数 水平仪是用于检查各种机床及其它机械设备导轨的直线度、平面度和设备安装的水平性、垂直性。 使用方法： 测量时使水平仪工作面紧贴在被测表面，待气泡完全静止后方可读数。水平仪的分度值是以一米为基长的倾斜值，如需测量长度为L的实际倾斜值可以通过下式进行计算： 实际倾斜值=分度值×L×偏差格数
水平仪的读数：水平仪读数的符号，习惯上规定：气泡移动方向和水平移动方向相同时读数为正值，相反时为负值。 1.2、千分表
1.3、莫氏检验棒
2、检验内容 2.1、相关标准（例） ?加工中心检验条件第2部分：立式加工中心几何精度检验JB/T8771.2-1998 ?加工中心检验条件第7部分：精加工试件精度检验JB/T8771.7-1998 ?加工中心检验条件第4部分：线性和回转轴线的定位精度和重复定位精度检验JB/T8771.4-1998 ?机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定JB/T17421.2-2000 加工中心技术条件JB/T8801-1998 2.2、检验内容 精度检验内容主要包括数控机床的几何精度、定位精度和切削精度。 2.2.1、数控机床几何精度的检测 机床的几何精度是指机床某些基础零件本身的几何形状精度、相互位置的几何精度及其相对运动的几何精度。机床的几何精度是综合反映该设备的关键机械零部件和组装后几何形状误差。数控机床的基本性能检验与普通机床的检验方法差不多，使用的检测工具和方法也相似，每一项要独立检验，但要求更高。所使用的检测工具精度必须比所检测的精度高一级。其检测项目主要有： 直线度 一条线在一个平面或空间内的直线度，如数控卧式车床床身导轨的直线度。 部件的直线度，如数控升降台铣床工作台纵向基准T形槽的直线度。 运动的直线度，如立式加工中心X轴轴线运动的直线度。 平面度（如立式加工中心工作台面的平面度） 测量方法有：平板法、平板和指示器法、平尺法、精密水平仪法和光学法。 平行度、等距度、重合度 线和面的平行度，如数控卧式车床顶尖轴线对主刀架溜板移动的平行度。 运动的平行度，如立式加工中心工作台面和X轴轴线间的平行度。 等距度，如立式加工中心定位孔与工作台回转轴线的等距度。 同轴度或重合度，如数控卧式车床工具孔轴线与主轴轴线的重合度。 垂直度 直线和平面的垂直度，如立式加工中心主轴轴线和X轴轴线运动间的垂直度； 运动的垂直度，如立式加工中心Z轴轴线和X轴轴线运动间的垂直度。 旋转 径向跳动，如数控卧式车床或主轴定位孔的径向跳动。 周期性轴向窜动,如数控卧式车床主轴的周期性轴向窜动。 端面跳动，如数控卧式车床主轴的卡判定位端面的跳动。 2.2.2、机床的定位精度检验 数控机床的定位精度是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。根据实测的定位精度数值判断机床是否合格。其内容有：
数控机床精度的检测龚正伟
数控机床精度的检测 论文关键词： 数控机床;几何精度;定位精度;切削精度;检测与注意事项。 论文摘要： 现代数控机床集合了电子计算机、伺服系统、自动控制系统、精密测量系统及新型机构等先进技术，能够加工形状复杂、精密、批量零件，并且具有加工精度高、生产效率高、适应性强等特点。随着我国制造业的快速发展，数控机床在机械制造业已得到广泛应用，且对数控机床的精度要求也越来越高。如何检测数控机床的精度，正成为各行业用户在验收与维护数控机床时非常关注的问题。机床的精度主要包括机床的几何精度、机床的定位精度和机床的切削精度。根据我在日常工作中所积累的经验，就这些精度的检测项目、检测方法及注意事项进行综合的说明： 检验目的：了解进行数控机床几何精度检测、加工精度检测常用的工具及其使用方法 检验要求：了解ISO标准、GB中常见的数控机床几何精度及加工精度检测项目标准数据，掌握数控机床几何精度、加工精度检测方法。 检验内容：机床调平、常见几何精度检测、常见加工精度检测 数控车床精度检测 １．床身导轨的直线度和平行度 检验工具：精密水平仪 检验方法：（1）水平仪沿Z 轴向放在溜板上，沿导轨全长等距离在各位置上检验，记录水平仪的读数，并计算出床身导轨在垂直平面内的直线度误差。（2）水平仪沿X 轴向放在溜板上，在导轨上移动溜板，记录水平仪读数，其读数最大值即为床身导轨的平行度误差。２．溜板在水平面内移动的直线度 检验工具：指示器和检验棒，百分表和平尺 检验方法：将直验棒顶在主轴和尾座顶尖上；再将百分表固定在溜板上，百分表水平触及验棒母线；全程移动溜板，调整尾座，使百分表在行程两端读数相等，检测溜板移动在水平面内的直线度误差。 ３．主轴跳动 检验工具：百分表和专用装置 检验方法：用专用装置在主轴线上加力 F （ F 的值为消除轴向间隙的最小值），把百分表安装在机床固定部件上，然后使百分表测头沿主轴轴线分别触及专用装置的钢球和主轴轴肩支承面；旋转主轴，百分表读数最大差值即为主轴的轴向窜动误差和主轴轴肩支承面的跳动误差 ４．主轴锥孔轴线的径向跳动 检验工具：百分表和验棒 检验方法：将检验棒插在主轴锥孔内，把百分表安装在机床固定部件上，使百分表测头垂直触及被测表面，旋转主轴，记录百分表的最大读数差值，在a、b 处分别测量。标记检棒与主轴的圆周方向的相对位置，取下检棒，同向分别旋转检棒90 度、180 度、270 度后重新插入主轴锥孔，在每个位置分别检测。取４次检测的平均值即为主轴锥孔轴线的径向跳动误差 ５．主轴轴线（对溜板移动）的平行度 检验工具：百分表和验棒 检验方法：将检验棒插在主轴锥孔内，把百分表安装在溜板上，然后：（１）使百分表
数控机床精度检测项目及常用工具
数控机床精度检测项目及常用工具 随着数控技术的进一步推广应用，越来越多的数控机床利用自身带有的测头系统来进行工件、刀具尺寸检测及进行仿形数字化。要知道上述功能的实现，与机床自身的精度密切相关，若机床精度不作定期校准，则谈不上准确地完成上述工作。 雷尼绍ML10激光干涉仪线性位移测量软件可提供按下述标准进行的数据分析：BS4656英国三测机标准；BS3800英国机床标准；ISO 230-2国际标准；VDI/DGQ 3441德国工程师学会机床标准；VDI 2617德国工程师学会三测机标准；NMTBA美国机床协会标准；GB10931-89中国国家标准；ASME B89.1.12M美国机械工程师学会标准；ASME B5.54美国机械工程师学会标准；E60—099法国标准；JISB2330日本国家标准。 2 英国雷尼绍公司先进技术 英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前（激光干涉仪和球杆仪）、序中（数控机床用工件测头及对刀测头）和序后（三测机用测头及配置）检测的成系列质量保证手段。她的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。 2.1ML10激光干涉仪 雷尼绍ML10激光干涉仪为机床检定提供了一种高精度仪器，它精度高，达到±1.1PPM（在0～40℃下），测量范围大（线性测长40m，任选80m），测量速度快（60m/min），分辨率高（0.001μm），便携性好。由于雷尼绍激光干涉仪具有自动线性误差补偿功能，可方便恢复机床精度，更受到用户欢迎！ 为使大家进一步了解ML10激光干涉仪在检测数控机床精度方面所具有的独特优点，下面着重介绍ML10激光干涉仪在精度检测中的应用。 （1）几何精度检测可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。 （2）位置精度的检测及其自动补偿可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差，而且还能通过RS232接口自动对其线性误差
CA6140普通车床几何精度的测量实验报告
实验报告 课程名称机械制造装备 实验名称 CA6140普通车床几何精度的测量实验日期 2016年6月19日 学生专业机械设计制造及其自动化 学生学号 学生姓名 学生班级 指导教师老师 实验成绩 南京理工大学机械工程学院
CA6140普通车床几何精度的测量实验报告一、实验名称 CA6140普通车床几何精度的测量。 二、实验内容及要求 1.测量车床主轴的圆跳动； 2.测量数控铣床工作台的水平度； 三、实验器材与设备 CA6140车床、SKX13JSU数控铣床、数显千分表、磁性表座、精密水平仪； 四、实验原理 1.径向圆跳动 车床主轴在旋转时总是存在旋转精度误差，主要表现为径向圆跳动。利用数显千分表可测出径向圆跳动 2.水平度 数控铣床的工作台应该严格保证水平，控制其水平度。本次实验利用水平仪测量数控铣床工作台的水平度。 五．实验步骤 1.利用精密水平仪测量数控铣床的水平度 将精密水平仪归零，然后将其平稳放置在铣床工作台上，缓慢转动旋钮，在视野中找到两个气泡，此时缓慢转动旋钮，直到两个气泡上边界处于视野中同一高度，即为水平，此时记录水平仪的读数，重
复测量三到四次，取平均值。 2．利用数显千分表和磁性表座测量车床的径向圆跳动 取一个磁性表座和一个数显千分表，先将磁性表座的各个关节拧松，将数显千分表卡到磁性表座的爪部，注意磁性表座各个关节先不要固定，调节各个关节，使数显千分表轻轻地垂直接触到机床三爪卡盘，此时再固定磁性表座各个关节，用手缓慢转动机床主轴两周，记录下数显千分表在转动过程中最小示数和最大示数。 五、实验数据 1.水平度测量 2.径向圆跳动测量 六、实验感想及建议 在测量水平度的时候，由于我们的测量仪器量程比较小，而有几台铣床的水平度已经超出了量程，我们觉得应该在放置仪器的时候先找到气泡，并且仔细观察放下水平仪时气泡有没有超过两侧的观察窗，即有没有超过量程；而在测量径向圆跳动时，一定要尽量地把数
数控机床精度及性能检验
数控机床精度及性能检验 数控机床的高精度最终是要靠机床本身的精度来保证，数控机床精度包括几何精度和切削精度。另一方而，数控机床各项性能的好坏及数控功能能否正常发挥将直接影响到机床的正常使用。因此，数控机床精度和性能检验对初始使用的数控机床及维修调整后机床的技术指标恢复是很重要的。 一、精度检验 一台数控机床的检测验收工作，是一项工作量大而复杂，试验和检测技术要求高的工作。它要用各种检测仪器和手段对机床的机、电、液、气各部分及整机进行综合性能及单项性能的检测，最后得出对该数控机床的综合评价。这项工作为数控机床今后稳定可靠地运行打下一定的基础，可以将某些隐患消除在考机和验收阶段中，因此，这项工作必须认真、仔细，并将符合要求的技术数据整理归档，作为今后设备维护、故障诊断及维修中恢复技术指标的依据。 1、几何精度检验 几何精度检验，又称静态精度检验，是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。数控机床的几何精度的检验工具和检验方法类似于普通机床，但检测要求更高。 几何精度检测必须在地基完全稳定、地脚螺栓处于压紧状态下进行。考虑到地基可能随时间而变化，一般要求机床使用半年后，再复校一次几何精度：在几何精度检测时应注意测量方法及测量工具应用不当所引起的误差。在检测时，应按国家标准规定，即机床接通电源后，在预热状态下，机床各坐标轴往复运动几次，主轴故个等的转速运转十多分钟后进行。 常用的检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪及高精度主轴心棒等。检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级。 (一)卧式加工中心几何精度检验 1)x 、y 、z 坐标轴的相互垂直度。 2)工作台面的平行度。 3)x 、Z 轴移动时工作台面的平行度。 4)主轴回转轴线对工作台面的平行度。 5)主轴在Z 轴方向移动的直线度： 6)x 轴移动时工作台边界与定位基准面的平行度。 7)主轴轴向及孔径跳动。 8)回转工作台精度。 具体的检测项目及方法见表2—1。 (二)卧式数控车床几何精度检验 斜床身、带转盘刀架的卧式数控车床，其几何精度检验见表2—2。 2、定位精度的检验 数控机床的定位精度是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。根据实测的定位精度数值，可判断零件加工后能达到的精度。 1．直线运动定位精度 这项检测一般在空载条件下进行，对所测的每个坐标轴在全行程内，视机床规格，分每20mm 、50mm 或100mm 间距正向和反向快速移动定位，在每个位置上测出实际移动距离和理论移动距离之差。先进的检测仪器有双频激光干涉仪，用它快速进行五次以上的测量，由处理装置进行计算打印，绘出带±3σ的误差曲线。在该曲线上得出正、反向定位时的平均位置偏差j X 、标准偏差j S ，则位置偏差max min (3)(3)j j j j A X S X S =+--。
数控机床定位精度检测的方式
数控机床定位精度检测的方式 目前，由于数控系统功能越来越多，对每个坐喷射器标运动精度的系统误差如螺距积累误差、反向间隙误差等都可以进行系统补偿，只有随机误差没法补偿，而重复定位精度正是反映了进给驱动机构的综合随机误差，它无法用数控系统补偿来修正，当发现它超差时，只有对进给传动链进行精调修正。因此，如果允许对机床进行选择，则应选择重复定位精度高的机床为好。 1.直线运动定位精度检测 直线运动定位精度一般都在机床和工作台空载条件下进行。按国家标准和国际标准化组织的规定（ISO标准），对数控机床的检测，应以激光测量为准。在没有激光干涉仪的情况下，对于一般用户来说也可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量。但是，测量仪器精度必须比被测的精度高1~2个等级。 为了反映出多次定位中的全部误差，ISO标准规定每一个定位点按五次测量数据算平均值和散差-3散差带构成的定位点散差带。 2.直线运动重复定位精度检测 检测用的仪器与检测定位精度所用的相同。一般检测方法是在靠近各坐标行程中点及两端的任意三个位置进行测量，每个位置用快速移动定位，在凯威凯达相同条件下重复7次定位，测出停止位置数值并求出读数最大差值。以三个位置中最大一个差值的二分之一，附上正负符号，作为该坐标的重复定位精度，它是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。 3.直线运动的原点返回精度检测 原点返回精度，实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度，因此它的检测方法完全与重复定位精度相同。 4.直线运动的反向误差检测 直线运动的反向误差，也叫失动量，它包括该坐标轴进给传动链上驱动部位（如伺服电动机、伺趿液压马达和步进电动机等）的反向死区，各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越低。 反向误差的检测方法是在所测坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定（一般为7次），求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向误差值。
数控机床精度检测项目及常用工具
数控机床精度检测项目及常用工具 来源:数控机床网 作者:数控车床 栏目:行业动态 1 前言 对每个工厂来讲，购买数控机床都是一笔相当可观的投资。为使投资的设备在生产中真正发挥中坚作用，保证加工出合格的零件，尽快回收成本是至关重要的。 经验表明，80％以上的机床在安装时必须在现场调试后才能符合其技术指标。因此在新机床验收时，要进行检定，使机床一开始安装就能保证达到其技术指标及预期的质量和效率。 另外经验也表明，80％已投入生产使用的机床在使用一段时间后，处在非正常超性能工作状态，甚至超出其潜在承受能力。因此通常新机床在使用半年后需再次进行检定，之后可每年检定一次。定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可切实改善生产使用中的机床精度，改善零件加工质量，不至于产生废品，大大提高机床利用率。总之，及时揭示机床问题可避免导致机床精度损失及破坏性地使用机床。 随着数控技术的进一步推广应用，越来越多的数控机床利用自身带有的测头系统来进行工件、刀具尺寸检测及进行仿形数字化。要知道上述功能的实现，与机床自身的精度密切相关，若机床精度不作定期校准，则谈不上准确地完成上述工作。 雷尼绍ML10激光干涉仪线性位移测量软件可提供按下述标准进行的数据分析： 4656英国三测机标准； 3800英国机床标准；ISO 230-2国际标准；VDI/DGQ 3441德国工程师学会机床标准；VDI 2617德国工程师学会三测机标准；NMTBA美国机床协会标准；GB10931-89中国国家标准；ASME B89.1.12M美国机械工程师学会标准；ASME B5.54美国机械工程师学会标准；E60—099法国标准；JI 2330日本国家标准。 2 英国雷尼绍公司先进技术 英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前（激光干涉仪和球杆仪）、序中（数控机床用工件测头及对刀测头）和序后（三测机用测头及配置）检测的成系列质量保证手段。她的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。 2.1ML10激光干涉仪 雷尼绍ML10激光干涉仪为机床检定提供了一种高精度仪器，它精度高，达到±1.1 M（在0～40℃下），测量范围大（线性测长40m，任选80m），测量速度快（60m/min），分辨率高（0.001μm），便携性好。由于雷尼绍激光干涉仪具有自动线性误差补偿功能，可方便恢复机床精度，更受到用户欢迎！ 为使大家进一步了解ML10激光干涉仪在检测数控机床精度方面所具有的独特优点，下面着重介绍ML10激光干涉仪在精度检测中的应用。 （1）几何精度检测可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。 （2）位置精度的检测及其自动补偿可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差，而且还能通过RS232接口自动对其线性误差进行补偿，比通常的补偿方法节省了大量时间，并且避免了手工计算和手动数控键入而引起的操作者误差，同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度，另外操作者无需具有机床参数及补偿方法的知识。 目前，可供选择的补偿软件有Fanuc,Sieme 800系列，UNM，Mazak,Mitsubishi,Cinci ati Acramatic,Heidenhain, Bosch, Allen-Bradley。 （3）数控转台分度精度的检测及其自动补偿现在，利用ML10激光干涉仪加上RX10转台基准还能进行回转轴的自动测量。它可对任意角度位置，以任意角度间隔进行全自动测量，其精度达±1。新的国际标准已推荐使用该项新技术。它比传统用自准直仪和多面体的方法不仅节约了大量的测量时间，而且还得到完整的回转轴精度曲线，知晓其精度的每一细节，并给出按相关标准处理的统计结果。（4）双轴定位精度的检测及其自动补偿雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量大型龙门移动式数控机床，由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度，而且还能通过RS232接口，自动对两轴线性误差分别进行补偿。 （5）数控机床动态性能检测利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析（FFT），滚珠丝杠的动态特性分析，伺服驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性（低速爬行）分析等。 [1] [2] 下一页 网页查看：数控机床精度检测项目及常用工具 发表评论 相关资讯： 数控机床 1 数控机床电气系统典型故障的原因分析及维护 2 数控机床的网络控制技术研究 3 关于选购进口数控机床的若干问题 4 关于选购进口数控机床的若干问题 5 数控机床加工工艺分析 精度 1 车削轴类工件时的精度分析 2 加工精密主轴时顶尖定位精度的精化方法
平床身数控车床精度几何检验表
数控车床几何精度检验表 序号检验项目简图允差mm 实测mm G1 导轨调平 a. 纵向 导轨在垂直平面 内的直线度 b. 横向 导轨的平行度（a） 500＜Dc≤1000 0.02（凸） 局部公差：在任意250测量长度上为0.0075 （b） 0.04/1000 G2 溜板移动在水平 面内的直线度 （尽可能在两顶 尖间轴线和刀尖 所确定的平面内 检验）500＜Dc≤1000 0.02 Dc＞1000 最大工件长度每增加 1000允差增加0.005 最大允差： 0.03 G3 尾座移动对溜板 移动的平行度： a.在垂直平面内 b.在水平面内Dc≤1500 a和 b：0.03 局部公差：在任意500测量长度上为0.02 G4 主轴端部的跳 动： a.主轴的轴向窜 动 b.主轴轴肩支承 面的跳动a： 0.01 b： 0.02 （包括轴向窜动） G5 主轴定心轴径的 径向跳动 0.01 G6 主轴锥孔轴线的 径向跳动 a.靠近主轴端 部； b.距主轴端面 300处a： 0.01 b： 在 300测量长度上为: 0.02
序号检验项目简图允差mm 实测mm G7 主轴轴线对溜板 移动的平行度 a.在垂直平面 内； b.在水平面内a： 在 300测量长度上为: 0.02（只许向上偏） 冷检：-0.01～-0.02 b： 在 300测量长度为: 0.015（只许向前偏） G8 主轴顶尖的跳动0.015 G9 尾座套筒轴线对 溜板移动的平行 度 a.在垂直平面内 b.在水平面内a： 在 100测量长度上为: 0.015（只许向上偏） b： 在 100测量长度为: 0.01（只许向前偏） G10 尾座套筒锥 孔轴线对溜板移 动的平行度 a.在垂直平面 内； b.在水平面内a： 在 300测量长度为: 0.03（只许向上偏）b： 在 300测量长度为: 0.03（只许向前偏） G11 床头和尾座两顶 尖的等高度0.040 （只许尾座高） 冷检：0.05～0.07 G12 横刀架横向移动 对主轴轴线的垂 直度0.02/300 （偏差方向α≥ 90°） 操作学员（签字）：指导教师（签字）：年月日年月日
五轴数控机床的运动精度检测
五轴数控机床的精度检测方法分析 摘要：本文首先对五轴数控机床的精度检测技术做了一个简要概括，然后介绍数控机床精度检测的必要性 指岀数控机床常见的精度要求及传统检测方法，并介绍先进检测方法和检测仪器、工具，以及各个检测方法 的特点。 关键词：五轴数控机床；精度检测 Precision analysis of detection method of five axis CNGmachine tools Abstract: Firstly , this paper in troduces the precisi on detecti on tech no logy of five axis NCmachine tools, and then introduces the necessity of CNCmachine tool accuracy detect ion accuracy requireme nts of CNCmach ine tools, points out the comm onand the traditi onal detect ion method, and in troduce adva need detect ion method and detecti on in strume nts, tools, and the characteristics of each detect ion method. Key words: Five axis NC mach ine tool ; Precisi on detect ion 1引言 五轴联动数控机床目前已大量用于航空制造等高端制造领域。由于机床复杂的机械结构 及控制系统，五轴联动机床加工精度检测及优化一直是机械制造行业内研究的热点和难点，成为影 响产品加工质量及效率的关键。对企业来说，购买数控机床是一笔相当大的投资，特别是购买大型机床。实践表明，大多数大型数控机床解体发运给用户安装时，必须在现场调试才 能符合其技术指标，因此,在新机床检收时，要进行严格的检定，使机床一开始安装就能保证达到其枝术指标预期使用性能和生产效率。投入生产的数控机床使用一段时间后，必须再进行精度检定。通常新机床在使用半年后需再次进行检定，以后每年检测一次，定期检测机床误差,并及时校正螺距及反向间隙等，可切实改善使用中的机床精度及零件加工质量，提高机床的生产率。 2数控机床精度检测技术研究现状 常用的机床误差测量方法有直接测量法和间接测量法，其中间接测量法，如首先用典型 工件试切或试加工，然后再对所试切的工件进行精度检测。但这种方法的测量结果中包括了工艺、刀具和材料等因素在内，虽然可以通过试件的加工精度间接反映出机床的精度，但不能精确地用于指导机床的研发和改进。而直接测量法如用微位移传感器测量装夹在主轴上的圆柱形 基准棒或基准球，或者对装夹在工件台面上的基准量块或平尺直接进行测量，这种方法可以直接获得某项误差，但该方法测量效率低,测量的范围（如行程）有限。 目前世界各国对数控机床精度检测指标的定义、测量方法及数据处理方法等都有所不 同。国际上有五种精度标准体系，分别为：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、 国标GB系列、美国机床制造商协会NMTBA其中NAS979是美国国家航空航天局在二十世纪 七十年代提出的通用切削试件，”NAS试件”是通过检测加工好的圆锥台试件的“面粗糖度、
数控机床定位精度检测方法比较
文章编号:1001-2265(2006)11-0060-03 收稿日期:2006-03-15;修回日期:2006-06-19 *基金项目:浙江省科技计划项目(2005E10049) 作者简介:曹永洁(1982)),男,浙江台州人,浙江大学机械制造及其自动化专业硕士研究生,主要研究方向为数控机床误差检测技术相关研究, (E -m ail)donall ove @163.co m 。 数控机床定位精度检测方法比较 * 曹永洁1,2 ,傅建中 1 (1.浙江大学现代制造工程研究所,杭州 310027;2.上海工程技术大学高等职业技术学院,上海 200437) 摘要:评定机床性能的一项重要指标是机床的定位精度大小。文章介绍了两种常用的数控机床定位误差测量方法:一维球列法和激光干涉仪测量法的原理。在分析比较了两种方法的特点后,得出一维球列法在测量机床定位误差时的一些不足。同时,通过对一台数控铣床的测量后,发现激光干涉仪测量法更适合于机床定位精度的快速评定。 关键词:数控机床;定位精度;检测;激光干涉仪中图分类号:TP206+.1 文献标识码:A C o m par ison of L i n ear Positioning A ccuracy M easure m entM ethods i n M achine Tools C AO Yong -jie 1,2 ,F U Ji a n -zhong 1 (1.Depart m ent o fm echan ica lEng i n eeri n g ,Zhejiang U niversity ,H angzhou ,310027Ch i n a ;2.Shangha iUn-i versity of Eng ineeri n g Sc ience Shangha i200437,China)Abst ract :Linear positi o ning accuracy is a sign ificant para m eter i n accessing m ach i n e too ls capability .This pa -per presents t h e pri n ciple o f positi o ning errorsm easure m entm ethods by usi n g 1-D ball array and laser i n terfer -o m eter .A fter characteristic co mparison o f t h is t w o m ethods ,there r 'e so m e deficiency in the 1-D ball array .M ean -w hile ,w e found that t h e latter one is m ore su itable for m easuring m ach i n e too ls li n ear position i n g accuracy after i n specti n g a vertica lm illing m achi n e by usi n g the laser i n terfero m eter . K ey w ords :m ach i n e too ls ;positi o ning accuracy ;m easure m en;t laser i n terfero m eter 0 概述 数控机床精度是影响被加工工件尺寸精度的一个直接原因,提高工件加工精度,首先要提高机床精度,影响数控机床精度的主要因素为机床零部件和结构的几何误差,工件的最终加工精度是由机床刀具与工件之间的相对位移误差决定的[1]。定位精度是指数控工作台部件在要求的终点所达到的实际位置的精度,实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差。它包括伺服系统、检测系统、工作台进给系统的误差和工作台导轨的几何误差,它影响加工零件的位置精度。数控机床的定位精度,是评定机床性能的一项重要指标。 在机床几何误差检测时,按照检测设备的结构特点和工作原理,可以把误差检测方法分为两类:第一类是接触式误差测量方法,主要有一维球列法、球柄仪法(DBB )等。经过误差参数辨识后,这类检测方法可以直接测量各个误差元,测量精度高,操作简便,设备成 本低,但该类方法在测量时,由于检测设备与机床相接触,在检测过程中带入了接触变形和磨损等误差。第二类是非接触式误差测量方法,主要有正交光栅检测及分离法、激光干涉测量法等。这类检测方法测量精度高,实时性强,检测速度快,操作界面友好,软件处理系统功能强大,但检测的周期相对较长。本文将分别介绍两类方法的代表:一维球列法和激光干涉仪法[2-5]。 1 一维球列定位误差测量原理 一维球列的结构如图1所示,在刚度很大的杆上,镗一系列尺寸相同的定位孔,在上面粘接一些尺寸相同、球度误差很小的钢球,就构成了一维球列。装在主轴上的三维测头在三个互相垂直方向上同时瞄准球心,以获得三维测头感受球心的位置,即为该球心的测量值。机床沿X 轴运动,三维测头依次测量杆上所有经过高精度激光干涉比较仪标定的钢球,将球心距的 #控制与检测# 组合机床与自动化加工技术
一、数控机床的精度检验(优选.)
最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本 --------------------- 方便更改 一、数控机床的精度检验 数控机床的高精度最终是要靠机床本身的精度来保证，数控机床精度包括几何精度和切削精度。另一方面，数控机床各项性能和性能检验对初始使用的数控机床及维修调整后机床的技术指标恢复是很重要的。 1. 几何精度检验 几何精度检验，又称静态精度检验，是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。数控机床精度的检验工具和检验方法类似于普通机床，但检测要求更高。 几何精度检测必须在地基完全稳定、地脚螺栓处于压紧状态下进行。考虑到地基可能随时间而变化，一般要求机床使用半年后，再复校一次几何精度。在几何精度检测时，应注意测量方法及测量工具应用不当所引起的误差。在检测时，应按国家标准规定，即机床接通电源后，在预热状态下，机床各坐标轴往复运动几次，主轴按中等转速运转十多分钟后进行。常用的检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪及高精度主轴心棒等。检测工具的精度必须比所设的几何精度高一个等级。 以卧式加工中心为例，要对下列几何精度进行检验： 1）X、Y、Z坐标轴的相互垂直度； 2）工作台面的平行度； 3）X、Z轴移动时工作台面的平行度； 4）主轴回转轴线对工作台面的平行度； 5）主轴在Z轴方向移动的直线度； 6）X轴移动时工作台边界与定位基准的平行度； 7）主轴轴向及孔径跳动； 8）回转工作台精度。
2. 定位精度的检验 数控机床的定位精度是表明所测量的机床各运动部位在数控装置控制下，运动所能达到的精度。因此，根据实测的定位精度数值，可以判断出机床自动加工过程中能达到的最好的工件加工精度。 （1）定位精度检测的主要内容 机床定位精度主要检测内容如下： 1） 直线运动定位精度（包括X 、Y 、Z 、U 、V 、W 轴）； 2） 直线运动重复定位精度； 3） 直线运动轴机械原点的返回精度； 4） 直线运动失动量的测定； 5） 直线运动定位精度（转台A 、B 、C 轴）； 6） 回转运动重复定位精度； 7） 回转轴原点的返回精度； 8） 回转运动矢动量的测定。 （2）机床定位精度的试验方法 检查定位精度和重复定位精度使用得比较多的方法是应用精密线纹尺和读数显微镜（或光电显微镜）。以精密线纹尺作为测量时的比较基准，测量时将精密线纹尺用等高垫按最佳支架（见图5.1）安装在被测部件例如工作台的台面上，并用千分表找正。显微镜可安装在机床的固定部件上，调整镜头使与工作台垂直。在整个坐标的全长上可选取任意几个定位点，一般为5~15个，最好是非等距的。对每个定位点重复进行多次定位。可以从单一方向趋近定位点，也可以从两个方向分别趋紧，以便揭示机床进给系统中间隙和变形的影响。每一次定位的误差值X 可按下式计算： ()()00y y s s X L L ---= 式中 0s ——基准点或零点时显微镜的读数； L s ——工作台移动L 距离后显微镜的读数； 0y 、L y ——相应于0s 和L s 时机床调位读数装置或数码显示装置的读数，对于数
数控机床精度检测项目
数控机床精度检测项目 来源：今日五金网发布时间：2008-02-28 1 前言 对每个工厂来讲，购买数控机床都是一笔相当可观的投资。为使投资的设备在生产中真正发挥中坚作用，保证加工出合格的零件，尽快回收成本是至关重要的。 经验表明，80％以上的机床在安装时必须在现场调试后才能符合其技术指标。因此在新机床验收时，要进行检定，使机床一开始安装就能保证达到其技术指标及预期的质量和效率。 另外经验也表明，80％已投入生产使用的机床在使用一段时间后，处在非正常超性能工作状态，甚至超出其潜在承受能力。因此通常新机床在使用半年后需再次进行检定，之后可每年检定一次。定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可切实改善生产使用中的机床精度，改善零件加工质量，不至于产生废品，大大提高机床利用率。总之，及时揭示机床问题可避免导致机床精度损失及破坏性地使用机床。 随着数控技术的进一步推广应用，越来越多的数控机床利用自身带有的测头系统来进行工件、刀具尺寸检测及进行仿形数字化。要知道上述功能的实现，与机床自身的精度密切相关，若机床精度不作定期校准，则谈不上准确地完成上述工作。 雷尼绍ml10激光干涉仪线性位移测量软件可提供按下述标准进行的数据分析：bs4656英国三测机标准；bs3800英国机床标准；iso 230-2国际标准；vdi/dgq 3441德国工程师学会机床标准；vdi 2617德国工程师学会三测机标准；nmtba美国机床协会标准；gb10931 -89中国国家标准；asme b89.1.12m美国机械工程师学会标准；asme b5.54美国机械工程师学会标准；e60?099法国标准；jisb2330日本国家标准。 2 英国雷尼绍公司先进技术 英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前（激光干涉仪和球杆仪）、序中（数控机床用工件测头及对刀测头）和序后（三测机用测头及配置）检测的成系列质量保证手段。她的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。 2.1ml10激光干涉仪
1数控机床精度分析
1数控机床精度分析。 根据GB/T16462-2007《数控车床和车削中心检验条件》，卧式数控车床精度检验主要有3大项：几何精度检验（GB/T16462.1-2007）；线性轴定位精度和重复定位精度检验（GB/T16462.4-2007）即位置精度检验；精加工试件精度检验（GB/T16462.6-2007）即工作精度检验。 数控车床几何精度主要包括主轴回转运动精度，线性轴直线运动精度。 主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，但实际上由于主轴部件中轴承，轴颈，轴承座孔等的制造误差和配合质量，润滑条件的影响，主轴实际回转轴线对其理想回转轴线呈现周期性飘移，即为主轴回转误差，表现为径向圆跳动和轴向窜动。主轴轴承精度等级，主轴支承轴颈的圆度误差，主轴前后支承的同轴度误差，主轴箱体与主轴轴承系统的刚性，主轴及随其回转的零件的不平衡，主轴箱装配质量及主轴回转过程中热变形等因素影响了主轴的几何精度。 机床床身底座刚性和动态特性-负荷切削下机床抗变形能力，导轨布置形式，导轨自身的几何精度，导轨润滑条件等因素影响了线性轴直线运动精度。GB/T16462.4-2007之线性轴定位精度是指在该轴行程内任意1个点定位时的误差范围，它综合反映了机床存在的几何误差，运动误差，热变形误差等，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，是数控车床最关键的技术指标。线性轴重复定位精度，反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。 影响数控车床位置精度主要有丝杠的导程误差，传动链的反向间隙误差，导轨的摩擦阻尼，滚珠丝杠轴系的装配精度，伺服电机的惯量匹配等因素。 数控车床的电机，液压泵，卡盘油缸等连续运转的部件在运动过程中摩擦产生的热量会引起机床结构件的温度产生波动。一方面，这些结构件会因温度变化产生线性尺寸的膨胀或收缩；另一方面，由于零件结构的不对称性，在内部热应力的作用下，必然出现结构的扭曲变形。结构件热变形也是影响数控车床位置精度的一个重要因素。 只有提高数控车床的几何精度和位置精度，其工作精度才有可能得到保证。数控车床工作精度不仅与机床自身静态精度有关，还与伺服系统跟踪误差，位置检测误差，刀具系统的位置误差，工件装夹误差有关。另外，加工工艺的合理性，操作者的编程水平也影响到零件加工的稳定性。因此，数控车床工作精度是一个综合影响的结果。 2提高数控车床精度保持性的技术措施。 数控车床已有数十年的发展历史，已积累形成了一系列成熟的先进技术。生产1台性能稳定良好的机床，不是在于对每个零件提出很高要求，也不是在于选择使用高精度的配套件，而应在数控车床精度分析的基础上，掌握规律，从设计，制造开始就要进行全过程控制。 2.1做好数控车床的总体设计。 当前多数机床制造企业采取主机结构自行设计，功能部件外购的策略。机床