一数控机床的精度检验

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：

式中——基准点或零点时显微镜的读数；

——工作台移动L距离后显微镜的读数；

、——相应于和时机床调位读数装置或数码显示装置的读数，对于数控机床就是程序指令中给定的位移数值。

图5.1 测量的支承部位

激光干涉仪在定位测量中也逐渐用得较多。它的优点是测量精度高，测量时间短。但必须对环境温度、零件温度和气压等进行控制和自动补偿，才能在较长距离的测量中获得高的精度。关于激光干涉仪的使用将在后面专门讲述。

在利用行程挡块控制执行部件行程距离的一些普通机床上，要测定重复定位精度时，也可用千分表进行测量。

为了分析机床各因素对定位精度的影响，有时还需要对一些元件和部件的误差进行测量。如在测量系统中，要将某些基准元件如光栅、线纹尺、丝杠、主要刻度盘的制造精度测量出来。在机床构件系统中，需要测量出机床的几何精度，特别是导轨的几何精度，以及机床的刚度等。在进给系统方面需要测量传动件的精度、反向间隙、传动刚度和摩擦特性等。也可以在不同的工作条件下测出定位精度，以求出工作条件变化对定位精度的影响。

（3）定位精度测量数据的处理

定位精度测量以后要对测量数据进行统计处理，求出平均定位误差，定位分散带宽和最大定位误差带。下面介绍一种数控机床定位精度试验的数据处理方法。

首先选取一系列定位点，对每一定位点进行多次重复定位，测定实际位置，比较实际值与程序给定值，对每一定位点求出实际误差X及其算术平均值。连接各定位点定位误差的算术平均值，如图5.2中间的一条折线所示。然后再根据各点中算术平均值的最大值

和最小值，求出定位误差以及平均定位误差。此后，要确定定位分散带宽，它相当于。为此，应先求各点位点的标准误差（均方根差）。

标准误差可按下式计算：

式中、——分别为实测误差值及其算术平均值，脚标表示某一定位点；

n——某一定位点的重复定位次数。

此后，再求出各定位点的标准误差的平均值，即平均标准误差：

式中M——定位点数。

定位分散带宽，它反映了偶然性误差。最后求出最大定位误差带

以及上、下定位误差限、。

以上是单向趋近时定位精度的测定。如果是双向趋近，则应按上述方法分别求出左、右两向的误差指标。左、右两向平均值之差为反向不灵敏区u。如果取各点上u的平均值，则得到平均反向不灵敏取。另外对标准误差及其平均值也要求出左右两向

的平均值。这时整个误差分布如图 5.3所示。图中，

。

图5.2 定位精度实验数据处理示意图

图5.3双向趋近定位精度实验数据处理示意图

3. 机床切削精度的检验

机床切削精度检查实质上是对机床的几何精度和定位精度在切削加工条件下的一项综合检查。机床切削精度检查可以是单项加工，也可以加工一个标准的综合性试件。以普通立式加工中心为例，其主要单项加工有：

1）镗孔精度；

2）端面铣刀铣削平面的精度（X-Y平面）；

3）镗孔的孔距精度和孔径分散度；

4）直线铣削精度；

5）斜线铣削精度；

6）圆弧铣削精度。

对于普通卧式加工中心，则还应有：

1）箱体掉头镗孔的同轴度；

2）水平转台回转90°铣四方时的加工精度。

被切削加工试件的材料除特殊要求外，一般都采用一级铸铁，使用硬质合金刀具按标准的切削用量切削。

二、数控机床性能检验

1. 主轴性能检验

（1）手动操作

选择高、中、低三档转速，主轴连续进行五次正转和反转的起动、停止，检验其动作的灵活性和可靠性。同时，观察负载表上的功率显示是否符合要求。

（2）手动数据输入方式（MDI）

使主轴由低速到最高速旋转，测量各级转速值，转速允差值为设定值的±10%。进行此项检查的同时，观察机床的振动情况。主轴在2小时高速运转后允许温升15℃。

（3）主轴准停

连续操作五次以上，检验其动作的灵活性和可靠性。有齿轮挂档的主轴箱，应多次试验自动挂档，其动作应准确可靠。

2. 进给性能检验

（1）手动操作

分别对X、Y、Z直线坐标轴（回转坐标A、B、C）进行手动操作，检验正、反向的低、中、高速进给和快速移动的起动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性。在增量方式（INC 或STEP）下，单次进给误差不得大于最小设定当量的100%。在手轮方式（HANDLE）下，手轮每格进给和累计进给误差同增量方式。

（2）用手动数据输入方式（MDI）

通过G00和G01 F指令功能，测定快速移动及各进给速度，其允差为±5%。

（3）软硬限位

通过上述两种方法，检验各伺服轴在进给时软硬限位的可靠性。数控机床的硬限位是通过行程开关来确定的，一般在各伺服轴的极限位置，因此，行程开关的可靠性就决定了硬限位的可靠性。软限位是通过设置机床参数来确定的，限位范围是可变的。软限位是否有效可观察伺服轴在到达设定位置时，伺服轴是否停止来确定。

（4）回原点

用回原点（REF）方式，检验各伺服轴回原点的可靠性。

3. 自动换刀（ATC）性能

（1）手动和自动操作