數控機床幾何精度檢測程序研究

高崇+白旭

摘 要：隨著數控加工技術的迅速發展和零件加工精度的不斷提高，我國數控機床制造水平正在逐步趕超世界先進水平，數控機床幾何精度校準就顯得尤為重要。數控機床的幾何精度誤差是影響數控機床加工精度、產生加工精度的主要因素。因此，對數控機床精度進行快速的校準，診斷數控機床在裝配中出現的質量問題，并采取先進的誤差補償措施，是保證加工質量的有效途徑。

關鍵詞：數控機床；幾何精度檢測

1.數控機床精度分析

影響機床的相關精度（幾何精度、運動精度、坐標定位精度）、工件原始條件（工件的材質、熱處理、上序質量及工件在機床上的裝夾位置等）、和機能效應（重力、夾緊和溫熱三類變形因素），是影響零件的加工精度的主要因素。其中，尤以機床相關精度的影響起著決定性的作用。幾何精度、運動精度、坐標定位精度是由零部件的加工精度、裝配特度等因素決定的。因此在數控機床的驗收中，必須保證機床的幾何精度、運動精度、坐標定位精度。

機床各主要部件的尺寸、形狀、相互位置和相對運動的精確程度，是衡量機床質量的基本指標，機床的幾何精度對加工零件的幾何精度有直接影響，所以，在機床生產中，要逐臺進行整機的幾何精度檢驗，以確保機床產品的質量。

數控機床幾何精度檢驗，必須真實反映其機床工作區內形成工件輪廓表面的刀尖相對工件運動軌跡的規律性要求，因為數控機床是高度自動化的數控機床，完全排除了零件加工時人的觀察、測量、補償等干預作用。工件的加工精度主要取決于機床載運刀具和工件的各部件的運動和定位精度，故數控機床幾何精度檢驗的重點，應該是影響工件的形位精度。數控機床直移部件運動誤差見圖1.1所示。機床單軸系統共有六項誤差：位置，角偏（垂直方向、水平方向），直線度（垂宜方向、水平方向），旋轉。二個軸共有十二項誤差，加上二軸的垂直，共計十三項誤差。

2.檢測標準

數控機床的幾何精度包括直線度，垂直度，平面度，平行度等。傳統方法采用大理石或金屬平尺、角規、百分表、水平儀、準直儀、主軸檢棒等工具。根椐檢測標準要求，機床主運動機構從低速起，作低、中、高速運轉，每級轉速運轉時間不少于2分鐘，最高轉速不得少于l小時，使主軸軸承和動力刀具主軸軸承達到穩定溫度，檢查主軸軸承和動力刀具主軸軸承溫度和溫升，軸承溫度不應超過70℃，溫升不應超過35℃。

（1）依據“切削規范”和工藝規程之規定，抗振試驗做100%檢驗，并記錄。

（2）依據《工藝規程》規定，機床噪聲做100%檢驗，并填寫《機床噪聲檢測記錄單》。

（3）機床在進行空運轉噪聲檢測時，不應有不正常尖叫聲和沖擊聲，在任意級轉速運轉時，整機噪聲不應超過工藝規定。

（4）依據國家相關機床標準的規定進行動作試驗。

（5）依據《工藝規程》規定，連續空運轉試驗做100%檢驗。

（6）依據《工藝規程》規定，刀具檢測試驗做100%檢驗。

（7）參照《數控機床產品質量分等》的規定潤滑系統做100%檢驗。

（8）依據《工藝規程》規定，機床清潔度用目測和手感法做100%檢驗。

3.檢測程序

（1）調試前準備：

各按鈕開關動作靈敏可靠連續試驗不少于7次，控制系統輸入程序指令執行動作準確可靠。

（2）負荷試驗：

CRT輸入重切程序進行負荷試驗：主軸轉速200r/min；切削深度6mm；進給量0.5mm/r；切削長度100mm，切削過程中不許有振動現象，切削進給量不許有明顯的變化。

（3）抗振試驗：

CRT輸入抗振切削程序，進行抗振試驗：主軸轉速320-390r/min：切削深度>7mm；進給量0.1mm/r；切削寬度9mm；切削時機床不應有明顯振動。

（4）檢驗幾何精度

主軸檢棒的跳動軸端處：0.01距軸端300處：將千分表分別指在主軸檢棒的軸端處及距軸端300處，轉動主軸在垂直和水平兩個方向檢測，檢驗表針的變化量，不準超過允差值。

（5）檢驗主軸定心軸徑徑向跳動

1）檢驗主軸軸肩支承面的跳動；將千分表指在主軸定心軸上，轉動主軸讀取表針的變化量，不準超過允差值。

2）檢驗主軸的軸向竄動：將千分表指在主軸軸肩支承面上，轉動主軸讀取表針的交化量，不準超過允差值。將千分表指在主軸檢棒中心孔鋼球上，轉動主軸檢驗表針的變化量，不準超過允差值。

（6）檢驗溜板移動對主軸錐孔中心線的平行度（熱檢）：

1）主平面：主平面檢測方法是將千分表指在主軸檢棒側母線上，在300長度上檢驗溜板移動對主軸錐孔中心線的平行度，再將檢棒旋轉180°用同樣方法檢測，兩次檢測結果的代數平均值即為該項誤差。

2）次平面：次平面檢測方法與主平面檢測方法相同。

（7）檢驗尾座套筒軸線對溜板移動的平行度

1）主平面：主平面檢測方法是將千分表指在尾座套筒側母線上，在150長度上檢驗溜板移動對尾座套筒的平行度，表針讀數變化量即為該項誤差。

2）次平面：次平面檢測方法與主平面檢測方法相同。

（8）檢驗尾座移動時對溜板移動的平行度

1）主平面；主平面檢測方法是將千分表指在尾座套筒側母線上，在全上使尾座與床鞍同步移動，表針讀數即為該項誤差。

2）次平面：次平面檢測方法與主平面檢測方法相同。

（9）檢驗床頭頂尖跳動及臺尾頂尖跳動

1）將千分表指在主軸頂尖上，轉動主軸，檢驗表針的變化量，不準超過允差值。

2）將千分表指在臺尾項尖上，轉動臺尾頂尖，檢驗表針的變化量，不準超過允差值。

（10）檢驗主軸和尾座兩頂尖等高度（熱檢）

1）將檢棒頂在主軸和尾座兩頂尖上。

2）將千分表指在檢棒上母線上，在全長上移動溜板，檢驗兩頂尖的等高度，千分表的讀數變化最即為該項誤差。

（11）檢驗滑板橫向移動對主軸軸線的垂直度（熱檢）

將千分表指在垂直檢具上，旋轉主軸，在最高點處手動方式移動滑板，在全長處記下表的讀數，用同樣方法在最低點處記下表的讀數，兩次檢測結果的代數和的平均值即為該項誤差。

（12）檢驗轉塔刀架工具孔對主軸軸線的平行度

1）主平面：將檢棒安裝在刀架工具孔內，將磁力表座吸在主軸軸端處，將千分表指在檢棒上母線上，在100長度上移動溜板，檢驗刀具孔中心線對主軸軸線的平行度，千分表的讀數變化量即為該項誤差。

2）次平面：次平面檢測方法與主平面檢測方法相同。

（13）檢驗轉塔刀架工具孔對主軸軸線的同軸度（熱檢）

1）主平面：將檢棒安裝在刀架工具孔內，將磁力表座吸在主軸軸端處，將千分表指在檢棒上母線上，旋轉主軸，檢驗刀具孔中心線對主軸軸線的重合度，千分表的讀數變化量即為該頊誤差。

2）次平面：次平面檢測方法與主平面檢測方法相同。

①轉塔附具定位面對溜板移動的平行度：

②轉塔附具定位面的位置度：將刀架轉至任一工位，將磁力表座吸在主軸軸端處，將千分表指在附具定位面上，在z軸方向移動溜板，移動80長度，千分表的讀數變化量即為該工位的誤差。各工位誤差的最大值即為位置度誤差。

（14）檢驗精車外圓的圓度和圓柱度

1）用千分尺在同一截面的相互垂直的兩個方向上檢測試件的直徑值，兩直徑值之差的一半即為該項圓度誤差。

2）用千分尺在規定截面內，在任意方向上檢測試件的直徑值，各直徑值之差即為該項圓柱度誤差。

3）精密機床用圓度儀檢測。

（15）檢驗精車平面

將千分表指在試件上，在主軸中心處手動方式移動滑板，在試件邊緣處記下表的讀數，用同樣方法檢測并處記下180°對稱方向表的讀數，兩次檢測結果的代數差的平均值即為該項誤差。

（16）檢驗精車螺紋的螺距累計誤差：

在萬能工具顯微鏡上檢測。

（17）單脈沖試驗：

將測微表壓在床鞍側面上手搖脈沖進給30個脈沖去其中20個脈沖，進給30各脈沖去其中20個脈沖，達到要求。

1）脈沖當量誤差正反向不得大于20%。

2）軸前中后，上中下至少測量三點。

（18）返零試驗：

1）Z軸誤差：Z軸返回到床身尾部，設零點將測微表壓在床鞍側面上對零，將床鞍移動7處各不相同位置返回原點測微表各次讀數最大差值為返零誤差.

2）X軸誤差：X軸返零試驗與Z軸相同。

結論

本文全面的分析了以往及現有的數控機床幾何精度的檢驗方法。在比較并分析了沿軸線的位置誤差與空間位置誤差的關系的基礎上，確立了數控機床幾何精度的檢驗方法及如何采用先進的檢測方法來提高機床的精度問題。