數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)程序研究

高崇+白旭

摘 要：隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高，我國數(shù)控機(jī)床制造水平正在逐步趕超世界先進(jìn)水平，數(shù)控機(jī)床幾何精度校準(zhǔn)就顯得尤為重要。數(shù)控機(jī)床的幾何精度誤差是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、產(chǎn)生加工精度的主要因素。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床精度進(jìn)行快速的校準(zhǔn)，診斷數(shù)控機(jī)床在裝配中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并采取先進(jìn)的誤差補(bǔ)償措施，是保證加工質(zhì)量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；幾何精度檢測(cè)

1.數(shù)控機(jī)床精度分析

影響機(jī)床的相關(guān)精度（幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、坐標(biāo)定位精度）、工件原始條件（工件的材質(zhì)、熱處理、上序質(zhì)量及工件在機(jī)床上的裝夾位置等）、和機(jī)能效應(yīng)（重力、夾緊和溫?zé)崛愖冃我蛩兀?，是影響零件的加工精度的主要因素。其中，尤以機(jī)床相關(guān)精度的影響起著決定性的作用。幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、坐標(biāo)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(shù)控機(jī)床的驗(yàn)收中，必須保證機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、坐標(biāo)定位精度。

機(jī)床各主要部件的尺寸、形狀、相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精確程度，是衡量機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)，機(jī)床的幾何精度對(duì)加工零件的幾何精度有直接影響，所以，在機(jī)床生產(chǎn)中，要逐臺(tái)進(jìn)行整機(jī)的幾何精度檢驗(yàn)，以確保機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量。

數(shù)控機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)，必須真實(shí)反映其機(jī)床工作區(qū)內(nèi)形成工件輪廓表面的刀尖相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)律性要求，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床，完全排除了零件加工時(shí)人的觀察、測(cè)量、補(bǔ)償?shù)雀深A(yù)作用。工件的加工精度主要取決于機(jī)床載運(yùn)刀具和工件的各部件的運(yùn)動(dòng)和定位精度，故數(shù)控機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)的重點(diǎn)，應(yīng)該是影響工件的形位精度。數(shù)控機(jī)床直移部件運(yùn)動(dòng)誤差見圖1.1所示。機(jī)床單軸系統(tǒng)共有六項(xiàng)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(zhuǎn)。二個(gè)軸共有十二項(xiàng)誤差，加上二軸的垂直，共計(jì)十三項(xiàng)誤差。

2.檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)控機(jī)床的幾何精度包括直線度，垂直度，平面度，平行度等。傳統(tǒng)方法采用大理石或金屬平尺、角規(guī)、百分表、水平儀、準(zhǔn)直儀、主軸檢棒等工具。根椐檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從低速起，作低、中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)，每級(jí)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2分鐘，最高轉(zhuǎn)速不得少于l小時(shí)，使主軸軸承和動(dòng)力刀具主軸軸承達(dá)到穩(wěn)定溫度，檢查主軸軸承和動(dòng)力刀具主軸軸承溫度和溫升，軸承溫度不應(yīng)超過70℃，溫升不應(yīng)超過35℃。

（1）依據(jù)“切削規(guī)范”和工藝規(guī)程之規(guī)定，抗振試驗(yàn)做100%檢驗(yàn)，并記錄。

（2）依據(jù)《工藝規(guī)程》規(guī)定，機(jī)床噪聲做100%檢驗(yàn)，并填寫《機(jī)床噪聲檢測(cè)記錄單》。

（3）機(jī)床在進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲檢測(cè)時(shí)，不應(yīng)有不正常尖叫聲和沖擊聲，在任意級(jí)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整機(jī)噪聲不應(yīng)超過工藝規(guī)定。

（4）依據(jù)國家相關(guān)機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)。

（5）依據(jù)《工藝規(guī)程》規(guī)定，連續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)做100%檢驗(yàn)。

（6）依據(jù)《工藝規(guī)程》規(guī)定，刀具檢測(cè)試驗(yàn)做100%檢驗(yàn)。

（7）參照《數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量分等》的規(guī)定潤滑系統(tǒng)做100%檢驗(yàn)。

（8）依據(jù)《工藝規(guī)程》規(guī)定，機(jī)床清潔度用目測(cè)和手感法做100%檢驗(yàn)。

3.檢測(cè)程序

（1）調(diào)試前準(zhǔn)備：

各按鈕開關(guān)動(dòng)作靈敏可靠連續(xù)試驗(yàn)不少于7次，控制系統(tǒng)輸入程序指令執(zhí)行動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。

（2）負(fù)荷試驗(yàn)：

CRT輸入重切程序進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)：主軸轉(zhuǎn)速200r/min；切削深度6mm；進(jìn)給量0.5mm/r；切削長度100mm，切削過程中不許有振動(dòng)現(xiàn)象，切削進(jìn)給量不許有明顯的變化。

（3）抗振試驗(yàn)：

CRT輸入抗振切削程序，進(jìn)行抗振試驗(yàn)：主軸轉(zhuǎn)速320-390r/min：切削深度>7mm；進(jìn)給量0.1mm/r；切削寬度9mm；切削時(shí)機(jī)床不應(yīng)有明顯振動(dòng)。

（4）檢驗(yàn)幾何精度

主軸檢棒的跳動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)主軸在垂直和水平兩個(gè)方向檢測(cè)，檢驗(yàn)表針的變化量，不準(zhǔn)超過允差值。

（5）檢驗(yàn)主軸定心軸徑徑向跳動(dòng)

1）檢驗(yàn)主軸軸肩支承面的跳動(dòng)；將千分表指在主軸定心軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸讀取表針的變化量，不準(zhǔn)超過允差值。

2）檢驗(yàn)主軸的軸向竄動(dòng)：將千分表指在主軸軸肩支承面上，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸讀取表針的交化量，不準(zhǔn)超過允差值。將千分表指在主軸檢棒中心孔鋼球上，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸檢驗(yàn)表針的變化量，不準(zhǔn)超過允差值。

（6）檢驗(yàn)溜板移動(dòng)對(duì)主軸錐孔中心線的平行度（熱檢）：

1）主平面：主平面檢測(cè)方法是將千分表指在主軸檢棒側(cè)母線上，在300長度上檢驗(yàn)溜板移動(dòng)對(duì)主軸錐孔中心線的平行度，再將檢棒旋轉(zhuǎn)180°用同樣方法檢測(cè)，兩次檢測(cè)結(jié)果的代數(shù)平均值即為該項(xiàng)誤差。

2）次平面：次平面檢測(cè)方法與主平面檢測(cè)方法相同。

（7）檢驗(yàn)尾座套筒軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度

1）主平面：主平面檢測(cè)方法是將千分表指在尾座套筒側(cè)母線上，在150長度上檢驗(yàn)溜板移動(dòng)對(duì)尾座套筒的平行度，表針讀數(shù)變化量即為該項(xiàng)誤差。

2）次平面：次平面檢測(cè)方法與主平面檢測(cè)方法相同。

（8）檢驗(yàn)尾座移動(dòng)時(shí)對(duì)溜板移動(dòng)的平行度

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

2）次平面：次平面檢測(cè)方法與主平面檢測(cè)方法相同。

（9）檢驗(yàn)床頭頂尖跳動(dòng)及臺(tái)尾頂尖跳動(dòng)

1）將千分表指在主軸頂尖上，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，檢驗(yàn)表針的變化量，不準(zhǔn)超過允差值。

2）將千分表指在臺(tái)尾項(xiàng)尖上，轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)尾頂尖，檢驗(yàn)表針的變化量，不準(zhǔn)超過允差值。

（10）檢驗(yàn)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(dòng)溜板，檢驗(yàn)兩頂尖的等高度，千分表的讀數(shù)變化最即為該項(xiàng)誤差。

（11）檢驗(yàn)滑板橫向移動(dòng)對(duì)主軸軸線的垂直度（熱檢）

將千分表指在垂直檢具上，旋轉(zhuǎn)主軸，在最高點(diǎn)處手動(dòng)方式移動(dòng)滑板，在全長處記下表的讀數(shù)，用同樣方法在最低點(diǎn)處記下表的讀數(shù)，兩次檢測(cè)結(jié)果的代數(shù)和的平均值即為該項(xiàng)誤差。

（12）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)塔刀架工具孔對(duì)主軸軸線的平行度

1）主平面：將檢棒安裝在刀架工具孔內(nèi)，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(dòng)溜板，檢驗(yàn)刀具孔中心線對(duì)主軸軸線的平行度，千分表的讀數(shù)變化量即為該項(xiàng)誤差。

2）次平面：次平面檢測(cè)方法與主平面檢測(cè)方法相同。

（13）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)塔刀架工具孔對(duì)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(nèi)，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(zhuǎn)主軸，檢驗(yàn)刀具孔中心線對(duì)主軸軸線的重合度，千分表的讀數(shù)變化量即為該頊誤差。

2）次平面：次平面檢測(cè)方法與主平面檢測(cè)方法相同。

①轉(zhuǎn)塔附具定位面對(duì)溜板移動(dòng)的平行度：

②轉(zhuǎn)塔附具定位面的位置度：將刀架轉(zhuǎn)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(dòng)溜板，移動(dòng)80長度，千分表的讀數(shù)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(yàn)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(gè)方向上檢測(cè)試件的直徑值，兩直徑值之差的一半即為該項(xiàng)圓度誤差。

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

3）精密機(jī)床用圓度儀檢測(cè)。

（15）檢驗(yàn)精車平面

將千分表指在試件上，在主軸中心處手動(dòng)方式移動(dòng)滑板，在試件邊緣處記下表的讀數(shù)，用同樣方法檢測(cè)并處記下180°對(duì)稱方向表的讀數(shù)，兩次檢測(cè)結(jié)果的代數(shù)差的平均值即為該項(xiàng)誤差。

（16）檢驗(yàn)精車螺紋的螺距累計(jì)誤差：

在萬能工具顯微鏡上檢測(cè)。

（17）單脈沖試驗(yàn)：

將測(cè)微表壓在床鞍側(cè)面上手搖脈沖進(jìn)給30個(gè)脈沖去其中20個(gè)脈沖，進(jìn)給30各脈沖去其中20個(gè)脈沖，達(dá)到要求。

1）脈沖當(dāng)量誤差正反向不得大于20%。

2）軸前中后，上中下至少測(cè)量三點(diǎn)。

（18）返零試驗(yàn)：

1）Z軸誤差：Z軸返回到床身尾部，設(shè)零點(diǎn)將測(cè)微表壓在床鞍側(cè)面上對(duì)零，將床鞍移動(dòng)7處各不相同位置返回原點(diǎn)測(cè)微表各次讀數(shù)最大差值為返零誤差.

2）X軸誤差：X軸返零試驗(yàn)與Z軸相同。

結(jié)論

本文全面的分析了以往及現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床幾何精度的檢驗(yàn)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(guān)系的基礎(chǔ)上，確立了數(shù)控機(jī)床幾何精度的檢驗(yàn)方法及如何采用先進(jìn)的檢測(cè)方法來提高機(jī)床的精度問題。