數(shù)控機(jī)床精度檢測

1前言

    對每個工廠來講，購買數(shù)控機(jī)床都是一筆相當(dāng)可觀的投資。為使投資的設(shè)備在生產(chǎn)中真正發(fā)揮中堅(jiān)作用，保證加工出合格的零件，盡快回收成本是至關(guān)重要的。

    經(jīng)驗(yàn)表明，80％以上的機(jī)床在安裝時必須在現(xiàn)場調(diào)試后才能符合其技術(shù)指標(biāo)。因此在新機(jī)床驗(yàn)收時，要進(jìn)行檢定，使機(jī)床一開始安裝就能保證達(dá)到其技術(shù)指標(biāo)及預(yù)期的質(zhì)量和效率。

    另外經(jīng)驗(yàn)也表明，80％已投入生產(chǎn)使用的機(jī)床在使用一段時間后，處在非正常超性能工作狀態(tài)，甚至超出其潛在承受能力。因此通常新機(jī)床在使用半年后需再次進(jìn)行檢定，之后可每年檢定一次。定期檢測機(jī)床誤差并及時校正螺距、反向間隙等可切實(shí)改善生產(chǎn)使用中的機(jī)床精度，改善零件加工質(zhì)量，不至于產(chǎn)生廢品，大大提高機(jī)床利用率�？傊�，及時揭示機(jī)床問題可避免導(dǎo)致機(jī)床精度損失及破壞性地使用機(jī)床。

    隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，越來越多的數(shù)控機(jī)床利用自身帶有的測頭系統(tǒng)來進(jìn)行工件、刀具尺寸檢測及進(jìn)行仿形數(shù)字化。要知道上述功能的實(shí)現(xiàn)，與機(jī)床自身的精度密切相關(guān)，若機(jī)床精度不作定期校準(zhǔn)，則談不上準(zhǔn)確地完成上述工作。

    雷尼紹ML10激光干涉儀線性位移測量軟件可提供按下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析：BS4656英國三測機(jī)標(biāo)準(zhǔn)；BS3800英國機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)；ISO 230-2國際標(biāo)準(zhǔn)；VDI/DGQ 3441德國工程師學(xué)會機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)；VDI 2617德國工程師學(xué)會三測機(jī)標(biāo)準(zhǔn)；NMTBA美國機(jī)床協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)；GB10931-89中國國家標(biāo)準(zhǔn)；ASME B89.1.12M美國機(jī)械工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)；ASME B5.54美國機(jī)械工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)；E60—099法國標(biāo)準(zhǔn)；JISB2330日本國家標(biāo)準(zhǔn)。

2英國雷尼紹公司先進(jìn)技術(shù)

    英國雷尼紹公司是專門從事設(shè)計(jì)、制造高精度檢測儀器與設(shè)備的世界性跨國公司。主要產(chǎn)品為三坐標(biāo)測量機(jī)及數(shù)控機(jī)床用測頭、激光干涉儀、球桿儀等，為機(jī)械制造工業(yè)提供了序前（激光干涉儀和球桿儀）、序中（數(shù)控機(jī)床用工件測頭及對刀測頭）和序后（三測機(jī)用測頭及配置）檢測的成系列質(zhì)量保證手段。她的全部技術(shù)與產(chǎn)品都旨在保證數(shù)控機(jī)床精度，改善數(shù)控機(jī)床性能，提高數(shù)控機(jī)床效率，可保證和改善數(shù)控機(jī)床制造廠工作母機(jī)的加工精度與質(zhì)量，擴(kuò)大制成品的市場。

2.1ML10激光干涉儀

    雷尼紹ML10激光干涉儀為機(jī)床檢定提供了一種高精度儀器，它精度高，達(dá)到±1.1PPM（在0～40℃下），測量范圍大（線性測長40m，任選80m），測量速度快（60m/min），分辨率高（0.001μm），便攜性好。由于雷尼紹激光干涉儀具有自動線性誤差補(bǔ)償功能，可方便恢復(fù)機(jī)床精度，更受到用戶歡迎！

為使大家進(jìn)一步了解ML10激光干涉儀在檢測數(shù)控機(jī)床精度方面所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，下面著重介紹ML10激光干涉儀在精度檢測中的應(yīng)用。

（1）幾何精度檢測可用于檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。

（2）位置精度的檢測及其自動補(bǔ)償可檢測數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等。利用雷尼紹ML10激光干涉儀不僅能自動測量機(jī)器的誤差，而且還能通過RS232接口自動對其線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，比通常的補(bǔ)償方法節(jié)省了大量時間，并且避免了手工計(jì)算和手動數(shù)控鍵入而引起的操作者誤差，同時可最大限度地選用被測軸上的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，使機(jī)床達(dá)到最佳精度，另外操作者無需具有機(jī)床參數(shù)及補(bǔ)償方法的知識。

目前，可供選擇的補(bǔ)償軟件有Fanuc,Siemens 800系列，UNM，Mazak,Mitsubishi,Cincinnati Acramatic,Heidenhain, Bosch, Allen-Bradley。

（3）數(shù)控轉(zhuǎn)臺分度精度的檢測及其自動補(bǔ)償現(xiàn)在，利用ML10激光干涉儀加上RX10轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)還能進(jìn)行回轉(zhuǎn)軸的自動測量。它可對任意角度位置，以任意角度間隔進(jìn)行全自動測量，其精度達(dá)±1。新的國際標(biāo)準(zhǔn)已推薦使用該項(xiàng)新技術(shù)。它比傳統(tǒng)用自準(zhǔn)直儀和多面體的方法不僅節(jié)約了大量的測量時間，而且還得到完整的回轉(zhuǎn)軸精度曲線，知曉其精度的每一細(xì)節(jié)，并給出按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)處理的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

（4）雙軸定位精度的檢測及其自動補(bǔ)償雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測量大型龍門移動式數(shù)控機(jī)床，由雙伺服驅(qū)動某一軸向運(yùn)動的定位精度，而且還能通過RS232接口，自動對兩軸線性誤差分別進(jìn)行補(bǔ)償。

（5）數(shù)控機(jī)床動態(tài)性能檢測利用RENISHAW動態(tài)特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床振動測試與分析（FFT），滾珠絲杠的動態(tài)特性分析，伺服驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析，導(dǎo)軌的動態(tài)特性（低速爬行）分析等。

2.2QC10球桿儀

    在數(shù)控機(jī)床精度檢測中，QC10球桿儀和ML10激光干涉儀是兩種互為相輔的儀器，缺一不可。ML10激光干涉儀著重檢測機(jī)床的各項(xiàng)精度；而QC10球桿儀主要用來確定機(jī)床失去精度的原因及診斷機(jī)床的故障。但與ML10激光干涉儀相比，QC10球桿儀目前還沒有被廣大用戶所了解。為此以下將著重介紹QC10球桿儀原理、功能及在檢測中的應(yīng)用。

2.2.1什么是球桿儀

    雷尼紹QC10球桿儀是用于數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動精度快速檢測與機(jī)床故障分析的一種工具。它由一安裝在可伸縮的纖維桿內(nèi)的高精度位移傳感器構(gòu)成，該傳感器包括兩個線圈和一個可移動的內(nèi)桿，其工作原理類同于使用LVDT技術(shù)的位移傳感器。當(dāng)其長度變化時，內(nèi)桿移入線圈，感應(yīng)系數(shù)發(fā)生變化，檢測電路將電感信號轉(zhuǎn)變成分辨率為0.1μm位移信號，通過接口傳入PC機(jī)。其精度經(jīng)激光干涉儀檢測達(dá)±0.5μm(在20℃)。

    當(dāng)機(jī)床按預(yù)定程序以球桿儀長度為半徑走圓時，QC10傳感器檢測到機(jī)床運(yùn)動半徑方向的變化，雷尼紹QC10分析軟件可迅速將機(jī)床的直線度、垂直度、重復(fù)性、反向間隙、各軸的比例如否匹配及伺服性能等從半徑的變化中分離出來。

2.2.2主要功能

（1）機(jī)床精度等級的快速標(biāo)定通過在不同進(jìn)給速度下用球桿儀檢測機(jī)床，使操作者可選用滿足加工工件精度要求的進(jìn)給速度進(jìn)行加工，從而避免了廢品的產(chǎn)生。

（2）機(jī)床故障及問題的快速診斷與分析球桿儀可以快速找出并分析機(jī)床問題所在，主要可檢查反向差，絲杠背隙差，伺服增益不匹配、垂直度誤差、絲桿周期誤差等性能，譬如機(jī)床發(fā)生撞車事故后，可用球桿儀檢測并快速告訴操作者機(jī)床精度狀況及是否可繼續(xù)使用。在ISO標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定了用球桿儀檢測機(jī)床精度的方法。

（3）方便機(jī)床的保養(yǎng)與維護(hù)球桿儀可以告訴用戶機(jī)床精度變化情況，這樣可提醒維修工程師注意機(jī)床的問題，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，不致釀成大故障。

（4）縮短新機(jī)床開發(fā)研制周期用球桿儀檢測可分析出機(jī)床潤滑系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、軸承副等的選用對機(jī)床精度性能的影響。這樣可根據(jù)測試情況更改原設(shè)計(jì)，因而縮短新機(jī)床研制周期。

（5）方便機(jī)床驗(yàn)收試驗(yàn)對機(jī)床制造廠來說，可用球桿儀快速進(jìn)行機(jī)床出廠檢驗(yàn)，檢查其精度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。球桿儀現(xiàn)已被國際機(jī)床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如ISO230、ANSI B5.54推薦采用。對機(jī)床用戶廠來說，可用球桿儀來進(jìn)行機(jī)床驗(yàn)收試驗(yàn)，以取代NAS試件切削，或在用球桿儀檢測好機(jī)床后再切試件即可。

2.2.3工作精度檢測

   QC10球桿儀是一種快速（10～15min）、方便、經(jīng)濟(jì)地檢測數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動性能的儀器，可用于取代工作精度的NAS試件切削。