数控机床精度检验

一、实验的性质与任务

《数控机床精度检验》是开设《数控设备调试与维护》课程过程中必须进行的一项实验，该项实验与与机床实际验收过程十分契合。在学习《数控设备调试与维护》课程中，可以通过该实验将理论实际相结合。在完成该实验的过程中，认识相关的检具，熟悉相关检具的使用方法，了解每一项精度所代表的意义。

二、实验目的和要求

本实验完全符合数控机床验收的相关规程，与实际生产过程中的数控设备的精度检验过程高度一致。对学生的要求是：

1、养成安全、认真、踏实、严谨、一丝不苟的工作作风。

2、熟悉每一项检具工具的安装调整方法。

3、熟悉每一项精度的检验方法。

4、能够掌握每一项精度的记录方法。

5、能够编制定位精度的检验程序。

6、掌握螺距补偿的方法。

7、撰写符合实验过程、内容的实验报告。

8、现场操作指导教师要求的实验内容。

三、 预备知识

机床精度概念

机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要指标。影响机床加工精度的因素很多 , 有机床本身的精度影响 , 还有因机床及工艺系统变形、加工中产生振动、机床的磨损以及刀具磨 损等因素的影响 。在上述各因素中 ,机床本身的精度是一个重要的因素。例如在车床上车削 圆柱面 ,其圆柱度主要决定于工件旋转轴线的稳定性、车刀刀尖移动轨迹的直线度以及刀尖 运动轨迹与工件旋转轴线之间的平行度 ,即主要决定于车床主轴与刀架的运动精度以及刀架 运动轨迹相对于主轴的位置精度。

机床的精度包括几何精度、传动精度、定位精度以及工作精度等 , 不同类型的机床对这些方面的要求是不一样的。

(一)几何精度

机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度 ,它指的是机床在不运动 ( 如主轴不转 ,工作台不移动)或运动速度较低时的精度.它规定了决定加工精度的各主要零、部 件间以及这些零、部件的运动轨迹之间的相对位置允差。例如 ,床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的 工件表面形状 ,是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的 ,而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的 ,所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。

(二)传动精度

机床的传动精度是指机床内联系传动链两末端件之间的相对运动精度。这方面的误差就

称为该传动链的传动误差。例如车床在车削螺纹时 ,主轴每转一转 ,刀架的移动量应等于螺 纹的导程。但是 ,实际上 ,由于主轴与刀架之间的传动链中 ,齿轮、丝杠及轴承等存在着误 差 ,使得刀架的实际移距与要求的移距之间有了误差 ,这个误差将直接造成工件的螺距误差。为了保证工件的加工精度 ,不仅要求机床有必要的几何精度 ,而且还要求内联系传动链有较 高的传动精度。

(三)定位精度

机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺寸来确定运动部件定位位置 的机床 ,如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床 , 对定位精度的要求并不太高。但对于依 靠机床本身的测量装置、定位装置或自动控制系统来确定运动部件定位位置的机床 ,如各种自动化机床、数控机床、坐标测量机等 ,对定位精度必须有很高的要求。

机床的几何精度、传动精度和定位精度通常是在没有切削载荷以及机床不运动或运动速度较低的情况下检测的 ,故一般称之为机床的静态精度。静态精度主要决定于机床上主要零、部件 , 如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身等的制造精度以及它们的装配精度。

(四)工作精度

静态精度只能在一定程度上反映机床的加工精度 ,因为机床在实际工作状态下 ,还有一系列因素会影响加工精度。例如 ,由于切削力、夹紧力的作用,机床的零、部件会产生弹性 变形 ; 在机床内部热源 ( 如电动机、液压传动装置的发热 ,轴承、齿轮等零件的摩擦发热 等 ) 以及环境温度变化的影响下 ,机床零、部件将产生热变形 ; 由于切削力和运动速度的影 响 , 机床会产生振动 ;机床运动部件以工作速度运动时 ,由于相对滑动面之间的油膜以及其他因素的影响 ,其运动精度也与低速下测得的精度不同 ; 所有这些都将引起机床静态精度的 变化 , 影响工件的加工精度。机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精度 ,称为机床的动态精度。动态精度除与静态精度有密切关系外 ,还在很大程度上决定于机床的刚度、抗振性和热稳定性等。目前 , 生产中一般是通过切削加工出的工件精度来考核机床的综合动态精度 ,称为机床的工作精度。工作精度是各种因素对加工精度影响的综合反映。

四、 实验准备工作

学生必须熟悉相关机床的操作，了解相关机床的机械结构，掌握相关系统下的程序编制方法，了解相关系统下的参数调整方法。查找相关资料，了解各项工具仪器的使用方法以及相关仪器的工作原理。

五、 实验内容与学时安排

总时间安排为一周，计学时为30个学时。实验平台为数控实训基地的北京机电院VMC750三轴数控铣削加工中心。本项实验虽为精度检验的一个单项实验，但是就数控机床精度检验本身而言是包括了很多个小项。

按照数控机床精度检验的程序，以及检验数控机床的相关要求，设计相关的实验项目如下表：

(一)几何精度

次序	检查项目	测定方法		测定方法图
3	工作台Y向运动与工作台面的平行度；	将固定在主轴上的千分表顶住放置在工作台上的平尺上，沿Y轴移动工作台，千分表读数的最大差值即为测量值
4	工作台X方向运动与工作台面的平行度	将固定在主轴上的千分表顶住放置在工作台上的平尺上，沿X轴移动工作台，千分表读数的最大差值即为测量值
5	工作台X向运动与主梯形槽间的平行度	将固定在主轴上的千分表顶住工作台上的主梯形槽的一立面上，沿X轴移动工作台，千分表读数的最大差值即为测量值
6	主轴锥孔偏摆；	在主轴锥孔内装入标准芯棒，用千分表顶住芯棒近主轴端以及 300mm处的远端。让主轴旋转，其读数的最大差值分别为两处的测量值。
7	主轴中心与工作台的垂直度；	将工作台置于X、Y两个方向的中间，将千分表夹持在主轴上，将表头顶住工作台，旋转主轴（调整表头使其相对于主轴的旋转半径为 300mm） 。分别读取前后、左右的读数，读数的最大差值分别为两个方向的测量值		300 ?
8	主轴端面跳动		将千分表固定在工作台上，将表头顶住主轴下端面上，旋转主轴其读数的最大差值为测量值
次序	检查项目		测定方法	测定方法图
9	主轴径向跳动		将千分表固定在工作台上，将表头顶住主轴外圆面上，旋转主轴其读数的最大差值为测量值

(二)位置精度检验

按照相关的标准，以及参考实际机床检验的要求。对于位置精度检验通常采用双频激光干涉仪，测量的项目有：1、定位精度；2、方向间隙；3、重复定位精度。这三项精度的检验是在一个测量过程中完成的，在测量过程中采集到的数据经过分析会得到3个项目的数据。

测定方法：

将激光干涉仪线性测量组件中的干涉镜、反射镜安装在工作台上，调校好干涉镜、反射镜以及激光头之间的直线关系，是激光发射、反射通路畅通。根据机床的技术参数，编制机床检验程序，调整激光干涉仪数据采集的相关设置。然后按照编制的程序运行机床，以及通过激光干涉仪的数据采集装置采集数据。在运行数据采集完以后，在计算机上运行数据处理软件，将采集到的数据进行分析处理，根据不同的数据处理标准得出检测结果。

(三)附录

1.几何精度检验所用的部分检具

(1)水平仪

(2)千分表及表座

(3)检验方尺

(4)标准芯棒

2.定位精度检验的相关资料

定位精度检验通常采用双频激光干涉仪检验

双频激光干涉仪大致由以下几部分组成。

（1） 直线测量镜组

（2） 数据采集箱

（3） 激光头

（4） 数据处理软件

六、 撰写实验报告

实验报告应该包含的内容：

1、 实验所用到的工具以及这些工具的使用方法；

2、 实验用到的机床的详细技术参数（包括合同精度）；

3、 实验中记录的每一项精度的值，并说明每一项精度反映的几何位置关系；

4、 定位精度的检测程序；

5、 实际测的检测值，并说明每一项检测值反映了机床和系统那一方面的性能；

6、 螺距误差的补偿方法。每一个节点的实际补偿值。

7、 附录参考资料。