目前隨著數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)的突飛猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的需求量及技術(shù)要求也隨之越來越高 ；如何能在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，大限度地降低制造成本、縮短交貨周期、并且保證機(jī)床的精度，因此急需*的檢測(cè)設(shè)備及精度優(yōu)化的流程手段[1]。在影響機(jī)床加工精度的因素中，起支配作用的是運(yùn)動(dòng)精度。了解掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度對(duì)于精密加工而言*。如果構(gòu)成機(jī)床設(shè)備的各零部件的尺寸、形狀精度低，則機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度差。另外，安裝與調(diào)整控制系統(tǒng)等對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度也有影響[2]。本文將以球桿儀這一高效、便捷的測(cè)量?jī)x器來對(duì)某臥式數(shù)控車床進(jìn)行圓軌跡精度測(cè)試與分析。

1 球桿儀誤差測(cè)量原理

1.1 球桿儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述圖1 球桿儀構(gòu)造圖1. 傳感器球 2.LED 狀態(tài)指示燈 3. 無線電通信模塊 4. 中心球（固定）5. 開關(guān)和電池蓋 6. 球桿儀傳感器 7. 序列號(hào)（底部）8. 蓋環(huán)英國(guó)Renishaw公司生產(chǎn)的QC20球桿儀是一種快速檢測(cè)機(jī)床性能的精密儀器，具體的構(gòu)造如圖1所示，球桿儀的傳感器是球桿儀系統(tǒng)的主要部件，是一個(gè)精密的線性傳感器，能夠精確測(cè)出在球桿標(biāo)稱(100 mm)長(zhǎng)度±1 mm行程內(nèi)的伸縮量。此傳感器可提供電子信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)處理后與計(jì)算機(jī)無線通訊。這允許Ballbar 20軟件對(duì)傳感器名義長(zhǎng)度上的微小變化進(jìn)行測(cè)量和分析。

1.2 球桿儀的測(cè)試原理用球桿儀進(jìn)行誤差測(cè)量，設(shè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)O(0,0)為車床主軸軸桿上球座的中心，P(x,z)為刀架臂球心的名義坐標(biāo)，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置P(x,z)時(shí)，設(shè)機(jī)床的實(shí)際位置為P'(x',z')。則機(jī)床的空間誤差可用這兩個(gè)坐標(biāo)表示如下 ：?x=x'-x，?z=z'-z （1）式中?x、?z為P的位移誤差。當(dāng)存在誤差?x、?z時(shí)，有下式成立。(R+?R)2=x'2+z'2=(x+?x)2+(z+?z)2（2）這里R為OP的理想距離，忽略二階以上的高次誤差項(xiàng)，考慮R2=x2+z2，由式（2）得 ：?R=(x?x+z?z)/R （3）由z=Rcosθ，x=Rsinθ，可以得到 ：?R=?zcosθ+?xsinθ （4）式（4）表示點(diǎn)P處的定位和球桿儀半徑誤差的關(guān)系。該式是球桿儀測(cè)量裝置的基本方程式，反映了測(cè)量結(jié)果與誤差矢量之間的關(guān)系。測(cè)量所有的?R，做出圓度誤差曲線，可以綜合反映出機(jī)床部件相互幾何關(guān)系等因素。

2 測(cè)試內(nèi)容及過程針對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行球桿儀圓弧插補(bǔ)測(cè)試的總體測(cè)試流程如圖2。

①先預(yù)熱機(jī)床 ：使機(jī)床以測(cè)試速度運(yùn)行半個(gè)小時(shí)，讓機(jī)床進(jìn)行充分的潤(rùn)滑與熱機(jī) ；

②再確定測(cè)試半徑 ：按照測(cè)試需求及機(jī)床行程選擇測(cè)量半徑 ；

③對(duì)程序進(jìn)行預(yù)運(yùn)行 ：按照選定的半徑、速度進(jìn)行程序預(yù)運(yùn)行，確保測(cè)試程序沒有問題 ；

④確保球桿儀連接 ：連接球桿儀，包括電源、傳感器、球座，將球桿儀鏈接到機(jī)床，準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ；

⑤執(zhí)行測(cè)試 ：在測(cè)試程序通過預(yù)運(yùn)行后，開始執(zhí)行測(cè)試 ；

⑥數(shù)據(jù)診斷 ：對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行診斷，明確各軸的位置誤差，角度誤差，直線度，垂直度，以及比例誤差，周期誤差等誤差項(xiàng)的排序。