在機(jī)床完成空運(yùn)行及相關(guān)功能檢測(cè)后，數(shù)控機(jī)床的安裝調(diào)試過(guò)程就進(jìn)入了精度檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)也是用戶和設(shè)備提供方zui關(guān)心和zui重要的環(huán)節(jié)，也是設(shè)備檢測(cè)驗(yàn)收中zui常見(jiàn)的環(huán)節(jié)。
    數(shù)控機(jī)床全部檢測(cè)驗(yàn)收是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，對(duì)檢測(cè)手段及技術(shù)要求也很高。它需要使用各種高精度的儀器，對(duì)機(jī)床的機(jī)、電、液、氣等各部分性能及整機(jī)綜合性能進(jìn)行檢測(cè)，zui后才能對(duì)該機(jī)床得出綜合結(jié)論。這項(xiàng)工作目前在國(guó)內(nèi)只有國(guó)家部門（如國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）才能進(jìn)行。對(duì)一般的數(shù)控機(jī)床用戶、購(gòu)買一臺(tái)價(jià)格昂貴的數(shù)控機(jī)床后，千萬(wàn)不要吝嗇幾千元的驗(yàn)收費(fèi)用，至少應(yīng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的幾何精度、位置精度、工作精度及功能等重要指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，確保達(dá)到合同所約定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求，并將這些數(shù)據(jù)保存好，以作為日后機(jī)床維修調(diào)整時(shí)的依據(jù)。同時(shí)要對(duì)采購(gòu)合同中約定的重要條款進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)驗(yàn)收。
     數(shù)控機(jī)床的幾何精度是綜合反映機(jī)床主要零部件組裝后線和面的形狀誤差、位置或位移誤差。根據(jù)GB T 17421.1-1998《機(jī)床檢驗(yàn)通則 第1部分 在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何精度》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明有如下幾類：
（一）、直線度
1、一條線在一個(gè)平面或空間內(nèi)的直線度，如數(shù)控臥式車床床身導(dǎo)軌的直線度；
2、部件的直線度，如數(shù)控升降臺(tái)銑床工作臺(tái)縱向基準(zhǔn)T形槽的直線度；
3、運(yùn)動(dòng)的直線度，如立式加工中心X軸軸線運(yùn)動(dòng)的直線度。
長(zhǎng)度測(cè)量方法有：平尺和指示器法，鋼絲和顯微鏡法，準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡法和激光干涉儀法。
角度測(cè)量方法有：精密水平儀法，自準(zhǔn)直儀法和激光干涉儀法。
（二）、平面度（如立式加工中心工作臺(tái)面的平面度）
測(cè)量方法有：平板法、平板和指示器法、平尺法、精密水平儀法和光學(xué)法。
（三）、平行度、等距度、重合度
線和面的平行度，如數(shù)控臥式車床*軸線對(duì)主刀架溜板移動(dòng)的平行度；
運(yùn)動(dòng)的平行度，如立式加工中心工作臺(tái)面和X軸軸線間的平行度；
等距度，如立式加工中心定位孔與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的等距度；
同軸度或重合度，如數(shù)控臥式車床工具孔軸線與主軸軸線的重合度。
測(cè)量方法有：平尺和指示器法，精密水平儀法，指示器和檢驗(yàn)棒法。
（四）、垂直度
直線和平面的垂直度，如立式加工中心主軸軸線和X軸軸線運(yùn)動(dòng)間的垂直度；
運(yùn)動(dòng)的垂直度，如立式加工中心Z軸軸線和X軸軸線運(yùn)動(dòng)間的垂直度。
測(cè)量方法有：平尺和指示器法，角尺和指示器法，光學(xué)法（如自準(zhǔn)直儀、光學(xué)角尺、放射器）。
（五）、旋轉(zhuǎn)
徑向跳動(dòng)，如數(shù)控臥式車床主軸軸端的卡盤定位錐面的徑向跳動(dòng)，或主軸定位孔的徑向跳動(dòng)；
周期性軸向竄動(dòng),如數(shù)控臥式車床主軸的周期性軸向竄動(dòng)；
端面跳動(dòng)，如數(shù)控臥式車床主軸的卡判定位端面的跳動(dòng)。
測(cè)量方法有：指示器法，檢驗(yàn)棒和指示器法，鋼球和指示法。

數(shù)控機(jī)床精度分為：幾何精度、定位精度和工作精度。

1. 幾何精度

機(jī)床主體的幾何精度綜合反映機(jī)床各關(guān)鍵零、部件及其組裝后的綜合幾何形狀和位置誤差，包括部件自身精度和部件之間的相互位置精度。一般通過(guò)部件單項(xiàng)靜態(tài)精度檢測(cè)工作來(lái)進(jìn)行驗(yàn)收，數(shù)控設(shè)備幾何精度的檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)工具和檢驗(yàn)方法均與普通機(jī)床相似，通常按其機(jī)床所附檢驗(yàn)報(bào)告或有關(guān)精度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)即可。

2. 定位精度

定位精度是普通機(jī)床沒(méi)有的檢驗(yàn)項(xiàng)目，一般精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差值，其中每項(xiàng)又分直線運(yùn)動(dòng)精度和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度，檢查時(shí)應(yīng)注意：

（1）環(huán)境溫度在15～25℃之間，并在此溫度下等溫12 h。

（2）進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)及功能試驗(yàn)。

（3）無(wú)負(fù)荷條件下進(jìn)行。

3. 工作精度

數(shù)控設(shè)備工作精度主要指機(jī)床的切削加工精度。切削精度不僅反映出機(jī)床的幾何精度和定位精度，還同時(shí)包括了環(huán)境溫度、試件材料及硬度、刀具性能及切削用量等各種因素可能造成的誤差。其驗(yàn)收工作通過(guò)綜合性的動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)工作來(lái)進(jìn)行。為了檢測(cè)機(jī)床真實(shí)的切削精度，在驗(yàn)收過(guò)程中應(yīng)盡量排除其他的影響因素。

在切削試件時(shí)，可參照JB 2670-82中規(guī)定的有關(guān)條文進(jìn)行，或按機(jī)床所附有關(guān)技術(shù)資料規(guī)定的具體條件進(jìn)行。切削精度檢測(cè)可分為單項(xiàng)加工精度檢測(cè)和綜合加工精度檢測(cè)。不同類型的機(jī)床的檢測(cè)內(nèi)容有所不同，可根據(jù)自己的檢測(cè)條件和要求，合理進(jìn)行選擇。

數(shù)控機(jī)床位置精度的測(cè)試與補(bǔ)償

一、 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)

在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置中,一般由電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),由滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。
1. 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的工作原理如圖1所示。在絲杠1和螺母2上各加工有圓弧形螺旋槽,將它們套裝起來(lái)形成螺母旋轉(zhuǎn)副時(shí),在滾道內(nèi)裝滿滾珠3。當(dāng)絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí),絲杠的旋 轉(zhuǎn)面通過(guò)滾珠推動(dòng)螺母軸向移動(dòng),同時(shí)滾珠沿螺旋轉(zhuǎn)形滾道滾動(dòng),使絲杠和螺母之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn) 化為滾珠與絲杠、螺母之間的滾動(dòng)摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管4連接起來(lái),使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端,構(gòu)成一個(gè)閉合的循環(huán)回路。

圖1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)

1——絲杠 2——螺母3——滾珠 4——回珠管
2. 進(jìn)給傳動(dòng)誤差

由于滾珠絲杠副在加工和安裝過(guò)程中存在誤差,因此滾珠絲杠副將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線 運(yùn)動(dòng)時(shí)存在以下兩種誤差。
（1）螺距誤差,即絲杠導(dǎo)程的實(shí)際值與理論值的偏差。例如,PⅡ滾珠絲杠的螺距公差為0.012/300mm。
（2）反向間隙,即絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),絲 杠和螺母之間的zui大竄動(dòng)。由于螺母結(jié)構(gòu)本身的游隙以及其受軸向載荷后的彈性變形,滾動(dòng)絲杠螺 母機(jī)構(gòu)存在軸向間隙。該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)α角,而螺母未移動(dòng),形成了 反向間隙。為了保證絲杠和螺母之間的靈活運(yùn)動(dòng),必須有一定的反向間隙。但反向間隙過(guò)大將嚴(yán)重影響機(jī)床精度。因此,數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)所使用的滾珠杠副必須有可靠的軸向間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),具體的調(diào)整在此不再贅述。
3.電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接及傳動(dòng)

電動(dòng)機(jī)與絲杠間常用的連接及傳動(dòng)方式有以下三種。
（1） 直聯(lián),即用聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)軸和絲杠沿軸線連接起來(lái),其傳動(dòng)比為1∶1。該連接方式傳動(dòng)時(shí)無(wú)間隙 。
（2）同步帶傳動(dòng),即將同步帶輪固定在電動(dòng)機(jī)軸和絲杠上,用同步帶傳遞扭矩。該傳動(dòng)方式的傳動(dòng)比由同步帶輪齒數(shù)比確定,傳動(dòng)平穩(wěn),但有傳動(dòng)間隙。
（3）齒輪傳動(dòng),電機(jī)通過(guò)齒輪或齒輪 箱將扭矩傳到絲杠,傳動(dòng)比可根據(jù)需要確定。該傳動(dòng)方式傳遞的扭矩大,但有傳動(dòng)間隙。同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)中的間隙是產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床反向間隙差值的原因之一。

二、定位精度測(cè)量工具和測(cè)量方法

測(cè)量定位精度和重復(fù)定位精度的儀器有激光干涉儀、線紋尺和步距規(guī)等。其中,步距規(guī)因其在測(cè) 量定位精度時(shí)操作簡(jiǎn)單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無(wú)論采用哪種測(cè)量?jī)x器,其在全行程上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于5點(diǎn),測(cè)量間距按下式確定:Pi=iP+k其中,P為測(cè)量間距;k在各目標(biāo)位置時(shí)取不同的值,以獲得全測(cè)量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔,從而保證周期誤差被充分采樣。這里采用步距規(guī)進(jìn)行測(cè)量。步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2步距規(guī)結(jié)構(gòu) 圖尺寸P1,P2,…,Pi按100mm間距設(shè)計(jì),加工后測(cè)量出P1,P2,…,P i的實(shí)際尺寸作為定位精度檢測(cè)時(shí)的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測(cè)量基準(zhǔn)）。以ZJK7532A銑床X軸定 位精度的測(cè)量為例。測(cè)量時(shí),如圖3所示將步距規(guī)置于工作臺(tái)上,并將步距規(guī)軸與X軸軸線校平行 ,令X軸回零;將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)）,表頭接觸在Po點(diǎn),表針置零;用程序 （限于篇幅,略）控制工作臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖（見(jiàn)圖4）移動(dòng),移動(dòng)距離依次為P1,P2,…,P i,表頭則依次接觸到P1,P2,…,Pi點(diǎn),表盤在各點(diǎn)的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差。按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖測(cè)量5次,將各點(diǎn)讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.—1999評(píng)定方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,由此可確定該軸線 的定位精度和重復(fù)定位精度。

圖3 ZJK7532A銑床

圖4 標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)循環(huán)圖

三、軟件補(bǔ)償

1. 螺距補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床螺距補(bǔ)償?shù)幕驹硎?span>:在機(jī)床坐標(biāo)系中,在無(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下,在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程分為若干段, 測(cè)量出各自目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差, 把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)指令上, 如圖5示。指令要求沿X軸運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置Pi, 目標(biāo)實(shí)際位置為Pij, 該點(diǎn)的平均位置偏差為。將該值輸入系統(tǒng), 則CNC系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)自動(dòng)將目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差疊加到插補(bǔ)指令上,實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置為,使誤差部分抵消, 實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償。數(shù)控系統(tǒng)可進(jìn)行螺距誤差的單向和雙向補(bǔ)償。

圖5 螺距補(bǔ)償原理
2. 反向間隙補(bǔ)償反向間隙補(bǔ)償又稱為齒隙補(bǔ)償。機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向時(shí),反向間伺服電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而工 作臺(tái)實(shí)際上不運(yùn)動(dòng),稱為失動(dòng)。反向間隙補(bǔ)償?shù)脑硎?span>:在無(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下,在軸線測(cè)量行程內(nèi)將 測(cè)量行程等分為若干段,測(cè)量出各目標(biāo)位置Pi的平均反向差值,作為機(jī)床的補(bǔ)償參數(shù)輸入系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)反向運(yùn)動(dòng)時(shí),自動(dòng)先讓該坐標(biāo)軸反向運(yùn)動(dòng),然后按指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如圖6所 示,工作臺(tái)正向移動(dòng)到O點(diǎn),然后反向移動(dòng)到Pi點(diǎn)。反向時(shí),電動(dòng)機(jī)（絲杠）先反向移動(dòng),后移 動(dòng)到Pi點(diǎn)。在該過(guò)程中,CNC系統(tǒng)實(shí)際指令運(yùn)動(dòng)值為。反向間隙補(bǔ)償在坐標(biāo)軸處于任何方式時(shí)均有效。圖6反向間隙補(bǔ)償3. 誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的三種控制方法可知,誤差補(bǔ)償對(duì)半 閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的效果,可明顯提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位于精度。對(duì)于全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),由于其控制精度高,采用誤差補(bǔ)償?shù)男Ч伙@著,但也可進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
四、單向螺距補(bǔ)償舉例

1.實(shí)際測(cè)量測(cè)量對(duì)象為ZJK7532A 數(shù)控鉆銑床的X軸,測(cè)量方法為“步距規(guī)測(cè)量法”,假定某步距規(guī)實(shí)際尺寸如表1所示。

2. 單向螺距補(bǔ)償

（1）在測(cè)量前,開(kāi)機(jī)進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)（華中數(shù)控HNC-2000或HNC-21 ）依次按“參數(shù)F3”鍵、“輸入權(quán)限F3”鍵進(jìn)入下一級(jí)子菜單,按“數(shù)控廠家參數(shù)F1”鍵, 輸入數(shù)控廠家權(quán)限口令（初始口令為“NC”）,回車;再按“參數(shù)索引F1”鍵、“軸補(bǔ)償參數(shù) F4”鍵;移動(dòng)光標(biāo)選擇“O軸”后,回車即進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)界面,如圖7所示。將系統(tǒng)的 反向間隙、螺距補(bǔ)償參數(shù)全部設(shè)置為零后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對(duì)話框“是否保存修改參數(shù)?” ,按Y鍵后保存修改后的參數(shù)。按F10鍵回到主界面,再按Alt+X鍵,退出系統(tǒng),進(jìn)入DO S狀態(tài);按N鍵后回車進(jìn)入系統(tǒng)。

（2）編制步距規(guī)的測(cè)量程序,實(shí)現(xiàn)圖4所示測(cè)量循環(huán)。程序名 為“OJX”。將步距規(guī)實(shí)際尺寸P1,P2,…Pi填入測(cè)量程序的變量中。

（3）將步距規(guī)置 于工作臺(tái)中間位置,注意步距規(guī)的方向（Po點(diǎn)朝向X軸負(fù)向,將步規(guī)用壓板輕輕地固定在工作臺(tái) 上,并用百分表將距規(guī)軸X軸導(dǎo)向校平行,平行度允差為0.02mm）。

（4）使工作臺(tái)沿X軸 向回零,Y軸置于其行程中間位置;將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)）,使其表頭接觸Po 點(diǎn),表針置零。

（5）將波段開(kāi)關(guān)置于“單段”,進(jìn)給修置于“100%”,選擇檢測(cè)程序“OJ X”,重復(fù)按“循環(huán)啟動(dòng)”鍵。當(dāng)程序執(zhí)行到“N05”行時(shí),將表針再次置零,再將波段開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”后,按“循環(huán)啟動(dòng)”鍵開(kāi)始測(cè)量（測(cè)量完成前不要調(diào)整杠桿千分表表針）。

（6）在測(cè) 量程序運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí),表頭接觸到步距規(guī)的測(cè)量面,測(cè)量程序要設(shè)置有 暫停3s子程序段（G04X3）,此時(shí)記下表針讀數(shù),填入表2中。例如,在*次測(cè)量時(shí),工 作臺(tái)負(fù)向運(yùn)動(dòng)到P1點(diǎn),表針讀數(shù)為“6”時(shí),讀數(shù)“6”記錄在“P1,↑,X1”位置,如表 2所示。

（7）測(cè)量5個(gè)循環(huán),并將讀數(shù)記錄到“表2中。測(cè)量完成后停止運(yùn)行,將表頭移開(kāi)。

3 .數(shù)據(jù)處理

按如前所述“定位精度和重復(fù)定位精度的確定（GB/T17421.2—1999國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定方法”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,先計(jì)算出“平均位置偏差”、“反向差值Bi”和“平均反向差值”。

4.誤差補(bǔ)償

按如前所述操作步驟進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表,如圖7所示。表1 步距規(guī)尺寸表位置PO P1 P2 P3 P4 P5實(shí)際尺寸/mm0無(wú)100.10200.20300.10400.20500.05 表2 測(cè)試記錄表

（1）反向間隙補(bǔ)償將表2中計(jì)算所得的軸線平均反向差值寫入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表的“ 反向間隙（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）”后的數(shù)據(jù)欄

（2）單向螺距補(bǔ)償將“螺距補(bǔ)償類型”、“補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)” ,“參數(shù)點(diǎn)偏差號(hào)”、“補(bǔ)償間隔”分別設(shè)為“1”、“6”、“5”和“100000”,將“ 記錄表”中“平均位置偏差”的值填入“X軸補(bǔ)償參數(shù)表”的“偏差值〔〕”內(nèi),即將值“1”填 入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

〔5〕”,將值“3”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

〔4〕”,將值“5”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

〔3〕”,圖7系統(tǒng)軸補(bǔ) 償參數(shù)界面及單向螺距補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)設(shè)置部脈沖當(dāng)量）〔0〕”。補(bǔ)償后的參數(shù)如圖7所示。補(bǔ)償參數(shù)輸入完成后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對(duì)話框“是否保存修改參數(shù)?”,按F10鍵回到 主界面,再按Alt+X鍵,退出系統(tǒng),進(jìn)入DOS狀態(tài)。按N鍵回車進(jìn)入系統(tǒng),補(bǔ)償后的參數(shù)數(shù) 值即開(kāi)始生效