1.1　為什么數(shù)控機(jī)床一定要進(jìn)行校準(zhǔn)

　　對每個(gè)工廠來講，購買數(shù)控機(jī)床都是一筆相當(dāng)可觀的投資。為使工廠成百萬乃至上千萬之投資的設(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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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，并合理進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和機(jī)床加工任務(wù)分配，不至于產(chǎn)生廢品，大大提高機(jī)床利用率。總之，及時(shí)揭示機(jī)床問題會避免導(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)行工件尺寸檢測、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。

1.2　數(shù)控機(jī)床常見檢測標(biāo)準(zhǔn)

ISO230(標(biāo)準(zhǔn))、VDI3441(德國工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))、NMTBA(美國機(jī)床協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))、JISB6330(日本國家標(biāo)準(zhǔn))、ASMEB5.55(美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))、GB10931(中國國家標(biāo)準(zhǔn))。

　　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：

a.BS4656英國三測機(jī)標(biāo)準(zhǔn)；

b.BS3800英國機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)；

c.ISO230-2標(biāo)準(zhǔn)；

d.VDI/DGQ3441德國工程師學(xué)會機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)；

e.VDI2617德國工程師學(xué)會三測機(jī)標(biāo)準(zhǔn)；

f.NMTBA美國機(jī)床協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)；

g.GB10931-89中國國家標(biāo)準(zhǔn)；

h.ASMEB89.1.12M美國機(jī)械工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)；

i.ASMEB5.54美國機(jī)械工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)；

j.E60-099法國標(biāo)準(zhǔn)；

k.JISB2330日本國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　上述標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步介紹，請參見公開發(fā)表的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文本。

2　數(shù)控機(jī)床常見精度要求及傳統(tǒng)檢測方法
 

　　歸納起來，數(shù)控機(jī)床的精度要求有如下幾個(gè)方面：

2.1　幾何精度：
 

　　項(xiàng)目：幾何精度包括直線度、垂直度、俯仰與扭擺、平面度、平行度等；

　　工具：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)直儀等；

　　特點(diǎn)：傳統(tǒng)采用人工操作，手工記錄數(shù)據(jù)與計(jì)算，精度低，多用于小型機(jī)床。

2.2　位置精度：
 

　　項(xiàng)目：數(shù)控機(jī)床位置精度包括定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度、反向間隙等；

　　工具：傳統(tǒng)方法采用金屬線紋尺或步距規(guī)、電子測微計(jì)、準(zhǔn)直儀等；

　　特點(diǎn)：當(dāng)機(jī)床規(guī)格稍大一點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)方法其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)器件很重，且精度太低，受環(huán)境溫度的影響大，其檢驗(yàn)方法極冗長乏味，且檢驗(yàn)重復(fù)性也很差，難以反映受檢機(jī)床的真正精度。數(shù)控處理必須手工進(jìn)行，繁瑣、易出錯(cuò)。
 

2.3　工作精度：

　　項(xiàng)目：美國NAS(國家宇航標(biāo)準(zhǔn))979在20年前就制訂了標(biāo)準(zhǔn)化的“圓形—菱形—方形”試驗(yàn)(現(xiàn)在是CMTBA的標(biāo)志)。

　　工具：準(zhǔn)備鑄鐵或鋁合金試件、銑刀及編制數(shù)控切削程序，高精度圓度儀及高精度三坐標(biāo)測量機(jī)做試件精度檢驗(yàn)。

　　特點(diǎn)：該方法需要仔細(xì)定義試件的切削方法和測量切削結(jié)果；可能要花幾天時(shí)間，這依賴于計(jì)量室的條件。

　　然而即使是這種測試也無法評估機(jī)床的所有性能，“圓形—菱形—方形”試驗(yàn)的大多數(shù)切削運(yùn)動是在X-Y平面上進(jìn)行的，因此沿X-Z和Y-Z平面上的精度大部分沒有測定。

3　英國雷尼紹公司*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。它的全部技術(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)床制造廠即工作母機(jī)的加工精度與質(zhì)量，擴(kuò)大制成品的市場。
 

3.1ML10激光干涉儀

　　*，激光的波長是極其穩(wěn)定的，因此在標(biāo)準(zhǔn)中激光干涉儀是**的進(jìn)行數(shù)控機(jī)床精度檢定的儀器。它可以測量各種幾何尺寸的機(jī)床，甚至長達(dá)幾十米的機(jī)床并診斷和測量各種幾何誤差。其精度比傳統(tǒng)技術(shù)至少高十倍以上。激光干涉儀可進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集。既節(jié)省時(shí)間又避免操作者誤差，它以PC機(jī)為基礎(chǔ)，避免了人工計(jì)算，可以立即按標(biāo)準(zhǔn)和我國國標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
 

　　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，位選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備自動線性誤差補(bǔ)償能力，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*優(yōu)點(diǎn)，下面將著重介紹ML10激光干涉儀在精度檢測中的應(yīng)用。

(1)幾何精度檢測：

　　項(xiàng)目：幾何精度包括直線度、垂直度、俯仰與扭擺、平面度、平行度等；

　　工具：ML10激光干涉儀、直線度光學(xué)鏡、垂直度光學(xué)鏡、平面度光學(xué)鏡、角度鏡組件等；

　　特點(diǎn)：可采用自動數(shù)據(jù)采集及分析，精度高，測量范圍大。特別是雷尼紹直線度光學(xué)鏡具有其*的設(shè)計(jì)，大大改善了調(diào)光的復(fù)雜程度。

(2)位置精度的檢測及其自動補(bǔ)償：

　　項(xiàng)目：數(shù)控機(jī)床位置精度包括定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等；

　　工具：ML10激光干涉儀、線性光學(xué)鏡等；

　　特點(diǎn)：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，上述過程是自動進(jìn)行的，比通常的補(bǔ)償方法節(jié)省了大量時(shí)間，并且避免了手工計(jì)算和手動數(shù)據(jù)鍵入而引起的操作者誤差，同時(shí)可zui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*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，NUM,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：

　　項(xiàng)目：數(shù)控轉(zhuǎn)臺分度精度包括分度定位精度、重復(fù)分度定位精度等；

　　工具：ML10激光干涉儀、角度光學(xué)鏡、RX10轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)等；

　　特點(diǎn)：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弧秒。新的標(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(shí)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：

　　項(xiàng)目：雙軸定位精度指大型龍門移動式數(shù)控機(jī)床，由雙伺服驅(qū)動某一軸向運(yùn)動的定位精度；

　　工具：由一臺PC同步控制兩套ML10激光干涉儀及線性光學(xué)鏡；

　　特點(diǎn)：雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測量該類機(jī)床的定位精度，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：

　　項(xiàng)目：動態(tài)性能評定等；

　　工具：ML10激光干涉儀、線性光學(xué)鏡等；

　　特點(diǎn)：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。

3.2QC10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。

(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(gè)線圈和一個(gè)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(shí)，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(20℃)。

　　當(dāng)機(jī)床按預(yù)定編寫的程序以球桿儀長度為半徑走圓時(shí)，QC10傳感器檢測到機(jī)床運(yùn)動時(shí)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、各軸的比例匹配如否及伺服性能等從半徑的變化中分離出來。

(2)為什么要用球桿儀?

　　您在數(shù)控機(jī)床車間可能經(jīng)常碰見如下問題，

　　★檢驗(yàn)失敗；

　　★出現(xiàn)廢品；

　　★浪費(fèi)時(shí)間；

　　★生產(chǎn)效率降低；

　　★出現(xiàn)質(zhì)量危機(jī)。

　　在出現(xiàn)上述問題時(shí)，一般則先檢測加工刀具、圖紙、程序、檢驗(yàn)儀器出錯(cuò)及操作者誤操作等，但卻不知應(yīng)該先排除您的機(jī)床是否有故障，數(shù)控機(jī)床加工精度在很大度上取決于機(jī)器自身性能好壞，機(jī)床故障不可避免地帶來檢驗(yàn)失敗、出現(xiàn)廢品及難以預(yù)計(jì)的停機(jī)時(shí)間。

　　上述問題在質(zhì)量控制及檢驗(yàn)過程中可以從已加工過的零件上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，但想避免出現(xiàn)廢品及停機(jī)所帶來的損失已為時(shí)過晚。因此，在零件加工之前檢測機(jī)床性能好壞是zui基本方針。

(3)主要功能為：

a.機(jī)床精度等級的快速標(biāo)定

　　即在不同進(jìn)給率條件下用球桿儀檢測機(jī)床，這樣使用者就可采用滿足加工件精度要求的機(jī)床進(jìn)給率進(jìn)行加工，從而避免了廢品的產(chǎn)生。

b.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，絲桿背隙差，伺服增益不匹配，垂直度誤差，絲桿周期誤差等性能，比如機(jī)床撞車事故后，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。

c.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。另外，維修工程師可根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的圖形，立即分析機(jī)床問題原因，快速找到機(jī)床故障所在，然后集中精力去解決機(jī)床問題與故障。

d.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)，因而縮短了新機(jī)床研制周期。

e.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)已被機(jī)床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所推薦采用，如ISO230，ANSI B5.54，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。

(4)工作精度檢測：

　　項(xiàng)目：兩軸聯(lián)動誤差評定等；該項(xiàng)檢驗(yàn)的目的是取代工作精度檢驗(yàn)；

　　工具：QC10球桿儀；

　　特點(diǎn)：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。