数控机床几何精度检测

数控机床几何精度检测一、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。二、数控车床的精度检验标准与检验方法 卧式数控车床精度检验标准与检验方法见表1表 l 卧式数控车床精度检验标准 (D800,500DC1000)序号检验项目允差检验工具检验方法G1导轨精度a.纵向：导轨的垂直平面内的直线度b. 横向：导轨的平行度( 无床身或 DC500mm 的机 床 , 此项检验用 GlO 代替 )斜导轨：0.03/1000水平导轨0.04/1000 ( 只许凸 )精密水平仪、专用支架、专用桥板或其它光学仪器a. 将水平仪纵向放置在桥板(或溜板)上,等距离移动桥板 ( 或溜板 ), 每次移动距离小于或等于 500mm 。在导轨的两端和中间至少三个位置 上进行检验。误差以水平仪读数的最大代数差。b. 将水平仪横向放置在桥板 ( 或 溜板 ) 上等距离移动桥板或溜板检验。误差以水平读数的最大代数差值计G2溜板移动在主平面内的直线度( 只适用于有尾座的机床 )DC500：0.015500DC1000:0.02 最大允差 :0.03指示器和检验棒或平尺将检验棒支承在两顶尖间。指示器固定在溜板上 , 使其测头触及检验棒表面。等距离移动溜板进行检验。每次移动距离小于或等于 250mm。 将指示器的读数依次排列 , 画出误差曲线。将检验棒转 180再同样检验一次。检验棒调头 , 重复上述检验。误差以曲线相对两端点连线的最大坐标值计。也可在检验棒两端 2/9L(L 为检验棒长度 ) 处用支架支承进行检验。G3溜板移动对主 轴和尾座顶尖轴 线的等距度 :a. 在主平面内b. 在次平面内平导轨只检验次平面(只适用于主轴有锥孔和有尾座的机床)a:DC500:0.015500DC1000:0.02b:0.04(只许尾座高 )指示器和检验棒将指示器固定在溜板上 , 使其测头触及支承在两顶尖间的检验棒表面 : a. 在主平面内 :b.在次平面内。移动溜板在检验棒的两端进行检验。将检验棒旋转180, 再同样检验一次。a,b 误差分别计算。误差以指示器在检验棒两端的读数差值计(DC1000 时 , 检验棒长度等于DC ). G4主轴端部的跳动：a. 主轴的轴向窜动b. 主轴轴肩的跳动a:0.01b:0.015指示器和专用检具固定指示器 , 使其测头触及 ：a. 固定在主轴端部的检验棒中心孔内的钢球上；b. 主轴轴肩靠近边缘处。 沿主轴轴线施加力 F 。旋转主轴检验。a，b 误差分别计算。误差以指示器读数的最大差值计。F 为消除主轴轴向游隙而施加的恒定力 , 其值由制造厂规定G5主轴定心轴颈的径向跳动001指示器和专用检具固定指示器 , 使其测头垂直触及主轴定心轴颈上 , 沿主轴轴线施加力 F 。旋转主轴检验。误差以指示器读数的最大差值计G6主轴定位孔的径向跳动 ( 只适用于主轴有定位孔的机床 )001指示器固定指示器 , 使其测头触及主轴定位孔表面。旋转主轴检验。误差以指示器读数的最大差值计。G7主轴锥孔轴线的径向跳动 ：a. 靠近主轴端面 b. 距 a 点 1 处( 只适用于主轴有锥孔的机床 )a:0.01b:0.02(L=300)指示器和检验棒将检验棒插入主轴锥孔内 , 固定指示器 , 使其测头触及检验棒表面 ：a.靠近主轴端面；b. 距 a 点 L 处。旋转主轴检验。拔出检验棒 ,相对主轴旋转 90, 重新插入主轴锥孔内 , 依次重复检验四次。a,b 误差分别计算。误差以四次测量结果的平均值计。G8主轴顶尖的跳动 ( 只适用于主轴有锥孔的机床 )0013指示器和专用顶尖固定指示器 , 使其测头垂直触及顶尖锥面上。沿主轴轴线施加力 F 。旋转主轴检验。误差以指示器读数的最大差值计。G9滑板横向移动 对主轴轴线的垂 直度( 同一滑板上 装有两个转塔时 , 只检验用于端面 车削的转塔 )001/10090指示器和平盘和平尺调整装在主轴上的平盘和平尺 , 使 其与回转轴线垂直。指示器装在横滑板上 , 使其测头触及平盘 ( 或平尺 ) 上。移动横滑板在全工作行程上进行检验。将主轴旋转 l80, 再同样检一次。误差以指示器两次测量结果的代数和之半计。检验用平盘的直径或平尺长度的尺寸 W 如下 (mm):D360360D800W200300G10溜板移动对主轴轴线的平行度：a. 在主平面内 b. 在次平面内L=300：a：0.015(向刀具偏)b：0.02指示器和检验棒将指示器固定在溜板上 ,使其测头分别触及固定在主轴上的检验棒表面：a. 在主平面内 ；b. 在次平面内。移动溜板检验。将主轴旋转 180, 再同样检验一次。a,b 误差分别计算。误差以指示 器两次测量结果的代数和之半计三、数控铣床的精度标准与精度检验方法数控床身铣床几何精度标准与精度检验方法见表2数控床身铣床标准为 ZB J54010-88 。适用十字工作台、立柱移动、滑枕移动的立式、卧式数控铣床。表 2 为针对十字工作台立式铣床,几何精度共有13项。其中术语解释为:纵向平面-检查平面与Y轴垂直;横向平面-检查平面与X轴垂直。表2 数控床身锐床几何精度 ( 普通级 )序号检验项目允差检验工具检验方法G1主轴箱垂向移动的直线度 :a. 在机床的横向垂直平面内b. 在机床的纵向垂直平面内在300mm测量长度上：a，b：0.016指示器和角尺工作台位于行程的中间位置。角尺放在工作台面上:a.横向垂直平面内 :b. 纵向垂直平面内。 固定指示器 , 使其测头触及角尺 的检验面。调整角尺 , 使指示器 读数在测量长度的两端相等。按 测量长度 , 移动主轴箱进行检验。a,b 的误差分别计算。指示器 读数的最大差值就是直线度误差a bG2工作台面对主 轴箱垂直移动的 垂直度 :a: 在机床的横向垂直平面内b:在机床的纵向垂直平面内a,b:0.016/300指示器和角尺工作台位于行程的中间位置。角尺放在工作台面上:a.横向垂直平面内;b.纵向垂直平面内。固定指示器,使其测头触及角尺的检验面。移动主轴箱进行检验。a,b 的误差分别计算。指示器读数的最大差值就是垂直度误差G4工作台面对工 作台或立柱 , 或 滑枕移动的平行 度 ：a. 横向b. 纵向a,b:0.025/300最大允差 :0.05指示器和平尺在工作台面上放两个等高块 ,平尺放在等高块上:a. 横向；b.纵向。在主轴中央处固定指示器 , 使其测头触及平尺的检验面。按 测量长度 , 横向移动工作台 ( 或 立柱 , 或滑枕 ) 和纵向移动工作台进行检验。a,b 的误差分别计算。指示器读数的最大差值就是平行度误 差。当工作台长度大于 l600mm时 , 则将平尺逐次移动进行检验。G5主轴端部的跳动 :a. 主轴定心轴颈的径向跳动( 用于用定心轴颈的床身铣床 )b. 主轴的轴向窜动c. 主轴轴肩支承面的跳动a,b:0.010C:0.020指示器、专用检验棒固定指示器,使其测头分别触 及:a. 主轴定心轴颈表面 ;b.插入 主轴锥孔中的专用检验棒端面中心处；C. 主轴轴肩支承面靠近边缘处。旋转主轴进行检验。a,b,C 的误差分别计算。指示器读数的最大差值就是跳动或窜动误差。b,C 项检验时 , 应通过主轴中 心线加一个由制造厂规定的轴向力 F( 对己消除轴向游隙的主轴 ,可不加力 )G6主轴锥孔轴线的径向跳动：a.靠近主轴端面b.距主轴端面 300mm 处a:0.010b:0.020指示器 , 检验棒在主轴锥孔中插入检验棒。固定指示器 , 使其测头触及检验棒的表面 ：a. 靠近主轴端面 ；b.距主轴端面 300mm 处。旋转主轴进行检验。拔出检验棒 ,相对主轴旋转90, 重新插入主轴锥孔中 ,依次重复检验三次。a,b 的误差分别计算。四次测 量结果的算术平均值就是径向跳动误差。