数控机床位置精度检测

【知识准备】一、数控车床位置精度检测二、数控铣床位置精度检测【任务实施】【实训任务书】【知识拓展】一、数控机床的工作精度检测二、球杆仪【思考与练习】任务3数控机床位置精度检测位置精度就是指机床刀具趋近目标位置的能力，是通过对测量值进行数据统计分析处理后得出来的结果。一般由定位精度、重复定位精度及反向间隙三部分组成。数控机床位置精度主要检测内容有：任务3数控机床位置精度检测1）各直线运动轴的定位精度(包括X、Y、Z、U、V、W轴)。2）各直线运动轴的重复定位精度。3）直线运动各坐标轴机械原点的返回精度。4）直线运动各坐标轴的反向误差。5）回转运动（回转工作台）的定位精度。6）回转运动（回转工作台）的重复定位精度。7）回转运动的反向误差。8）回转轴原点的返回精度。任务3数控机床位置精度检测一、数控车床位置精度检测1.标准、检测原理（1）标准定位精度和重复定位精度的确定——国家标准GB/T17421.2—2000评定方法1）轴线行程（axistravel）2）测量行程（measurementtravel）3）目标位置（targetposition）Pi4）实际位置（actualposition）Pij（i=0～m，j=1～n）【知识准备】5）位置偏差6）单向7）双向8）扩展不确定度9）覆盖因子10）某一位置的单向平均位置偏差11）某一位置的双向平均位置偏差12）某一位置的反向差值（（1）标准13）轴线反向差值(reversalvalueofanaxis)B14）轴线平均反向差值（meanreversalvalueofanaxis)15）在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值16）在某一位置的单向重复定位精度（unidirectionalrepeatabilityofpositioningataposition）（1）标准17）某一位置的双向重复定位精度（bidirectionalrepeatabilityofpositioningataposition）Ri18）轴线单向重复定位精度(unidirectionalrepeatabilityofpositioning）以及轴线双向重复定位精度(bidirectionalrepeatabilityofpositioningRofanaxis)R19）轴线单向定位精度(unidirectionalaccuracyofpositioningofanaxis)20）轴线双向定位精度（bidirectionalaccuracyofpositioningofanaxis）A（1）标准iiRR或AA或（2）检测原理位置精度的测量仪器可以用激光干涉仪和步距规。位置精度一般是在机床和工作台空载条件下进行，按国家标准和国际标准化组织的规定(ISO标准)，用激光干涉仪检测。步距规测量位置精度，因其操作简单而在批量生产中被广泛采用，后面举例说明数控车床使用步距规测试Z轴位置精度的方法。定位误差检测完成后要通过计算，进行螺距补偿和反向间隙补偿。标准检验循环图见图2-20。2.步距规步距规见图2-21。尺寸P1、P2、…P5按93mm间距设计，加工后测量出P1、P2、…P5的实际尺寸作为定位精度检测时的目标位置坐标（测量基准），见图2-22。图2-21步距规图2-22步距规尺寸图2-22中步距规的实际尺寸见表2-14。表2-14步距规的实际尺寸12345位置P1P2P3P4P5间距尺寸093.00993.02493.00693.009实际尺寸093.009186.033279.039372.0483.数控机床位置精度测试及补偿4.数控车床位置精度的检测（1）数控车床位置精度的检测项目JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》的标准中G19项Z轴和X轴的位置精度，包括重复定位精度R、反向偏差B、定位精度，其检验方法见表2-15。表2-15数控车床定位精度的检测序号检验项目允差范围mm检验工具检验方法G19Z轴和X轴的位置精度a.重复定位精度Rb.反向偏差Bc.定位精度A激光干涉仪，步距规用激光干涉仪、步距规，采用线性循环方法。测量时每个位置正、反向各重复测量5次，测量实测值与指令值之差。读数分别记录。（2）数控车床CAK3665sj的Z轴位置精度检测1）具体测试过程以配置华中世纪星数控系统的数控车床Z轴位置精度测量为例。测量时，将步距规置于前后顶尖上，见图2-23，令Z轴回零；按标准循环图测量5次，将各点读数（单向位置偏差）记录在记录表中，按标准对数据进行处理，可确定数控车床Z轴的重复定位精度、反向间隙和定位精度。图2-23用步距规测量数控车床的定位精度2）测试步骤在首次测量前，开机进入系统（华中数控HNC-21T），见图2-24，移动光标选择“2轴”回车，即进入系统Z轴补偿参数界面，将系统的反向间隙、螺距补偿参数全部设置为零，按“Esc”键，界面出现对话框“是否保存修改参数？”，按“Y”键后保存修改后的参数。图2-24F4轴补偿值参数3）编制用步距规的测试程序%1G92X0Z0G01X15F3000G01Z5G01Z0G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-93.009G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-186.033G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-279.039G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-372.048G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-376G01Z-372.048G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-279.039G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-186.033G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z-93.009G01X0F300G04X2G01X15F3000G01Z0G01X0F300G04X2M304）数据处理。按“定位精度和重复定位精度的确定----国家标准GB/T17421.2—2000评定方法”对数据进行处理，计算出全部数值，完成误差补偿。5）若按单向补偿，补偿后，按上述测试步骤和测试程序，再次进行位置精度的测量并进行数据处理。计算出Z轴单向补偿后的定位精度和重复定位精度。6）以数控车床CAK3665sj的Z轴测试为例，检测数据和计算数据见表2-16。表2-16无补偿的数控车床Z轴位置精度检测数据和计算数据测量记录机床型号CAK3665sj机床编号A30900240测试轴Z轴补偿状态无补偿环境温度25℃湿度30%测试者1组测试日期2009.6.24序号12345目标位置Pi/mm0-93.009-186.033-279.039-372.048趋近方向↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓位置偏差Xij/μmj=123450-35-1-30-8-37+1-30+5-30-2-35-1-30-8-37+1-30+5-30-1-35-1-30-8-37+1-30+5-30-1-35-1-30-8-37+1-30+4-30-1-35-1-30-8-370-30+4-30iXiXiXiXB数据处理结果单向平均位置偏差/μm-1-35-1-30-8-37+0.8-30+4.6-30标准不确定度Si/μm0.71000000.4500.5502Si/μm1.42000000.901.10-2Si/μm-2.42-35-1-30-8-37-0.1-303.5-30+2Si/μm0.42-35-1-30-8-371.7-305.7-30单向重复定位偏差Ri-4Si/μm32.5635.422929292930.0830.9834.635.7反向差值Bi/μm34292930.0834.6双向重复定位精度Ri/μm35.42292930.9835.7双向平均位置偏差/μm-18-15.5-22.5-14.6-12.7标准GB/T17421.2—2000方向单向↑单向↓双向定位精度A/mm0.01370.04270.0427重复定位精度R/mm0.0028400.0357平均反向差值/mm0.031336表2-16无补偿的数控车床Z轴位置精度检测数据和计算数据（续）通过计算，填写单向补偿参数表，见表2-17。表2-17单向补偿参数表反向间隙（微米）31螺补类型(0-无，1-单向，Z-双向，3,4-扩展)1补偿点数5参考点偏差号4补偿间隙93000偏差值（微米）[0]-5偏差值（微米）[1]-1偏差值（微米）[2]8偏差值（微米）[3]1偏差值（微米）[4]1偏差值（微米）[5]偏差值（微米）[6]偏差值（微米）[7]偏差值（微米）[8]偏差值（微米）[9]偏差值（微米）[10]补偿后，按无补偿的测试步骤和测试程序，再次进行位置精度的测量并进行数据处理，见表2-18。表2-18补偿后的数控车床Z轴位置精度检测数据和计算数据测量记录机床型号CAK3665sj机床编号A30900240测试轴Z轴补偿状态单向补偿环境温度25℃湿度30%测试者1组测试日期2009.6.24序号12345目标位置Pi/mm0-93.009-186.033-279.039-372.048趋近方向↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓位置偏差Xij/μmj=123450-204020-10-50-22402-200-50-22402000-50-22402-200-50-22402-20-2-5iXiXiXiXB数据处理结果单向平均位置偏差/μm0-21.6402-1.2-0.2-0.4-5标准不确定度Si/μm000.890001.10.450.8902Si/μm001.780002.20.91.780-2Si/μm0-2-0.18402-3.4-1.1-2.18-5+2Si/μm0-23.3840210.71.34-5单向重复定位偏差Ri-4Si/μm221.024.58221.815.42.826.38反向差值Bi/μm2-2.4-2-14.6双向重复定位精度Ri/μm24.1826.216.38双向平均位置偏差/μm-12.81-0.7-2.7标准GB/T17421.2—2000方向单向↑单向↓双向定位精度A/mm0.006780.008380.00838重复定位精度R/mm--0.00638平均反向差值/mm0.0012表2-18补偿后的数控车床Z轴位置精度检测数据和计算数据（续）二、数控铣床位置精度检测“GB/T20958.2-2007数控床身铣床检验条件精度检验第2部分:立式铣床”标准中数控铣床定位精度的检验项目和检验方法见表2-19。表2-19数控铣床的定位精度检验实训任务书1.任务书（1）用步距规完成数控车床的Z轴位置精度测试。1）完成数控车床的Z轴位置精度测试，填写表2-21。表2-21数控车床的Z轴位置精度测试表测量记录机床型号机床编号测试轴补偿状态无补偿环境温度湿度测试者测试日期序号12345目标位置Pi/mm趋近方向↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓位置偏差Xij/μmj=12345iXiXiXiXB数据处理结果单向平均位置偏差μm标准不确定度Si/μm2Si/μm-2Si/μm+2Si/μm单向重复定位偏差Ri-4Si/μm反向差值Bi/μm双向重复定位精度Ri/μm双向平均位置偏差/μm标准GB/T17421.2—2000（JB/T8324.1-1996）方向单向↑单向↓双向定位精度A/mm重复定位精度R/mm平均反向差值/mm2）进入华中世纪星数控系统Z轴补偿参数界面，输入单向补偿后的数据，填写检测补偿参数表2-22。表2-22单向补偿参数表反向间隙（微米）螺补类型(0-无，1-单向，Z-双向，3,4-扩展)补偿点数参考点偏差号补偿间隙偏差值（微米）[0]偏差值（微米）[1]偏差值（微米）[2]偏差值（微米）[3]偏差值（微米）[4]偏差值（微米）[5]偏差值（微米）[6]偏差值（微米）[7]偏差值（微米）[8]偏差值（微米）[9]偏差值（微米）[