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

1 球桿儀誤差測量原理

1.1 球桿儀結(jié)構(gòu)簡述圖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（底部）8. 蓋環(huán)英國Renishaw公司生產(chǎn)的QC20球桿儀是一種快速檢測機床性能的精密儀器，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，是一個精密的線性傳感器，能夠精確測出在球桿標稱(100 mm)長度±1 mm行程內(nèi)的伸縮量。此傳感器可提供電子信號，這些信號經(jīng)處理后與計算機無線通訊。這允許Ballbar 20軟件對傳感器名義長度上的微小變化進行測量和分析。

1.2 球桿儀的測試原理用球桿儀進行誤差測量，設(shè)坐標系的原點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，當(dāng)機床運動到目標位置P(x,z)時，設(shè)機床的實際位置為P'(x',z')。則機床的空間誤差可用這兩個坐標表示如下 ：?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，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，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P處的定位和球桿儀半徑誤差的關(guān)系。該式是球桿儀測量裝置的基本方程式，反映了測量結(jié)果與誤差矢量之間的關(guān)系。測量所有的?R，做出圓度誤差曲線，可以綜合反映出機床部件相互幾何關(guān)系等因素。

2 測試內(nèi)容及過程針對數(shù)控車床進行球桿儀圓弧插補測試的總體測試流程如圖2。

①先預(yù)熱機床 ：使機床以測試速度運行半個小時，讓機床進行充分的潤滑與熱機 ；

②再確定測試半徑 ：按照測試需求及機床行程選擇測量半徑 ；

③對程序進行預(yù)運行 ：按照選定的半徑、速度進行程序預(yù)運行，確保測試程序沒有問題 ；

④確保球桿儀連接 ：連接球桿儀，包括電源、傳感器、球座，將球桿儀鏈接到機床，準備進行實驗 ；

⑤執(zhí)行測試 ：在測試程序通過預(yù)運行后，開始執(zhí)行測試 ；

⑥數(shù)據(jù)診斷 ：對測量結(jié)果進行診斷，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，周期誤差等誤差項的排序。