在機床完成空運行及相關(guān)功能檢測后，數(shù)控機床的安裝調(diào)試過程就進入了精度檢驗環(huán)節(jié)，這個環(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)備檢測驗收中zui常見的環(huán)節(jié)。
    數(shù)控機床全部檢測驗收是一項復(fù)雜的工作，對檢測手段及技術(shù)要求也很高。它需要使用各種高精度的儀器，對機床的機、電、液、氣等各部分性能及整機綜合性能進行檢測，zui后才能對該機床得出綜合結(jié)論。這項工作目前在國內(nèi)只有國家部門（如國家機床質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）才能進行。對一般的數(shù)控機床用戶、購買一臺價格昂貴的數(shù)控機床后，千萬不要吝嗇幾千元的驗收費用，至少應(yīng)對數(shù)控機床的幾何精度、位置精度、工作精度及功能等重要指標進行驗收，確保達到合同所約定的驗收標準的要求，并將這些數(shù)據(jù)保存好，以作為日后機床維修調(diào)整時的依據(jù)。同時要對采購合同中約定的重要條款進行詳細的檢驗驗收。
     數(shù)控機床的幾何精度是綜合反映機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《機床檢驗通則 第1部分 在無負荷或精加工條件下機床的幾何精度》國家標準的說明有如下幾類：
（一）、直線度
1、一條線在一個平面或空間內(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)控升降臺銑床工作臺縱向基準T形槽的直線度；
3、運動的直線度，如立式加工中心X軸軸線運動的直線度。
長度測量方法有：平尺和指示器法，鋼絲和顯微鏡法，準直望遠鏡法和激光干涉儀法。
角度測量方法有：精密水平儀法，自準直儀法和激光干涉儀法。
（二）、平面度（如立式加工中心工作臺面的平面度）
測量方法有：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*軸線對主刀架溜板移動的平行度；
運動的平行度，如立式加工中心工作臺面和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。
測量方法有：平尺和指示器法，精密水平儀法，指示器和檢驗棒法。
（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軸軸線運動間的垂直度；
運動的垂直度，如立式加工中心Z軸軸線和X軸軸線運動間的垂直度。
測量方法有：平尺和指示器法，角尺和指示器法，光學(xué)法（如自準直儀、光學(xué)角尺、放射器）。
（五）、旋轉(zhuǎn)
徑向跳動，如數(shù)控臥式車床主軸軸端的卡盤定位錐面的徑向跳動，或主軸定位孔的徑向跳動；
周期性軸向竄動,如數(shù)控臥式車床主軸的周期性軸向竄動；
端面跳動，如數(shù)控臥式車床主軸的卡判定位端面的跳動。
測量方法有：指示器法，檢驗棒和指示器法，鋼球和指示法。

數(shù)控機床精度分為：幾何精度、定位精度和工作精度。

1. 幾何精度

機床主體的幾何精度綜合反映機床各關(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。一般通過部件單項靜態(tài)精度檢測工作來進行驗收，數(shù)控設(shè)備幾何精度的檢測內(nèi)容、檢測工具和檢驗方法均與普通機床相似，通常按其機床所附檢驗報告或有關(guān)精度檢測標準進行檢測即可。

2. 定位精度

定位精度是普通機床沒有的檢驗項目，一般精度標準規(guī)定了定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差值，其中每項又分直線運動精度和回轉(zhuǎn)運動精度，檢查時應(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）進行空運轉(zhuǎn)及功能試驗。

（3）無負荷條件下進行。

3. 工作精度

數(shù)控設(shè)備工作精度主要指機床的切削加工精度。切削精度不僅反映出機床的幾何精度和定位精度，還同時包括了環(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。其驗收工作通過綜合性的動態(tài)精度檢測工作來進行。為了檢測機床真實的切削精度，在驗收過程中應(yīng)盡量排除其他的影響因素。

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

數(shù)控機床位置精度的測試與補償

一、 機床進給傳動裝置的結(jié)構(gòu)

在數(shù)控機床進給傳動裝置中,一般由電動機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),由滾珠絲杠螺母機構(gòu)將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。
1. 進給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠螺母機構(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,將它們套裝起來形成螺母旋轉(zhuǎn)副時,在滾道內(nèi)裝滿滾珠3。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時,絲杠的旋 轉(zhuǎn)面通過滾珠推動螺母軸向移動,同時滾珠沿螺旋轉(zhuǎn)形滾道滾動,使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn) 化為滾珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管4連接起來,使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端,構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路。

圖1 滾珠絲杠螺母機構(gòu)

1——絲杠 2——螺母3——滾珠 4——回珠管
2. 進給傳動誤差

由于滾珠絲杠副在加工和安裝過程中存在誤差,因此滾珠絲杠副將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線 運動時存在以下兩種誤差。
（1）螺距誤差,即絲杠導(dǎo)程的實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,即絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時,絲 杠和螺母之間的zui大竄動。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,滾動絲杠螺 母機構(gòu)存在軸向間隙。該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動時表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動α角,而螺母未移動,形成了 反向間隙。為了保證絲杠和螺母之間的靈活運動,必須有一定的反向間隙。但反向間隙過大將嚴重影響機床精度。因此,數(shù)控機床進給系統(tǒng)所使用的滾珠杠副必須有可靠的軸向間隙調(diào)節(jié)機構(gòu),具體的調(diào)整在此不再贅述。
3.電動機與絲杠的連接及傳動

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

二、定位精度測量工具和測量方法

測量定位精度和重復(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 量定位精度時操作簡單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無論采用哪種測量儀器,其在全行程上的測量點數(shù)不應(yīng)少于5點,測量間距按下式確定:Pi=iP+k其中,P為測量間距;k在各目標位置時取不同的值,以獲得全測量行程上各目標位置的不均勻間隔,從而保證周期誤差被充分采樣。這里采用步距規(guī)進行測量。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,加工后測量出P1,P2,…,P i的實際尺寸作為定位精度檢測時的目標位置坐標（測量基準）。以ZJK7532A銑床X軸定 位精度的測量為例。測量時,如圖3所示將步距規(guī)置于工作臺上,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）,表頭接觸在Po點,表針置零;用程序 （限于篇幅,略）控制工作臺按標準循環(huán)圖（見圖4）移動,移動距離依次為P1,P2,…,P i,表頭則依次接觸到P1,P2,…,Pi點,表盤在各點的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差。按標準循環(huán)圖測量5次,將各點讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中,按國家標準GB/T17421.—1999評定方法對數(shù)據(jù)進行處理,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 標準檢驗循環(huán)圖

三、軟件補償

1. 螺距補償數(shù)控機床螺距補償?shù)幕驹硎?span>:在機床坐標系中,在無補償?shù)臈l件下,在軸線測量行程內(nèi)將測量行程分為若干段, 測量出各自目標位置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)的插補指令上, 如圖5示。指令要求沿X軸運動到目標位置Pi, 目標實際位置為Pij, 該點的平均位置偏差為。將該值輸入系統(tǒng), 則CNC系統(tǒng)在計算時自動將目標位置Pi的平均位置偏差疊加到插補指令上,實際運動位置為,使誤差部分抵消, 實現(xiàn)誤差的補償。數(shù)控系統(tǒng)可進行螺距誤差的單向和雙向補償。

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

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

2. 單向螺距補償

（1）在測量前,開機進入數(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”鍵進入下一級子菜單,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、“軸補償參數(shù) F4”鍵;移動光標選擇“O軸”后,回車即進入系統(tǒng)X軸補償參數(shù)界面,如圖7所示。將系統(tǒng)的 反向間隙、螺距補償參數(shù)全部設(shè)置為零后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對話框“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),進入DO S狀態(tài);按N鍵后回車進入系統(tǒng)。

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

（3）將步距規(guī)置 于工作臺中間位置,注意步距規(guī)的方向（Po點朝向X軸負向,將步規(guī)用壓板輕輕地固定在工作臺 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）,使其表頭接觸Po 點,表針置零。

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

（6）在測 量程序運行過程中,當(dāng)工作臺運動到目標位置時,表頭接觸到步距規(guī)的測量面,測量程序要設(shè)置有 暫停3s子程序段（G04X3）,此時記下表針讀數(shù),填入表2中。例如,在*次測量時,工 作臺負向運動到P1點,表針讀數(shù)為“6”時,讀數(shù)“6”記錄在“P1,↑,X1”位置,如表 2所示。

（7）測量5個循環(huán),并將讀數(shù)記錄到“表2中。測量完成后停止運行,將表頭移開。

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 家標準評定方法”對數(shù)據(jù)進行處理,先計算出“平均位置偏差”、“反向差值Bi”和“平均反向差值”。

4.誤差補償

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

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

（2）單向螺距補償將“螺距補償類型”、“補償點數(shù)” ,“參數(shù)點偏差號”、“補償間隔”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 償參數(shù)界面及單向螺距補償后的數(shù)據(jù)設(shè)置部脈沖當(dāng)量）〔0〕”。補償后的參數(shù)如圖7所示。補償參數(shù)輸入完成后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對話框“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),進入DOS狀態(tài)。按N鍵回車進入系統(tǒng),補償后的參數(shù)數(shù) 值即開始生效