數控機床精度檢測

1前言

    對每個工廠來講，購買數控機床都是一筆相當可觀的投資。為使投資的設備在生產中真正發揮中堅作用，保證加工出合格的零件，盡快回收成本是至關重要的。

    經驗表明，80％以上的機床在安裝時必須在現場調試后才能符合其技術指標。因此在新機床驗收時，要進行檢定，使機床一開始安裝就能保證達到其技術指標及預期的質量和效率。

    另外經驗也表明，80％已投入生產使用的機床在使用一段時間后，處在非正常超性能工作狀態，甚至超出其潛在承受能力。因此通常新機床在使用半年后需再次進行檢定，之后可每年檢定一次。定期檢測機床誤差并及時校正螺距、反向間隙等可切實改善生產使用中的機床精度，改善零件加工質量，不至于產生廢品，大大提高機床利用率�？傊�，及時揭示機床問題可避免導致機床精度損失及破壞性地使用機床。

    隨著數控技術的進一步推廣應用，越來越多的數控機床利用自身帶有的測頭系統來進行工件、刀具尺寸檢測及進行仿形數字化。要知道上述功能的實現，與機床自身的精度密切相關，若機床精度不作定期校準，則談不上準確地完成上述工作。

    雷尼紹ML10激光干涉儀線性位移測量軟件可提供按下述標準進行的數據分析：BS4656英國三測機標準；BS3800英國機床標準；ISO 230-2國際標準；VDI/DGQ 3441德國工程師學會機床標準；VDI 2617德國工程師學會三測機標準；NMTBA美國機床協會標準；GB10931-89中國國家標準；ASME B89.1.12M美國機械工程師學會標準；ASME B5.54美國機械工程師學會標準；E60—099法國標準；JISB2330日本國家標準。

2英國雷尼紹公司先進技術

    英國雷尼紹公司是專門從事設計、制造高精度檢測儀器與設備的世界性跨國公司。主要產品為三坐標測量機及數控機床用測頭、激光干涉儀、球桿儀等，為機械制造工業提供了序前（激光干涉儀和球桿儀）、序中（數控機床用工件測頭及對刀測頭）和序后（三測機用測頭及配置）檢測的成系列質量保證手段。她的全部技術與產品都旨在保證數控機床精度，改善數控機床性能，提高數控機床效率，可保證和改善數控機床制造廠工作母機的加工精度與質量，擴大制成品的市場。

2.1ML10激光干涉儀

    雷尼紹ML10激光干涉儀為機床檢定提供了一種高精度儀器，它精度高，達到±1.1PPM（在0～40℃下），測量范圍大（線性測長40m，任選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有自動線性誤差補償功能，可方便恢復機床精度，更受到用戶歡迎！

為使大家進一步了解ML10激光干涉儀在檢測數控機床精度方面所具有的獨特優點，下面著重介紹ML10激光干涉儀在精度檢測中的應用。

（1）幾何精度檢測可用于檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。

（2）位置精度的檢測及其自動補償可檢測數控機床定位精度、重復定位精度、微量位移精度等。利用雷尼紹ML10激光干涉儀不僅能自動測量機器的誤差，而且還能通過RS232接口自動對其線性誤差進行補償，比通常的補償方法節省了大量時間，并且避免了手工計算和手動數控鍵入而引起的操作者誤差，同時可最大限度地選用被測軸上的補償點數，使機床達到最佳精度，另外操作者無需具有機床參數及補償方法的知識。

目前，可供選擇的補償軟件有Fanuc,Siemens 800系列，UNM，Mazak,Mitsubishi,Cincinnati Acramatic,Heidenhain, Bosch, Allen-Bradley。

（3）數控轉臺分度精度的檢測及其自動補償現在，利用ML10激光干涉儀加上RX10轉臺基準還能進行回轉軸的自動測量。它可對任意角度位置，以任意角度間隔進行全自動測量，其精度達±1。新的國際標準已推薦使用該項新技術。它比傳統用自準直儀和多面體的方法不僅節約了大量的測量時間，而且還得到完整的回轉軸精度曲線，知曉其精度的每一細節，并給出按相關標準處理的統計結果。

（4）雙軸定位精度的檢測及其自動補償雷尼紹雙激光干涉儀系統可同步測量大型龍門移動式數控機床，由雙伺服驅動某一軸向運動的定位精度，而且還能通過RS232接口，自動對兩軸線性誤差分別進行補償。

（5）數控機床動態性能檢測利用RENISHAW動態特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進行機床振動測試與分析（FFT），滾珠絲杠的動態特性分析，伺服驅動系統的響應特性分析，導軌的動態特性（低速爬行）分析等。

2.2QC10球桿儀

    在數控機床精度檢測中，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床的各項精度；而QC10球桿儀主要用來確定機床失去精度的原因及診斷機床的故障。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用。

2.2.1什么是球桿儀

    雷尼紹QC10球桿儀是用于數控機床兩軸聯動精度快速檢測與機床故障分析的一種工具。它由一安裝在可伸縮的纖維桿內的高精度位移傳感器構成，該傳感器包括兩個線圈和一個可移動的內桿，其工作原理類同于使用LVDT技術的位移傳感器。當其長度變化時，內桿移入線圈，感應系數發生變化，檢測電路將電感信號轉變成分辨率為0.1μm位移信號，通過接口傳入PC機。其精度經激光干涉儀檢測達±0.5μm(在20℃)。

    當機床按預定程序以球桿儀長度為半徑走圓時，QC10傳感器檢測到機床運動半徑方向的變化，雷尼紹QC10分析軟件可迅速將機床的直線度、垂直度、重復性、反向間隙、各軸的比例如否匹配及伺服性能等從半徑的變化中分離出來。

2.2.2主要功能

（1）機床精度等級的快速標定通過在不同進給速度下用球桿儀檢測機床，使操作者可選用滿足加工工件精度要求的進給速度進行加工，從而避免了廢品的產生。

（2）機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床問題所在，主要可檢查反向差，絲杠背隙差，伺服增益不匹配、垂直度誤差、絲桿周期誤差等性能，譬如機床發生撞車事故后，可用球桿儀檢測并快速告訴操作者機床精度狀況及是否可繼續使用。在ISO標準中已規定了用球桿儀檢測機床精度的方法。

（3）方便機床的保養與維護球桿儀可以告訴用戶機床精度變化情況，這樣可提醒維修工程師注意機床的問題，進行預防性維護，不致釀成大故障。

（4）縮短新機床開發研制周期用球桿儀檢測可分析出機床潤滑系統、伺服系統、軸承副等的選用對機床精度性能的影響。這樣可根據測試情況更改原設計，因而縮短新機床研制周期。

（5）方便機床驗收試驗對機床制造廠來說，可用球桿儀快速進行機床出廠檢驗，檢查其精度是否達到設計要求。球桿儀現已被國際機床檢驗標準如ISO230、ANSI B5.54推薦采用。對機床用戶廠來說，可用球桿儀來進行機床驗收試驗，以取代NAS試件切削，或在用球桿儀檢測好機床后再切試件即可。

2.2.3工作精度檢測

   QC10球桿儀是一種快速（10～15min）、方便、經濟地檢測數控機床兩軸聯動性能的儀器，可用于取代工作精度的NAS試件切削。