【正文】 大，進口依賴性強的特點，學習了解如何評定數(shù)控機床性能，顯得十分重要。德國工程師協(xié)會和德國質(zhì)量學會發(fā)布的VDI/DGQ3441《機床工作精度和位置精度的統(tǒng)計檢驗原理》技術規(guī)范中，明確指出:“確定機床的位置精度，特別是數(shù)控機床有重大意義。”同時，由于數(shù)控機床起步較晚,一些工業(yè)發(fā)達國家在發(fā)展數(shù)控機床的過程中逐漸形成了各自不同的定位精度評定標準,后來形成的國際標準也未能得到完全貫徹。用戶往往會認為前者比后者的精度高，然而很可能后者比前者精度更高，這完全取決于各廠商采取何種精度定義和計算方法。本文意在通過闡明數(shù)控機床位置精度的檢測方法和標準之間的差異，為解決由于數(shù)控機床位置精度評定標準不一而引發(fā)爭議的問題做出嘗試性的解答。機床各運動部件的運動是在數(shù)控裝置的控制下完成的,各運動部件在程序指令控制下所能達到的精度直接影響加工零件的精度,它反映了機床軸在行程內(nèi)任意定位點的定位穩(wěn)定性,所以機床制造廠在銷售產(chǎn)品樣本中為反映該機床的精度指標,著重介紹了直線軸的定位精度和重復定位精度。定位誤差的基本特征分量主要有四項。它的特殊部分就是周期性誤差。而絲杠止推軸承的軸向振擺以及由旋轉(zhuǎn)編碼盤測量位移時的碼盤一轉(zhuǎn)累積誤差，將引起它的周期誤差。如圖1中移動長度L2僅比L1稍大一些，其位置誤差A2卻比A1大許多，尤其當從P1點移動長度L3到P2點時，會產(chǎn)生A3這樣更大的位置誤差。分散性受移動速度、導軌摩擦特性、熱、力、讀數(shù)視差等因素的影響。失動量的產(chǎn)生，一是驅(qū)動電機、傳動元件和機床執(zhí)行件間存在著間隙，二是傳動系統(tǒng)的柔度和導軌摩擦特性的影響。對于每一個特定點的目標位置，應分別測量正向和負向趨近目標位置N次的平均值和，然后取其代數(shù)差值。該移動量理論上應為機床數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當量(對數(shù)控機床而言)，但由于導軌的摩擦、傳動系統(tǒng)柔度、工作臺及其上面放置工件的質(zhì)量所引起的慣性以及潤滑條件等的綜合作用，它往往大于脈沖當量值。所以，應該規(guī)定其最大允許值，并加以檢驗。對于數(shù)控機床，還應考慮維持伺服驅(qū)動的速度輸出與穩(wěn)態(tài)下位置誤差間成正比關系的位置回路增益，以及伺服控制驅(qū)動對步進速度輸出指令的響應這兩個動態(tài)分量的影響。(2)直線運動重復定位精度。(4)直線運動的原點返回精度；(5)回轉(zhuǎn)運動定位精度(轉(zhuǎn)臺A,B,C軸)。(7)回轉(zhuǎn)軸原點的返回精度；(8)回轉(zhuǎn)運動反向間隙(失動量)測定。標準長度測量以雙頻激光干涉儀為準。本文將在第3章中介紹機床位置精度檢測的直線運動位置精度檢測方法。常用檢測方法如圖24所示。但目前國內(nèi)激光測量儀較少，大部分數(shù)控機床生產(chǎn)廠的出廠檢測及用戶驗收檢測還是用標準尺進行比較測量（圖24 b）。所以這時的定位精度曲線已不是一條曲線，而是一個由定位點平均值連貫起來的一條曲線加上散差帶構(gòu)成的定位點散差帶，如圖25所示。在一些進給傳動鏈剛度不太好的數(shù)控機床上，采用不同進給速度定位時會得到不同的定位精度曲線和不同的反向死區(qū)（間隙），因此，對一些質(zhì)量不高的數(shù)控機床，即使有很好的出廠定位精度檢查數(shù)據(jù)，也不一定能成批加工出高加工精度的零件。 即正向曲線和反向曲線在垂直坐標上很均勻的拉開一段距離，這段距離即反映了該坐標軸的反向間隙。 這兩類曲線都是由于被測坐標軸上反向間隙不均勻造成的。反射間隙不均勻現(xiàn)象較多表現(xiàn)在全行程內(nèi)一頭松一頭緊，得到喇叭型的正、反向定位曲線。測定的定位精度曲線還與環(huán)境溫度和軸的工作狀態(tài)有關。為此，有些機床采用預拉伸的方法來減小熱伸長的影響 。一般檢測方法是在靠近各坐標行程的中點及兩端的任意三個位置進行測量，每個位置用快速移動定位，在相同條件下重復作七次定位，測出停止位置數(shù)值并求出讀數(shù)的最大差值。它是反映軸運動精度穩(wěn)定性的最基本的指標。圖26 幾種不正常的定位曲線（4）直線運動失動量的測量 失動量的測定方法是在所測量坐標軸的行程內(nèi)，預先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準，再在同一個方向給予一定移動指令值，使之移動一段距離，然后再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準位置之差（如圖27所示）。圖27 失動量測量坐標軸的失動量是該坐標軸進給傳動鏈上驅(qū)動部件（如伺服電機、伺服油馬達和步進電機等）的反向死區(qū)、各機械運動傳動副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。[19]第3章 數(shù)控機床位置精度的檢測在數(shù)控機床的檢測中，測量直線運動的檢測工具有：測微儀和成組塊規(guī)，標準長度刻度尺和光學讀數(shù)顯微鏡及雙頻激光干涉儀等。 標準長度刻度尺和光學讀數(shù)顯微鏡檢測法以精密線紋尺作為標準器,采用相對測量法進行測量,求出被測數(shù)控機床坐標軸上各被測點的位置偏差(單獨偏差)。根據(jù)GB 1093189中的位置偏差定義,實際位置減目標位置之差值即為該測點的位置偏差即: (31)根據(jù)這些位置偏差及位置精度的評定方法,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,即可得到該軸線的定位精度,重復定位精度和軸線的反向差值等精度指標 測量方法線紋尺及讀數(shù)顯微鏡的安裝遵循阿貝原則將0級或1級線紋尺安放在機床的工作臺上,如圖31 a示,反復調(diào)整線紋尺,使之與被測坐標的軸線方向一致,若檢測豎直方向(Y軸或Z軸)的位置精度,可用方箱作為定位基面，如圖31 b示。在被測軸向的全部工作行程內(nèi)隨機選取各目標位置,一般應符合式(32) (32)式中:j――目標位置序號。應取整數(shù),絲桿傳動時,t不應等于導程的倍數(shù)R――目標位置的取值的小數(shù)部分,位數(shù)與最小設定單位相當,每個目標位置可按一定方式(如遞增或遞減)取不同值,當j=1時,取r=0當選擇目標位置的數(shù)目時,需考慮測量范圍的尺寸和需要的測量時間,據(jù)國外有關資料要求,每一測量線上至少應選擇m=11個目標位置。循環(huán)方式是指測量時機床運動部件的循環(huán)運動的方式。（3）安裝誤差1im 3它主要是由測量軸線(線紋尺)與機床移動的軸線不平行而引起的誤差。根據(jù)溫度誤差的計算公式得溫度誤差的修正值: (33)式中：――線紋尺或機床光柵尺的線膨脹系數(shù)； L――測量長度；t2――機床光柵尺的溫度；t1――線紋尺的溫度；由(33)式微分可得: (34)式(34)中,表示由于線紋尺和機床光柵尺的線膨脹系數(shù)不準確而造成的誤差。為了減少這項誤差,要求在測量時,標準件和被測件需在恒溫條件下長時間等溫,以保證各處溫度的均勻性。另外,如果測量時安裝不得當,由安裝所造成的誤差也是不可忽略的[4] 雙頻激光干涉儀檢測法 雙頻激光干涉儀的工作原理激光干涉測量原理如圖32所示將HeNe激光器1置于永久磁場中，由于塞曼效應使激光原子譜線分裂為旋轉(zhuǎn)方向相反的左右圓偏振光。左右圓偏振光經(jīng)片2后變成振動方向相互垂直的線偏振光。由接收器5接收為參考信號。從反射鏡7和8發(fā)射回來的兩束光到偏振分光器6的分光而會合，再經(jīng)轉(zhuǎn)向棱鏡9,偏振器10，由接收器11接收為測量信號，測量信號與參考信號的差值即為多普勒頻率差。當把測量距i離與數(shù)控機床上的光柵尺讀數(shù)相減時即可得到數(shù)控機床的定位誤差。線性干涉鏡位于ML10激光器和線性反射鏡之間的光束上，如圖33所示。箭頭應指向兩個反射鏡，如上圖所示。 一道光束（參考光束）射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道光束（測量光束）則通過分光鏡射入第二個反射鏡。在進行線性測量時，保持其中的一個光學元件不動（常常是干涉鏡），而另一個則沿著線性軸移動，如圖34所示。通過測量結(jié)果與待測機床的標尺讀數(shù)比較，便可測得機床精度的任何誤差。 ，將光靶安裝到反射鏡上。，如有必要，水平平移激光頭，以便從線性干涉鏡和反射鏡中返回的光束擊中光閘上的光靶。圖 37，檢查返回的光束在激光頭的準直度。光鏡快速堆直步驟（1）沿著運動軸將反射鏡與干涉鏡分開。圖 39 垂直光束調(diào)整 （3）使用激光頭后方的指形輪使兩道光束回到相同的高度。圖 311水平光束調(diào)整（5）用三腳架左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，使兩道光束彼此重疊。圖 313（7）沿著運動軸重新開始移動機床工作臺。重復步驟3到6，直到完成整個軸向的光鏡準直。注：若其中一道光束離開光閘的光靶，是由于反光鏡側(cè)向偏移所造成。重復步驟1到10，直到兩道光束在整個運動軸長度范圍內(nèi)都保持在光靶的中心。將光閘旋轉(zhuǎn)到其測量位置，如圖314所示。圖 314接下來，啟動環(huán)境補償功能并確保在軟件中輸入正確的材料膨脹系數(shù)。 測量誤差分析雙頻激光干涉儀的誤差項目包括：(1)雙頻激光干涉儀的極限誤差=式中： L測量的長度(m)(2)安裝誤差2它主要是由測量軸線與機床移動的軸線不平行而引起的式中: L測量的長度(m)測量軸線與機床移動的軸線之間的夾角由于光路準直,值趨于0,故此項誤差忽略不計(3)溫度誤差3它主要是由機床溫度和線膨脹系數(shù)不準確而造成的式中: L―――測量的長度(m)――――機床溫度測量誤差A――――機床材料線膨脹系數(shù)――――線膨脹系數(shù)測量誤差從上面分析可以看出,在各項測量誤差中,溫度誤差對測量結(jié)果的準確性影響最大,所以,為了保證測量結(jié)果的準確性,測量環(huán)境溫度應滿足205度,測量前應使機床等溫12h以上,同時要盡量提高溫度測量的準確度。標準長度刻度尺和光學讀數(shù)顯微鏡檢測法檢測技巧對檢測精度的影響比較大，～,而用激光測量，誤差小，測量精度可比標準尺檢測方法提高一倍。第4章 數(shù)控機床位置精度檢測的標準目前,國際上比較通行的數(shù)控機床位置精度檢測標準有NMTBA(美國機床制造商協(xié)會標準)、JIS(日本工業(yè)標準)、VDI/DGQ(德國工程師協(xié)會/德國質(zhì)量協(xié)會標準)、ISO(國際標準)等，我國亦在頒布有國家標準GB 1093189機床檢驗通則中第2部分:數(shù)控軸線的定位精度和重復定位精度的確定。 ISO 2302該部分的ISO 標準定義了在數(shù)控機床上直接測量單軸進行位置精度和重復定位精度測試和評價的方法。 術語和代號ISO 2302定義了如下術語和代號：(a）軸向行程 線性或旋轉(zhuǎn)軸在數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動下組件可達到的最大行程。選擇