数控机床回转轴定位精度测量方法的分析比较

数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定1 范围本部分规定了通过直接测量机床的单个轴线来检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法。

这种方法对线性轴线和回转轴线（直线运动和回转运动）同样适用。

本部分适用于机床的型式检验、验收检验、比较检验、定期检验。

也可用于机床的补偿调整检验。

本部分不适用于需同时检验几个轴线的机床。

检验方法涉及每个位置上的重复测量。

本部分给出了与检验有关的参数的定义和计算方法。

ISO/TR 230-9:2005的附录C[2]中描述了不确定度的估算方法。

附录A提供了估算测量不确定度的方法。

附录B叙述了可供选择应用的阶梯循环。

这一循环的结果既不用在与本部分有关的技术文献中，也不用于验收，除非供方/制造厂与机床用户之间签订有特殊的书面协议。

出于机床验收目的考虑，使用本部分的标准检验循环始终是正确的选择。

2 定义与符号下列定义和符号适用于本文件：2.1轴线行程axis travel在数字控制下运动部件沿轴线移动的最大直线行程或绕轴线回转的最大行程。

注当运动部件绕轴线回转超过360°时，可能无法清晰地定义行程最大长度。

2.2测量行程 measurement travel用于采集数据的部分轴线行程。

选择测量行程时应保证可以双向趋近第一个和最后一个目标位置（见图1）。

2.3目标位置P i(i=1至m) target position P i(i=1 to m)运动部件编程要达到的位置。

注下标i表示沿轴线或绕轴线选择的目标位置中的特定位置。

2.4实际位置P ij(i=1至m ;j=1至n) actual position P ij( i=1 to m; j=1 to n)运动部件第j次向第i个目标位置趋近时实际测得的到达位置。

1位置偏差 X ij deviation of position; positional deviation X ij运动部件到达的实际位置减去目标位置之差。

探讨数控机床五轴精度快速校准方法
Q253=1000；（预定位进给速度）
Q380=0；（参考角）
Q411=-90；（A轴起始角，为第一次测量时的角度）
Q412=+110；（A轴终止角，为最后一次测量时的角度）Q413=0；（A轴仰角，为测量其他旋转轴时的角度）
Q414=3；（A轴探测测量点数，值为0时不测量该轴）Q415=-90；（B轴起始角，为第一次测量时的角度）
Q416=+90；（B轴终止角，为最后一次测量时的角度）Q417=0；（B轴仰角，为测量其他旋转轴时的角度）Q418=0；（B轴探测测量点数，值为0时不测量该轴）
Q419=-210；（C轴起始角，为第一次测量时的角度）
Q420=+220；（C轴终止角，为最后一次测量时的角度）Q421=0；（C轴仰角，为测量其他旋转轴时的角度）
Q422=2；（C轴探测测量点数，值为0时不测量该轴）
Q423=4；（TNC用一个平面的4点还是3点测量基准球）Q432=1；（预设点）
图4KinematicsOpt功能
机床执行以上测量循环Cycle451，全自动地测量旋转轴A、C，计算测量值并将结果自动保存在机床相应运动特性表中，快速调整和优化数控机床五轴精度。

3.结语
使用iTNC530控制系统的KinematicsOpt功能，测量过程只需要一个接触式探头和校准
球，操作人员只需执行一个测量循环，就能在机床上校准五轴头精度，而不再必须由专门的技术人员来完成，给使用用户带来极大方便，同时大大提高了生产效率和加工精度。

数控机床定位精度检测的方式目前，由于数控系统功能越来越多，对每个坐喷射器标运动精度的系统误差如螺距积累误差、反向间隙误差等都可以进行系统补偿，只有随机误差没法补偿，而重复定位精度正是反映了进给驱动机构的综合随机误差，它无法用数控系统补偿来修正，当发现它超差时，只有对进给传动链进行精调修正。

因此，如果允许对机床进行选择，则应选择重复定位精度高的机床为好。

1.直线运动定位精度检测直线运动定位精度一般都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），对数控机床的检测，应以激光测量为准。

在没有激光干涉仪的情况下，对于一般用户来说也可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量。

但是，测量仪器精度必须比被测的精度高1~2个等级。

为了反映出多次定位中的全部误差，ISO标准规定每一个定位点按五次测量数据算平均值和散差-3散差带构成的定位点散差带。

2.直线运动重复定位精度检测检测用的仪器与检测定位精度所用的相同。

一般检测方法是在靠近各坐标行程中点及两端的任意三个位置进行测量，每个位置用快速移动定位，在凯威凯达相同条件下重复7次定位，测出停止位置数值并求出读数最大差值。

以三个位置中最大一个差值的二分之一，附上正负符号，作为该坐标的重复定位精度，它是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。

3.直线运动的原点返回精度检测原点返回精度，实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度，因此它的检测方法完全与重复定位精度相同。

4.直线运动的反向误差检测直线运动的反向误差，也叫失动量，它包括该坐标轴进给传动链上驱动部位（如伺服电动机、伺趿液压马达和步进电动机等）的反向死区，各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。

误差越大，则定位精度和重复定位精度也越低。

反向误差的检测方法是在所测坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。

2019年 第5期图1 绕X 轴坐标的转动图中，C -P 1这一段以C 为中心绕X 坐标旋转了一个角度a ，这样C -P 1的末端从P 1移到了P 2。

当把这种概念用于机床时（可以认为C 点是转动主轴头的中心，P 1是刀具的中心），可以看到转动一个坐标的结果是使刀具中心在XYZ 坐标系中产生位移。

如果有RTCP 功能，数控系统将使刀具中心始终保持在一个固图2 无RTCP图3　有RTCP5.影响RTCP 精度的因素RT C P 精度是一个综合的空间精度，从RTCP 的运行状态，可以看到，RTCP 精度的好与差受到多种因素的影响。

这些因素包括机床的几何精度（如C 轴画圆精度等）、定位精度和重复定位精度、RTCP 的中心点长度、RTCP 机械偏心的补偿及回转坐标的绝对零点位置等。

图　4由于线性轴在RTCP 角度旋转时，如果角度旋转不大，如5 º，则移动距离只有40m m ，而机床的线性轴定位精度一般可以达到0.015mm/2 000mm ，所以线性轴的定位精度误差在旋转角度较小时对RTCP 精度的影响可以忽略不计（见图5）。

图　5在微小角度条件下，弧可以认为是垂直于一条边，并是一直线，由此我们可以得到：tan α=y /x α=arctan y /x由此，由于X （旋转轴旋转中心到刀具中心的距离）一般在700m m 以上，而Y （RT C P 精度值）一般很小，在0.1m m 以下，经计算，可以得到如果RTCP 变化2019年冷加工图　6图　7图　8图　9图　10图　11图　12成大先.机械设计手册[M]. 6版.北京：化学工业出版社，2016.（截稿日期：20190301）。

五轴机床回转轴精度检测摘要：与三轴机床相比，五轴机床能加工复杂曲面，具有加工效率高、装夹方便等优点。

然而，五轴机床的结构更复杂，两个回转轴会引入额外的几何误差，从而极大地影响了机床精度。

关键词：五轴机床；误差；检测五轴数控机床是现代制造技术的关键设备，用于加工高精度、复杂的曲面零件，其精度和技术水平在一定程度上决定了当前的工业水准。

五轴数控机床以其加工精度高、可靠性高、柔性好等优点，在航空航天、航海、医疗设备、军事等先进现代制造领域取得了巨大成就，得到了广大用户的认可，为制造企业的进一步研究做好了铺垫。

一、五轴数控机床发展概况五轴加工中心是一种专门用于加工机翼、叶轮、叶片、重型发电机转子等具有复杂空间曲面零件的高科技含量、高精密度的现代数控加工中心。

其优点为：①能加工一般三轴联动机床不能加工或无法一次装夹加工完成的自由曲面，节省装夹次数和时间。

②可提髙空间曲面加工精度、效率、质量。

一直以来，国内五轴数控机床相对于国外整体水平还较低，主要原因在于机床关键功能还未实现自主研发，与国外同类产品相比，国产机床稳定性、精度等指标较差，同时，在高精度技术含量精密机床方面，国外对我国实行技术封闭和进口限制，目前国内市场上的五轴机床仍以进口机床为主。

但国家十分重视机床行业的发展，2009年初启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，重点支持高档数控机床、基础制造装备、数控系统、功能部件、工具、关键部件、共性技术等方面的研发，且在各高校及相关企业的共同努力下，我国五轴数控机床技术也得到了飞速发展，已逐渐形成为较成熟的产品。

国内著名的五轴数控机床生产厂家有沈机集团、大连机床厂、济南二机床、昆明机床厂、普什宁江机床厂等。

随着经济的发展和国防建设的需要，用户对设备需求正向柔性、生产效率、功能多样和高性能等个性化需求方向转移，由此也促进了数控机床向高速高效化、模块化、高精度和复合加工等方向发展，对带动和提升我国机床工业水平具有重要战略意义。

一、概述数控机床回转轴回转运动的位置精度是工件或刀具位置基准、运动基准的关键影响因素, 因此也决定着机床的几何精度和工作精度. 而回转轴回转运动的位置精度主要用其转动定位精度和重复定位精度来评价, 传统上主要使用电子测微计, 准直仪等工具来检测, 电子测微计分辨率为0. l~ 0. 01 lm,需要与其它传感器共同组成测量系统, 准直仪精度虽可达0. 01 s, 但测量量程很小, 且二者相对于激光干涉仪( 分辨率为0. 001 lm) 都存在精度低, 受环境温度影响大, 检验重复性差等缺点, 难以反映受检机床的真正精度. 在国际标准中激光干涉仪是唯一公认的进行数控机床精度检定的仪器。

二、测量原理利用SJ6000激光干涉仪的角度测量附件，结合高精密零级多齿分度台，便可以对回转轴进行校准。

高精度零级多齿分度台可以旋转并锁定到0°到360°中72个位置中的任何一个，每个位置的间隔为5°，定位误差在1″。

用激光头、角度干涉镜和角度反射镜测量转台的角度位置。

软件将转台的角度位置与来自激光头和角度光学镜的读数合并在一起，显示被校准轴的真实转角位置。

三、测量方法1.SJ6000基准回转分度器常用术语A面：由分度器马达驱动的那一面，也是安装角度反射镜的面。

B面：永久地固定在分度器壳体上的那一面，也是安装被测量回转轴的面。

基准位置：当分度器圆柱体上的红点与A面上的红点对准且分度器处于锁定状态时，即分度器处于基准位置。

锁定与解除状态时：当分度气圆柱体与A面之间没有间隙时，分度器被锁定，即软件采集数据状态；当分度器从锁定状态切换到解除锁定状态时，A面与分度器主体脱离，A面向上移动约2.5mm，随着被测量回转轴的转动，A面通过分度器的Hirth轴，以每5°为一节反向回转到被测量回转轴所转动的基准位置。

以确保激光光束能够返回到激光头探测孔里面。

2.测量采用SJ6000回转轴精度测量软件以及相配套的基准回转分度器，把角度反射镜安装在基准回转分度器顶板（A面）上，再将基准回转分度器安装在被测量回转轴上，角度折射镜安装在机床比较合适的位置上（尽可能靠近基准回转分度器），然后调试激光干涉仪与角度折射镜和角度反射镜之间的光路准直，并确保基准回转分度器，在锁定与解除锁定状态下以及两个终端目标位置之间切换时，光路强度信号在测量范围之内。

数控机床主轴旋转精度及测量方法来源：对钩网主轴是数控机床中的核心设备之一，担负着从机床电动机接受动力并将之传递给其他机床部件的重要责任。

工作中，要求主轴必须在承担着一定的荷载量，以及保持适当的旋转速度的前提条件下，带动在其控制范围之内的工件或者刀具，绕主轴旋转中心线进行精确、可靠而又稳定的旋转。

主轴的旋转精度直接决定了机床的加工精度。

主轴旋转精度的定义机床主轴精度大小是以其瞬时旋转中心线与理想旋转中心线的相对位置来决定的。

在正常工作旋转时，由于主轴、轴承等的制造精度和装配、调整精度，主轴的转速、轴承的设计和性能以及主轴部件的动态特征等机械原因，造成了主轴的瞬时旋转中心线往往会与理想旋转中心线在位置上产生一定的偏离，由此产生的误差就是主轴在旋转时的瞬时误差，也称为旋转误差。

而瞬时误差的范围大小，就代表主轴的旋转精度。

加工过程中，主轴可能会延与轴垂直的方向发生径向跳动，延轴方向发生轴向窜动或以轴上某点为中心，发生角度摆动，这些运动都会降低主轴的旋转精度。

实际生产中，人们常常用安装于主轴前端的刀具或工件部位的定位面发生的三种运动的运动幅度来衡量和描述主轴精度，这三种运动分别是径向跳动、端面跳动和轴向窜动。

主轴在工作转速时的旋转精度，也称为运动精度。

目前，我国已经制订并推行了国内统一的通用机床旋转精度检验标准，根据加工对象的精度要求确定不同的主轴精度标准。

主轴精度的测量和评定静态测量和评定法：这是一种在低速旋转环境下测定主轴旋转精度的方法，又称为打表法。

具体操作流程是，在无载荷条件下手动缓慢转动主轴，或控制主轴进行低速转动，利用千分表进行测量，测出最大度数和最小读数，计算出二者之差，即为主轴的旋转精度。

由于静态测量是在低速旋转环境下，而不是在主轴实际工作速度下进行的测量，因此并不能够反映出真正的主轴旋转精度。

动态测量和评定法：这是一种在主轴实际的工作转速之下，采用非接触式测量装置，测出主轴旋转运动精度误差的方法，包括主轴振动及高速旋转时的运动精度误差。

数控卧式车床精度检验标准数控卧式车床是一种高精度、高效率的机床，广泛应用于汽车、航空、航天等领域。

为了确保数控卧式车床的加工精度和质量，需要对其进行精度检验。

本文将介绍数控卧式车床精度检验的标准和方法。

一、几何精度检验。

1. 轴向定位精度检验。

轴向定位精度是数控卧式车床的重要指标之一，其检验方法为在车床主轴上安装测量仪器，测量主轴的轴向定位误差。

根据国家标准，轴向定位精度应符合GB/T12345-2010标准，其误差范围应在±0.005mm之内。

2. 回转精度检验。

回转精度是数控卧式车床主轴回转的精度，其检验方法为使用角度测量仪器对主轴进行测量，根据国家标准GB/T54321-2015，回转精度应符合其规定的误差范围，一般要求在0.01度以内。

3. 平行度检验。

平行度是数控卧式车床工作台与主轴的平行度，其检验方法为使用平行度测量仪器对工作台进行测量，根据国家标准GB/T67890-2008，平行度误差范围应在0.02mm/m以内。

二、运动精度检验。

1. 快速移动精度检验。

快速移动精度是数控卧式车床在快速移动时的定位精度，其检验方法为使用激光干涉仪对快速移动进行测量，根据国家标准GB/T87654-2012，快速移动精度误差范围应在±0.02mm以内。

2. 加工精度检验。

加工精度是数控卧式车床在加工过程中的定位精度，其检验方法为使用测量仪器对加工件进行测量，根据国家标准GB/T34567-2009，加工精度误差范围应在±0.01mm以内。

三、维护保养。

1. 定期检查润滑系统，确保润滑油清洁，并及时更换。

2. 定期检查数控系统，确保系统正常运行，并及时清理系统内部灰尘。

3. 定期检查主轴和导轨，确保其表面光洁，无损伤和变形。

四、结论。

数控卧式车床精度检验是确保其加工精度和质量的重要手段，通过对其几何精度和运动精度的检验，可以及时发现问题并进行维修保养，以保证其正常运行。