数控机床的精度测试

武汉华中数控股份有限公司数控机床的精度测试武汉华中数控股份有限公司数控机床的机械故障，很多是与机床的精度相关联的，在进行机床机械故障的诊断与维护时，特别是在加工出现质量问题时，很大程度上就属于机床的精度故障。机床的精度一般来讲包括机床的静态几何精度、动态的位置精度及加工时的工作精度。在下一章将详细介绍数控机床的位置精度的评价及其补偿方法，本章主要介绍数控机床的几何精度及其工作精度的评价及测试方法。武汉华中数控股份有限公司考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三类：1、几何精度指影响机床加工精度的组成零部件的精度，包括本身的尺寸、形状精度及部件装配后的位置及相互间的运动精度，如平面度、重回度、相交度、平行度、直线度、垂直度等。2、位置精度简单的讲，位置精度就是指机床刀具趋近目标位置的能力。它是通过对测量值进行数据统计分析处理后得出来的结果。一般由定位精度、重复定位精度及反向间隙三部分组成。3、工作精度通过用机床加工规定的试件，对加工后的试件进行精度测量，评价是否符合规定的设计要求。武汉华中数控股份有限公司1.数控车床的基本结构及几何精度的测试1.1数控车床的用途数控车床进行车削加工时，工件装夹在主轴上，主轴和工件旋转构成机床的主运动。本文以数控卧式车床CJK6032为例进行说明。CJK6032数控卧式车床是一种二轴联动的经济型数控车床，适用于金属及其他材料零件的车削加工。机床数控系统可配置目前市场上的多种数控系统，如华中数控世纪星、西门子、法那克系统等，有四工位电动回转刀架，对各种盘类、轴类零件可自动完成内外圆柱面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等工作。武汉华中数控股份有限公司1.2数控车床的基本机械结构数控车床CJK6032的传动系统如图1所示。图1机床传动系统示意图武汉华中数控股份有限公司①床身。床身是用HT300浇铸而成的。它由牢固的横向十字筋组成，振动低。两个90°V-平导轨是经过超音频淬火和精密磨削加工的，拖板和尾架各使用一个90°V-平导轨。纵向走刀采用滚珠丝杆传动，丝杆安装在床身前面，主电机安装在床身后面。②床头箱。床头箱是用HT250浇铸而成的，它由四颗螺钉固定在床身上。在床头箱里，主轴安装在两个圆锥滚子轴承（7210、7212）上，主轴有一个Ø38mm的通孔，主轴端内孔锥度为莫氏5号。③拖板。大拖板是用HT200浇铸而成的，滑动导轨面经过精密磨削，它与床身上的90度V型平导轨之间配合无间隙，下面的滑动部分能够简单而又方便地调整，中拖板安装在大拖板之上，通过滚珠丝杆传动可以带动中拖板在大拖板上滑动，也可以通过镶条来调整中拖板与大拖板燕尾导轨的间隙。武汉华中数控股份有限公司④尾架及其调整。尾架通过锁紧手柄拉紧锁块，固定在床身上。尾架有一个带3号莫氏锥孔的套筒。尾架套筒在任何位置，锁紧手柄都能将其锁紧，转动尾架手轮，尾架套筒就能够移动。⑤电动刀架。电动刀架有四个刀位，可安装四把车刀。刀架的自动转位是通过一台微型交流异步电动机、蜗轮蜗杆副带动刀架转位实现的。由数控系统实现选刀控制，刀架只能顺时针转位，若刀架反转可能导致电动机堵转，从而导致电动机过载发热而烧毁。武汉华中数控股份有限公司1.3数控车床的精度要求根据数控车床的加工特点及使用范围，要求其加工的零件外圆圆度和圆柱度，加工平面的平面度在要求的公差范围内；对位置精度也要达到一定的精度等级，以保证被加工零件的尺寸精度和形状公差。因此，数控车床的每个部件均有相应的精度要求，CJK6032数控车床的具体精度要求见下表所示。武汉华中数控股份有限公司表1数控车床几何精度（CJK6032）序号简图检验项目允差mm检验工具实测G1导轨调平a)纵向导轨在垂直平面内的直线度：b)横向导轨的平行度a)0.020(凸)b)0.04/1000精密水平仪G2溜板移动在水平面内的直线度Dc≤5000.015500＜Dc≤10000.02指示器和检验棒或指示器和平尺（用于Dc≤2000mm）b)a)武汉华中数控股份有限公司G3尾座移动对溜板移动的平行度：a)在垂直平面内a)在水平平面内Dc≤1500ａ和ｂ：0.03在任意500测量长度上为0.02指示器G4a)主轴的轴向窜动；b)主轴轴肩支承面的跳动。a)0.010b)0.020指示器和专用装置。固定距离abＦa)b)武汉华中数控股份有限公司b)a)LG5主轴定心轴颈的径向跳动。0.01指示器G6主轴锥孔线的径向跳动：a)靠近主轴端面；b)距主轴端面“L”处。a)0.01b)0.02L=300指示器和检验棒武汉华中数控股份有限公司FG7主轴轴线对溜板移动的平行度：a)在垂直平面内b)在水平平面内a)0.02/300(只许向上偏)b)0.02/300(只许向前偏)指示器和检验棒G8主轴顶尖的跳动0.015指示器和专用顶尖ab武汉华中数控股份有限公司ababG9尾座套简轴线对溜板移动的平行度：a)在垂直平面内b)在水平平面内a)0.015/100（向上偏）b)0.01/100（向前偏）指示器G10尾座套筒锥孔轴线对溜板移动的平行度a）在垂直平面内b)在水平平面内a）0.03/300（向上偏）b）0.03/300（向前偏）指示器和检验棒武汉华中数控股份有限公司G11床头和尾座两顶尖的等高度0.04(只许尾座高）指示器和检验棒G12横刀架横向移动对主轴轴线的垂直度0.02/300α90。指示器和圆盘或平尺αα武汉华中数控股份有限公司ba2525ab100ni=1i=2J=12G18回转刀架转位的重复定位精度：a)X轴方向a)Z轴方向a)0.005b)0.01指示器和检验棒或检具G19位置精度a.重复定位精度R；b.反向差值B；c.定位精度A。测量工具：激光干涉仪或线纹尺读数显微镜或专用检具Z轴A0.04B0.02R0.016X轴A0.03B0.013R0.012武汉华中数控股份有限公司10max10max10maxL/2LDP1精车圆柱试件：a)圆度：靠近主轴轴端的检验条件的半径变化；b)圆柱度a)0.005b)0.03/300圆度仪或千分尺P2精车端面的平面度φ300直径上为0.025（只许凹）平尺和量块或指示器武汉华中数控股份有限公司DLP3螺距精度任意50测量长度上为0.025丝杆螺距测量仪或工具显微镜武汉华中数控股份有限公司126P4精车轴类综合试件（材料：45钢）R82Ø50Ø18190测测试工具杠杆卡规和测高仪（或其他测量仪）实测（mm）序号检验项目允差（mm）1直径尺寸精度，直径尺寸差±0.0252长度尺寸精度±0.035武汉华中数控股份有限公司2.数控铣床的基本结构及几何精度的测试2.1数控铣床的用途铣削加工时，刀具装夹在机床主轴上作高速旋转，构成机床的主运动；工件固定在工作台上，随工作台移动，构成机床的进给运动。数控铣床可实现钻削、铣削镗孔、扩孔、铰孔等多种工序的自动工作循环；既可以进行坐标镗孔，又可以精确、高效地完成平面内具有各种复杂曲线的凸轮、样板、压模、弧形槽等零件的自动加工，在机加工领域具有广泛的用途。武汉华中数控股份有限公司2.2数控铣床的基本机械结构本文以数控铣钻床ZJK7532A为例，其传动系统如图6-2所示。机床机械部分主要由底座、立柱、工作台、主轴箱、冷却及润滑部分等组成。机床的立柱部分、工作台部分安装在底座上，主轴箱通过连接座在立柱上移动，其他各部件自成一体，与底座组成整机。武汉华中数控股份有限公司2.3数控铣床的基本精度要求数控铣钻床ZJK7532A的三个基本直线运动轴构成了空间直角坐标系的三个坐标轴，因此三个坐标应该互相垂直。铣床几何精度均围绕着“垂直”和“平行”展开，其精度要求详见下表所示。武汉华中数控股份有限公司数控铣钻床ZJK7532A传动系统示意图图2数控铣钻床ZJK7532A传动系统示意图武汉华中数控股份有限公司baG0序号简图检验项目允差范围检验工具实测机床调平0.04/1000精密水平仪G1工作台面的平面度0.08在任意200测量长度上为0.025指示器平尺可调量块等高块精密水平仪表2数控铣床精度（ZJK7532A）武汉华中数控股份有限公司LabαG2主轴锥孔轴线的径向跳动a.靠近主轴端部；b.距主轴端部L处。L=300a.0.015b.0.020检验棒指示器G3主轴箱垂直移动对工作台面的垂直度a.在Y-Z平面内；b.在X-Z平面内a.b.0.05/300α≤90。平尺可调量块指示器专用表架ba武汉华中数控股份有限公司baG5主轴套筒垂直移动对工作台面的垂直度a.在Y-Z平面内；b.在X-Z平面内a.0.05/100b.0.05/100等高块平尺角尺指示器G6主轴轴线对工作台面的垂直度a.在Y-Z平面内；b.在X-Z平面内a.0.05/300а≤90。b.0.05/300等高块平尺角尺指示器G5ba武汉华中数控股份有限公司G9G7工作台X、Y坐标方向移动对工作台面的平行度在全部行程上为X：0.056Y：0.060在任意300测量长度为0.03等高块平尺指示器工作台沿X坐标方向移动对工作台面基准T形槽的平行度0.05指示器表架G9武汉华中数控股份有限公司G10工作台X坐标方向移动对Y坐标方向移动的工作垂直度0.04/300角尺指示器G11X坐标在线运动的定位精度Au，重复定位精度R反向差值Bmax0.060.030.025激光干涉仪专用检具G10400(410)300200100400(410)300200100-100-10武汉华中数控股份有限公司240(250)300240(250)30016080016080-10-1000（310）300(310)3002001000200100-10-10G12G13Y坐标直线运动的定位精度Au，重复定位精度R反向差值Bmax0.060.030.025激光干涉仪专用检具Z坐标直线运动的定位精度Au，重复定位精度R反向差值Bmax0.060.030.025激光干涉仪专用检具G12G13武汉华中数控股份有限公司NPEMBbbbHP1L=（1/3~1/2）纵向行程B≥L/3，H≥L/3，b≥16mm铣削精度：a）M面平面度b）M面对E面平面度c）N面对M面、P面对M面、N面对P面的垂直度材料：HT150a.0.025b.0.030c.0.030/50指示器角尺量块平板