某臥式數控車床圓軌跡精度測試與分析-數控機床市場網（wǎng）

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某臥式數（shù）控車床圓軌跡精度測試與分析

2020-5-25 來源：沈陽機床（chuáng）股份有限公司作者：譚智馬曉波，曹鐸

摘要：本文首先分析了球杆儀測試的基本原理，後以臥式數控（kòng）車床為（wéi）例，梳理了數控車床圓軌跡精度測試流程，並測量了該臥式數控車床的圓軌跡精度，並對各誤差項在（zài）圓度誤差中（zhōng）的占比進行了分析。通過整個測試及優（yōu）化流程，證明了（le）該測試流程、誤（wù）差識別方法省時高效（xiào）。

關鍵詞 ：球杆儀；測試流程；圓軌跡測試

目前隨著數控機床製造技（jì）術的突飛猛發展，數控機（jī）床市場的需求量及技術要求也隨之（zhī）越來越高；如何能在提（tí）高生產效率的（de）同時（shí），最大限（xiàn）度（dù）地降低製造成本、縮（suō）短交貨周期、並且保（bǎo）證機床的精度，因此（cǐ）急需（xū）先進的檢測（cè）設備及精度優化的流（liú）程手段（duàn）[1]。在影響機（jī）床（chuáng）加工精度的因素（sù）中，起支配（pèi）作用（yòng）的是運動精度（dù）。了解掌握機床的運動精（jīng）度（dù）對（duì）於精密加工而（ér）言不可或缺。如果構（gòu）成機床設備的各零部件的（de）尺寸、形狀精度低，則機床的運（yùn）動精度（dù）差。另外，安裝與調（diào）整控製係統等對機床運動精（jīng）度也有影（yǐng）響[2]。本文將以球杆儀這一（yī）高效、便捷的（de）測（cè）量儀器來對某臥式數控（kòng）車床進行圓軌（guǐ）跡精度測試與分析（xī）。

1、球杆儀誤差測量原理

1.1 球杆儀結構簡述

圖 1 球杆（gǎn）儀構造圖

1. 傳感器球 2.LED 狀態指示燈（dēng） 3. 無線電通信模塊（kuài） 4. 中心（xīn）球（固定）5. 開

關和電池蓋 6. 球杆儀傳感器 7. 序列號（底部）8. 蓋環

英國 Renishaw 公司生產的（de） QC20 球杆儀是一種快速檢測機床性能的精密儀（yí）器，具體的構造如圖 1 所示，球杆儀的（de）傳感器是球杆儀係統的主要部件，是一個精密（mì）的線性傳感器（qì），能夠精確（què）測出（chū）在球杆標稱 (100 mm) 長度 ±1 mm 行程內（nèi）的（de）伸縮量。此傳感器可提供電子信號，這（zhè）些信號經處理後與計算機無線通訊。這允許 Ballbar 20 軟件對傳感器名義長度（dù）上的微小變化進行測量和分析。

1.2 球杆儀的測試原理

用球杆（gǎn）儀進行誤差測量，設坐標（biāo）係的原點 O(0,0) 為車（chē）床主軸軸杆上球座的（de）中心，P(x,z) 為刀架臂球（qiú）心的名義坐標，當機床運動到目標位置 P(x,z) 時（shí），設機床的實際位置為P'(x',z')。則機床的空間誤差可用（yòng）這兩個坐標表示如下：

式（4）表示點（diǎn） P 處的（de）定位和球杆儀半徑誤差的關係。該式是球杆儀測量裝置的基本方程式，反映了測量結果與誤（wù）差矢量之間（jiān）的關係。測量所有的 ∆R，做出圓度誤差曲線，可以綜合反映出機床部件相互幾何（hé）關（guān）係等因素。

2 、測試內容及過程

針對數（shù）控車床進行（háng）球杆儀圓（yuán）弧插補測試的總體測試流程如圖 2。

①先預熱機床：使機床以測試速度運（yùn）行（háng）半個小時，讓機床進行充分的潤（rùn）滑與熱機；②再確定測（cè）試半徑：按照測（cè）試需求及機床行程選擇測量半徑；③對程（chéng）序進（jìn）行預運行：按照選定的半徑、速度進（jìn）行程序預運行（háng），確保（bǎo）測試程序沒有（yǒu）問題（tí）；④確保球杆儀連接（jiē）：連接球杆儀，包括電源、傳感器、球座，將球（qiú）杆儀鏈接到（dào）機床，準備進行實驗；⑤執行測試：在測試程序通過（guò）預運行後，開始執行測試；⑥數據診斷：對測量結果（guǒ）進（jìn）行診斷，明確（què）各軸的位置誤差，角度（dù）誤差，直線度，垂直度，以及比例誤差，周期誤差等（děng）誤差項的排序。⑦參數（shù）優化（huà）：在數據診斷的基礎上，進行係統參（cān）數優化；⑧結（jié）果驗證：在（zài）優化後對再次執行測試，如測試結果不理（lǐ）想，再次執行參數優（yōu）化步驟以獲得更（gèng）好的優（yōu）化效果。

圖 2 測試流程圖

分別以 500mm/min、1500mm/min、3000mm/min

進給速度，100mm 為半徑在 XZ 麵內進行圓（yuán）軌（guǐ）跡測（cè）試，獲得

圓度軌（guǐ）跡誤差值。

3、測試結論

以下為 3000mm/min 進給速度的測試結果，經測試圓度（dù）為 9.5um。

表 1 誤差及診斷表格單位：um

圖 3 測試結果（guǒ）

該台（tái）臥式車床經測試，Z 方向的周期誤差、X 方向的反（fǎn）向躍衝、Z 方向的反向間隙是誤差占比最高的三（sān）項（xiàng）。利用球（qiú）杆（gǎn）儀對數控機床的幾何誤差進行檢測是一種效率高操作簡單而且測量結果具有較高可信度的實用方法，同時還（hái）可以通（tōng）過故障（zhàng）診斷數據對數控係（xì）統進行優化，找出（chū）故障問題，可以顯著提高數控機床的圓弧插補精度。

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