机床定位精度检测

1.5.2　机床定位精度检测

检查数控机床的定位精度有其特殊的意义，机床定位精度是表明所测量的机床各运动部件在数控装置控制下所能达到的精度。因此，根据实测的一位精度的数值，可以判断出这台机床在以后的自动加工中所能达到的最好加工精度。定位精度检测的主要内容有：

①直线运动定位精度（包括X，Y，Z，U，V，W轴）；②直运动重复定位精度；③直线运动轴机械原点的返回精度；④直线运动失动量的测定；⑤回转运动的定位精度（转台A，B，C轴）；⑥回转运动的重复定位精度；⑦回转原点的回精度；⑧回转轴运动的失动量的测定。

测量直线运动的检测工具有：测微仪和成组块规，标准长度刻线尺和光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。标准长度测量以双频激光干涉仪为准。回转运动检测工具有：齿精确分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅及平行光管等。

1．直线运动定位精度检测

直线运动定位精度一般在机床和工作台空载条件下进行。常用的检测方法如图1-28所示。

图1-28　直线定位运动精度检测

按照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。但目前国内激光测量仪较少，大部分数控机床生产厂的出厂检测及用户验收检测还是采用标准尺进行比较测量。这种方法的检测精度与检测技巧有关，较好的情况下可控制到（0.004～0.005）/1000，而采用激光测量，其测量精度可比标准尺检测方法提高1倍。此外，数控机床现有定位精度都采用快速定位测定，这也是不全面的。在一些进给传动链刚度不太好的数控机床上，采用各种进给速度定位时会得到不同的定位精度曲线和不同的反向死区（间隙），因此，对一些质量不高的数控机床，即使有很好的出厂定位精度检查数据，也不一定能成批加工出高精度的零件。另外，由于综合原因，机床运行时正、反向定位精度曲线不可能完全重合，甚至会出现如图1-29所示的几种情况：

①平行形曲线。即正向曲线和反向曲线在垂直坐标上很均匀地拉开一段距离，这段距离即反映了该坐标轴的反向间隙。这时可以采用数控系统间隙补偿功能修改间隙补偿值来使正、反向曲线接近。

②交叉形与喇叭形曲线。这两类曲线都是由于被测坐标轴上存在各段反向间隙不均匀造成的。滚珠丝杠在行程内各段间隙过盈不一致和导轨副在行程的负载不一致是造成反向间隙不均匀的主要原因。反向间隙不均匀现象较多表现在全行程内一头松一头紧，结果得到喇叭形的正、反向定位曲线。如果此时又不恰当地使用数控系统间隙补偿功能，就造成交叉形曲线。测定的定位精度曲线还与环境温度和轴的工作状态有关。目前大部分数控机床都是半闭环的伺服系统，它不能补偿滚珠丝杠热伸长，热伸长能使在1m行程上相差0.01mm～0.02mm。为此，有些机床采用预拉伸丝杠的方法来减少热伸长的影响。

图1-29　几种不正常定位曲线

2．直线运动重复定位精度的检测

直线运动重复定位精度的检测方法是在靠近各坐标行程的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，在相同的条件下重复做7次定位，测出停止位置的数值并求出读数的最大差值。以三个位置中最大差值的1/2，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

原点返回精度，实质上该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度，因此，它的测量方法与重复定位精度相同。

4．直线运动失动量的测定

失动量的测定方法是在所测量坐标轴的行程内，预先正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向上给予一个移动指令值，使之移动一段距离，然后再向相反方向上移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程中点及两端的三个位置上分别进行多次（一般为7次）的测定，求出各位置上的平均值，以所得到平均值中的最大值为失动测量值。坐标轴的失动量是该坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电机，伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区，是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。此误差越大，测定位精度和重复定位精度也愈差。

5．回转轴运动精度的测量

回转运动各项精度的测定方法与上述各项直线运动精度的测定方法相同，考虑到实际使用要求，一般对0度、90度、180度、70度等几个直角等分点做重点测量，要求这些点的精度较其他角度位置精度提高一个等级。