数控机床定位精度的检测与评定方法分析

陈娜，卢威

（张家界航空工业职业技术学院，湖南 张家界 427000）

0 引言

机床定位精度是指在调整或加工过程中，机床的移动部件按所接收的指令信号，向目标位置沿着坐标轴方向移动时，实际值与目标值的相似程度。定位精度是最具有数控机床特征的一项指标，常作为评价、验收机床的依据。同时，通过定位精度的检测，还可以分析定位误差的来源，以便进一步采取措施提高这项精度。

定位精度的高低通过评定定位误差的大小确定。在运动过程中，移动部件按给定指令移动，但到达的实际位置与目标位置之间总存在误差，并且每一次产生的误差值都不完全相等，当对若干次重复定位误差进行记录，能明显看到误差值呈现出在某一个值两侧作正态分布的特点，如图1 所示。

图1 定位精度图

1 定位精度的检测

在进行数控机床定位精度检测过程中，常用工具有刻线基准尺、读数显微镜、激光干涉仪、光栅和感应同步器等。

图2 定位精度的测量原理图

在一般精度检测中，将刻线尺安装在被检验的工作台上，沿与之平行方向移动，通过安装在机床的静止部件上的显微镜，观察尺的刻度，如图2（a）所示。较高定位精度测量常用双频激光干涉仪如图2（b）所示。激光干涉仪安装在机床的静止部件上，反射镜固定在工作台上，光线平行于被检验的工作台的位移方向，当被检验的工作台移动规定的距离时，激光干涉仪的指示仪表显示出工作台移动的实际距离。

图3 激光干涉仪测量系统原理图

在进行统计检验时，为得到某一点的定位精度，需要进行5～15 次的重复定位测量。而为了得到一个坐标轴的定位精度，则必须随机选取测量坐标轴上的3～15 个点，从正、反两个方向移动坐标轴，测量和评定定位精度。例如，沿x 轴从两个方向各进行7 次测定某一点，测15 个测点，则共需测得210 个读数方能评定一个坐标轴的定位精度。为了提高测量效率、保证测量精度，近年来逐渐采用激光干涉仪测量与显示系统，能够自动显示、处理数据和自动进行记录。图3 所示为激光干涉仪测量系统的原理图，该系统能够实现对一个坐标轴连续自动测量，并能对环境温度、气压等方面的影响进行自动修正，最后统计处理所有测得数据，绘制出误差曲线。

2 数控机床定位精度的评定

2.1 评定参数

按照国家标准GB10931-89 中“数字控制机床位置精度的评定方法”，数控坐标轴定位精度采用轴线的重复定位精度R、轴线的定位精度A 和轴线的反向差值B 三个评定参数。

2.2 评定方法

对坐标轴轴线的重复定位精度、轴线的定位精度和轴线的反向差值进行评定时，采用不同的评定方法。

1）轴线的重复定位精度R。各测点的重复定位精度为

式中：j为坐标轴上各测点的位置序号，j=1，2，3…，m。

轴线重复定位精度为各测点重复定位精度Ri↑和Ri↓中的最大值，即R=（Ri）max。

3）轴线的反向差值B。各测点的反向差值中的最大绝对值为B=｜Bj｜max。

3 应用实例

检测某机床的某一坐标轴时，全轴长度上选定了5个测点，移动部件从正、反两个方向趋近每个测点，各测量5 次，检测结果见表1。

表1 数控机床定位误差检测结果 μm

根据实测误差值进行计算，可得各测点处的定位误差、重复定位误差和反向差值，该坐标轴轴线的定位精度评定结果为：

1）轴线的重复定位精度。比较各测点的6Si可知，在测点2 处6Si最大，6Si=7.446 μm 故轴线的重复定位精度R=7.446 μm。

所以轴线的定位精度为：

3）轴线的反向差值在测点l 处有最大反向差值，Bjmax=3.5 μm，所以轴线的反向差值为B=3.5 μm。用曲线表示定位精度的检测结果，见图4。

图4 定位精度检测曲线图

4 结语

数控机床定位精度检测技术能够检测机床的定位误差，但定位精度检测技术的自身误差对机床精度的测量也存在着一定的影响，若能够在进行定位检测时加入定位精度补偿技术，则可以很有效地弥补检测中的自身误差，提高定位精度，保证零件的加工质量，这需要在以后的工作中继续研究。

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