關(guān)于機(jī)床精度的檢驗(yàn)及測(cè)量誤差的探析

1、關(guān)于機(jī)床精度的檢驗(yàn)及測(cè)量誤差的探析摘要：機(jī)床應(yīng)保證所加工零件達(dá)到規(guī)定的精度和表面粗糙度。工件的精度和表面粗糙度由機(jī)床、道具、夾具、切削條件等諸多方面決定。但就機(jī)床方面來(lái)說(shuō)，由于機(jī)床某些運(yùn)動(dòng)部件的磨損變形、振動(dòng)，使機(jī)床的精度逐漸降低。因此機(jī)床的本身必須具備一定精度，機(jī)床的精度在一定程度上反映了機(jī)床的綜合技術(shù)狀態(tài)。因此，本文將以數(shù)控機(jī)床的精度檢驗(yàn)來(lái)著重探析，并在機(jī)床精度檢驗(yàn)中測(cè)量誤差的扣除原則及方法作一些探討。關(guān)鍵詞：機(jī)床精度檢驗(yàn)、測(cè)量誤差、扣除原則及方法現(xiàn)代機(jī)床在加工制作產(chǎn)品時(shí)必須具備一定的精度要求，才能加工出合格的產(chǎn)品。就機(jī)床方面來(lái)說(shuō)，由于機(jī)床某些運(yùn)動(dòng)部件的磨損變形、振動(dòng)，使機(jī)床的精度逐漸降低

2、。因此機(jī)床的本身必須具備一定精度，機(jī)床的精度在一定程度上反映了機(jī)床的綜合技術(shù)狀態(tài)。而機(jī)床的精度可用精度指數(shù)來(lái)衡量。其方法如下：精度指數(shù)是將設(shè)備各項(xiàng)精度的檢查實(shí)測(cè)值（）和規(guī)定的允差值（），在測(cè)定項(xiàng)數(shù)（）內(nèi)通過(guò)以下公式計(jì)算而得到：其中，：精度指數(shù) ：實(shí)測(cè)項(xiàng)目 ：機(jī)床的單項(xiàng)實(shí)測(cè)值 ：機(jī)床的單項(xiàng)允許值 精度指數(shù)是評(píng)價(jià)機(jī)床有形磨損造成各部件之間相互位置變動(dòng)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。值越小，其精度越高。有如下結(jié)論：當(dāng)0.5時(shí)，可作為新設(shè)備驗(yàn)收條件之一；當(dāng)1時(shí)，可作為大修和重點(diǎn)修理后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)1<2時(shí)，設(shè)備仍可繼續(xù)使用，但需注意調(diào)整；當(dāng)2<2.5時(shí)，設(shè)備需要重點(diǎn)修理或大修；當(dāng)>3時(shí)，機(jī)床設(shè)備需要

3、大修或更新。.機(jī)床精度的檢驗(yàn)包括對(duì)機(jī)床的幾何精度和工作精度的檢驗(yàn)。通過(guò)上學(xué)期對(duì)機(jī)床得拆裝我下面將分別對(duì)幾何精度和工作精度的檢驗(yàn)作討論。一、幾何精度是機(jī)床不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)部件間相互位置主要零件的形狀精度、位置精度。主要包括：（1）導(dǎo)軌的垂直度；（2）工作臺(tái)面的平行度；（3）導(dǎo)軌和部件之間的垂直度；（4）主軸回轉(zhuǎn)中心線的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)；（5）主軸中心與其他對(duì)應(yīng)構(gòu)件中心的同軸度；（6）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度等。機(jī)床的幾何精度對(duì)加工零件的幾何精度有直接影響。因此，它是評(píng)定機(jī)床精度的主要指標(biāo)。對(duì)于通用機(jī)床國(guó)家已規(guī)定檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如普通車(chē)床的幾何精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了十四項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其主要檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：1.主軸錐孔軸線

4、的徑向跳動(dòng)將帶錐柄的檢驗(yàn)棒插入主軸錐孔中，百分表固定在溜板上，使百分表的測(cè)頭頂在檢驗(yàn)棒的表面上，旋轉(zhuǎn)主軸分別在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的兩端處a、b測(cè)量，當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度L=300mm時(shí)，其允差值分別為a=0.01mm,b=0.02mm。2.主軸軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度將帶錐柄的檢驗(yàn)棒插入主軸錐孔中，用百分表在移動(dòng)溜板時(shí)分別在上母線a和側(cè)母線b處檢驗(yàn)，當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度L=300mm時(shí)，其允差值分別為a=0.03mm（只許向上偏），b=0.015mm（只許向前偏）。3.主軸軸向竄動(dòng)在主軸錐孔中插入一根短檢驗(yàn)棒，在檢驗(yàn)棒中心放一粒鋼球，然后用固定在溜板上的平頭百分表測(cè)頭觸在鋼球上，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行檢驗(yàn)。百分表讀數(shù)的最大差值，即為軸

5、向竄動(dòng)的誤差值。允差值為0.01mm。4.尾座套筒錐孔軸線對(duì)溜板箱移動(dòng)的平行度當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度L=300mm時(shí)，其允差值分別為a=0.03mm（只許向上偏），b=0.03mm（只許向前偏）。5.床頭和尾座兩頂尖等高度在主軸和尾座頂尖將裝入檢驗(yàn)棒，將百分表固定在溜板上，移動(dòng)溜板，百分表在檢驗(yàn)棒兩端，讀數(shù)差值就是床頭和尾座兩頂尖等高度誤差。允差值0.04mm（只許尾座高）。二、機(jī)床的工作精度是在動(dòng)態(tài)條件下對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)所反映出來(lái)的機(jī)床精度。工件通過(guò)機(jī)床加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和表面相互位置）與理想幾何參數(shù)符合的程度好，則機(jī)床精度高，符合的程度差，則機(jī)床工作精度低。影響機(jī)床工作精度的主要因素

6、有：1.機(jī)床變形。由于機(jī)床變形而影響機(jī)床工作精度的原因是多方面的，其中機(jī)床剛度和熱變形是影響機(jī)床變形的主要因素。機(jī)床剛度是指機(jī)床在外力作用下抵抗變形的能力。剛度包括機(jī)床構(gòu)件本身的剛度和構(gòu)件之間接觸剛度。剛度越大，精度越高。機(jī)床的熱變形。機(jī)床由于外部熱源（包括陽(yáng)光及環(huán)境溫度的變化）和內(nèi)部熱源（如電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、軸承、液壓系統(tǒng)合切削熱等）的影響，使機(jī)床各部分溫度發(fā)生了變化。由于各個(gè)零件的溫度不盡相同，各種材料熱膨脹系數(shù)不同，因而造成了機(jī)床各部份不同的變形和相對(duì)位移，這種現(xiàn)象稱(chēng)作機(jī)床的熱變形。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床在長(zhǎng)期工作中由于熱變形而產(chǎn)生的誤差最大可占全部誤差的70%。特別是精密機(jī)床、大型機(jī)床和自動(dòng)化機(jī)床

7、，熱變形的影響尤其不能忽視。2.機(jī)床振動(dòng)。機(jī)床上出現(xiàn)的振動(dòng)，從本質(zhì)上可分為受迫振動(dòng)與自激振動(dòng)兩種。機(jī)床在切削過(guò)程中的振動(dòng)嚴(yán)重影響機(jī)床的性能。振動(dòng)可影響到機(jī)床的加工精度、加工表面的質(zhì)量和引起噪聲，降低生產(chǎn)率，縮短刀具壽命的振動(dòng)甚至可以損壞機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件。機(jī)床的抗振性和機(jī)床的剛度、阻尼特性、固有頻率等有關(guān)。機(jī)床工作精度的評(píng)價(jià)：對(duì)于機(jī)床的工作精度的評(píng)價(jià)目前尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，主要是通過(guò)切削加工典型零件所達(dá)到的精度間接地對(duì)機(jī)床工作精度作出綜合評(píng)價(jià)。如普通車(chē)床工作精度可采用以下幾個(gè)項(xiàng)目：1.精車(chē)外圓的圓度和圓柱度。取直徑不小于床身最大回轉(zhuǎn)直徑的1/8，實(shí)際長(zhǎng)度為直徑三倍的中碳鋼件，用卡盤(pán)夾持，精車(chē)外圓。精車(chē)后

8、檢驗(yàn)試件的圓度和圓柱度。允差值圓度為0.01mm，圓柱度在此300mm測(cè)量長(zhǎng)度上為0.03mm，表面粗糙度不大于2.5。2.精車(chē)端面的平面度。取直徑不小于床身最大回轉(zhuǎn)直徑1/2的盤(pán)形鑄鐵試件，用卡盤(pán)夾持，精車(chē)端面。精車(chē)后檢驗(yàn)試件的平面度誤差。允差值在300mm，直徑為0.02mm（只許凹）。表面粗糙度不大于2.5。3.精車(chē)螺紋螺距誤差。在兩頂尖中間頂持一根和車(chē)床絲杠直徑相等，長(zhǎng)度不小于300mm的鋼質(zhì)試件。精車(chē)出和車(chē)床絲杠螺距相等的普通螺紋，檢驗(yàn)其螺距誤差。允差值在300mm測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)為0.04mm，任意500mm測(cè)量長(zhǎng)度上為0.015mm。另外，本文再對(duì)機(jī)床精度檢驗(yàn)中測(cè)量誤差的扣除原則和方法

9、作以下討論。金屬切削機(jī)床的幾何精度檢驗(yàn)是新機(jī)床驗(yàn)收、設(shè)備大修時(shí)必須檢測(cè)的環(huán)節(jié)，各企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量誤差的扣除原則及方法沒(méi)有明確統(tǒng)一的要求，采取正確的測(cè)量方法、合理扣除測(cè)量誤差對(duì)設(shè)備驗(yàn)收有積極的現(xiàn)實(shí)意義。金屬切削機(jī)床的幾何精度檢驗(yàn)是企業(yè)新購(gòu)設(shè)備和大修后設(shè)備檢查驗(yàn)收、安裝、使用或?yàn)檎莆赵O(shè)備的實(shí)際技術(shù)狀態(tài)而進(jìn)行檢查和測(cè)量的必備過(guò)程及重要環(huán)節(jié)。金屬切削機(jī)床精度檢驗(yàn)通則中規(guī)定：“以檢驗(yàn)項(xiàng)目的公差與測(cè)量誤差的差值為檢驗(yàn)時(shí)允許的測(cè)量結(jié)果最大值，且測(cè)量誤差只允許占公差帶的一小部分”?？梢?jiàn)，測(cè)量誤差的扣除是檢驗(yàn)通則中明文規(guī)定的。這一公差規(guī)則可用表示，其中 是允許的測(cè)量結(jié)果最大值 檢驗(yàn)項(xiàng)目的公差 測(cè)量誤差在測(cè)量尺

10、寸、形狀、位置精度和相互間的運(yùn)動(dòng)精度時(shí)，量具本身的誤差、環(huán)境條件（如：溫度、振動(dòng)）引起的誤差、以及操作過(guò)程中造成的誤差（測(cè)力、讀數(shù)）等構(gòu)成了測(cè)量誤差。因此，扣除測(cè)量誤差應(yīng)從以下三個(gè)方面著手：一、按測(cè)量范圍確定公差值首先明確被測(cè)件的測(cè)量范圍及檢驗(yàn)項(xiàng)目的公差值，然后按測(cè)量范圍確定公差值。機(jī)床幾何精度標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)有些項(xiàng)目的公差規(guī)定了測(cè)量范圍，例如，角度公差用0.02/1000表示，但在實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)，測(cè)量范圍不是一個(gè)固定值，（或因測(cè)量技術(shù)上的原因必須改變規(guī)定的測(cè)量范圍），這就需要按測(cè)量范圍確定公差值。理論上，我們可以用比例定律來(lái)確定測(cè)量范圍的公差值，而實(shí)際上，對(duì)于與基準(zhǔn)測(cè)量范圍有很大差別的測(cè)量范圍，則不能

11、用比例定律。對(duì)于減小測(cè)量范圍的公差值，應(yīng)比按比例定律得出的公差值稍大，但不小于最小折算值（按機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）；對(duì)于增大測(cè)量范圍的公差值，應(yīng)比按比例定律得出的公差值稍小。例如：鏿床主軸旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)立柱導(dǎo)軌的垂直度為0.03mm/1000mm（基準(zhǔn)測(cè)量范圍1000mm），求測(cè)量范圍改為800mm的公差值，最小折算值取0.005mm。解：按比例定律 0.03：1000X：800 X0.024取X0.025，即公差值0.025mm/800mm二、正確選擇量檢具檢驗(yàn)項(xiàng)目的公差按測(cè)量范圍確定后，測(cè)量誤差的大小與量檢具有密切關(guān)系，測(cè)量誤差值的確定也要根據(jù)項(xiàng)目精度的高低來(lái)具體對(duì)待。金屬切削機(jī)床檢驗(yàn)通則使用說(shuō)明

12、（與檢驗(yàn)通則具有同等效力）中規(guī)定，測(cè)量誤差值一般只能占被檢測(cè)項(xiàng)目公差值的1020。有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)于高精度檢驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)量誤差取不超過(guò)公差的25；低精度項(xiàng)目取不小于10，中等精度項(xiàng)目取中間值。因此，扣除測(cè)量誤差不能忽視量、檢具的選擇，正確選擇量、檢具除按具體項(xiàng)目要求進(jìn)行定性分析以外，還應(yīng)對(duì)量、檢具的測(cè)量誤差進(jìn)行計(jì)算。測(cè)量誤差的計(jì)算公式為：量具的誤差；，為量具各項(xiàng)誤差；其他測(cè)量誤差，如：環(huán)境條件，操作原因造成的誤差，一般/2。（一）百分表、千分表的測(cè)量誤差計(jì)算。例（1）：立式銑床主軸軸線對(duì)工作臺(tái)的垂直度公差為0.025mm/300mm，試選擇檢測(cè)用指示表。解：此項(xiàng)精度檢驗(yàn)為高精度項(xiàng)目，其測(cè)量誤差應(yīng)不超過(guò)

13、公差的25，即：（二）水平儀的測(cè)量誤差計(jì)算用水平儀檢驗(yàn)直線度和平面時(shí)，最大測(cè)量誤差可用下式計(jì)算： 其中：測(cè)量節(jié)距數(shù) 節(jié)距長(zhǎng) 水平儀的分度 每一節(jié)距的測(cè)量誤差 分度值的不均勻性 位置測(cè)量誤差，1/4分度值 其他測(cè)量誤差，取1/4分度值三、減小溫度對(duì)誤差的影響機(jī)床附近的熱源、熱氣流或自然界陽(yáng)光直接照射機(jī)床等均可引起機(jī)床精度變化，檢測(cè)時(shí)應(yīng)排除外界溫度因素的影響，以減小測(cè)量誤差。通常，檢驗(yàn)在環(huán)境溫度為1520范圍內(nèi)進(jìn)行；如果機(jī)床環(huán)境溫度晝夜變化較大，則應(yīng)選擇溫度變化幅度較小的一段時(shí)間進(jìn)行精度檢驗(yàn)。一般溫度變化小于0.5/小時(shí)較適宜，對(duì)于數(shù)控機(jī)床，高精度機(jī)床，尤其要注重這一點(diǎn)，并盡可能縮短檢驗(yàn)時(shí)間。機(jī)床

14、設(shè)備修理中，檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展是修理技術(shù)提高的前提；檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的提高為修理與檢測(cè)技術(shù)提供了依據(jù)。許多年以來(lái)，大多數(shù)企業(yè)是以恢復(fù)出廠精度作為設(shè)備修復(fù)的驗(yàn)收依據(jù)。但實(shí)際上，由于所修設(shè)備的新舊程度、役齡長(zhǎng)短、大修次數(shù)、生產(chǎn)工藝要求等客觀實(shí)際情況不同，一律要求達(dá)到出廠精度的作法造成了大量的“過(guò)剩修理”，給國(guó)家和企業(yè)在人力、物力等方面造成了被人忽略而又驚人的浪費(fèi)。故機(jī)床修理后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)機(jī)床在正常使用情況下的實(shí)際精度性能來(lái)定，即可經(jīng)濟(jì)地達(dá)到最好精度性能來(lái)確定這一指導(dǎo)思想已被普遍接受，測(cè)量誤差及扣除問(wèn)題地提出似乎與此有矛盾之處。然而，目前在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，原來(lái)執(zhí)行的計(jì)劃維修體系已名存實(shí)亡，各類(lèi)企業(yè)設(shè)備使用情況不平衡，需要建立新的維修管理體系。尤其是隨著企業(yè)現(xiàn)代化程度的不斷提高，“高、精、尖”設(shè)備的增加，對(duì)修理技術(shù)及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高更新的要求。此外，眾多設(shè)備的技術(shù)改造，如：普通精度的磨床修