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【摘 要】现代数控机床集合了电子计算机、伺服系统、自动控制系统、精密测量系统及新型机构等先进技术，能够加工形状复杂、精密、小批量零件，并且具有加工精度高、生产效率高、适应性强等特点。随着我国制造业的快速发展，数控机床在机械制造业已得到广泛应用，且对数控机床的精度要求也越来越高。如何检测数控机床的精度，正成为各行业用户在验收与维护数控机床时非常关注的问题。
【关键词】数控机床；几何精度；定位精度；切削精度
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。机床的精度主要包括机床的几何精度、机床的定位精度和机床的切削精度。现根据我在日常工作中所积累的经验，就这些精度的检测项目、检测方法及注意事项进行综合的说明。
一、数控机床的几何精度
机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度，它指的是机床在不运动 （ 如主轴不转，工作台不移动）或运动速度较低时的精度，它规定了决定加工精度的各主要零、部件间以及这些零件、部件的运动轨迹之间的相对位置允差。例如：床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状，是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的，而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的，所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。
常用检测工具有精密水平尺、精密方箱、千分表或测微表、直角仪、平尺、高精度主轴芯棒及千分表杆磁力座等。
1.检测方法
数控机床的几何精度的检测方法与普通机床的类似，检测要求较普通机床的要高。 检测项目参见GB/T 16462.1-2007。
2.检测时的注意事项
检测项目都是最基本的检测项目，也是最直接的检测项目，同样一项检测项目可能有多种检测方法，一个检测方法也可能同时检测出几个检测项目综合起来的精度。对于不同机床的几何精度检测，可能有存在一些不同，应该具体情况具体分析，关键是要对机床的连接结构、传动方式和控制模式要有清晰理解，头脑中应该建立一个立体的机床模型。
3.几何精度调整步骤
（1）思考该项精度超差，可能是什么因素造成的，可能还与哪些精度相关，再次检测，并且推敲检测方法是否恰当，是否存在检测错误；
（2）全面检查所有相关的几何精度，并根据机床结构分析各项精度之间影响关系。
（3）根据各项精度的影响关系，确定调整哪些精度以及调整的顺序；
（4）全面检查所有精度，确认调整以后没有对其他几何精度造成影响。
二、数控机床的定位精度和重复定位精度
机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺寸来确定。
运动部件定位位置的机床，如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床 ， 对定位精度的要求并不太高。但对于依靠机床本身的测量装置、定位装置或自动控制系统来确定运动部件定位位置的机床，如各种自动化机床、数控机床、坐标测量机等，对定位精度必须有很高的要求。静态精度主要决定于机床上主要零、部件。如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身等的制造精度以及它们的装配精度。目前通常采用的数控机床位置精度标准是ISO230-2标准和国标GB/T12421.2-99。
测量直线运动的检测工具有：标准长度刻线尺、成组块规、测微仪、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的测量结果为准。回转运动检测工具有360齿精密分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅和平行光管等。目前通用的检测仪为双频激光干涉仪。
1.检测方法（双频激光干涉仪）
（1）安装与调节双频激光干涉仪 。
（2）预热激光仪，然后输入测量参数。
（3）在机床处于运动状态下对机床的定位精度进行测量。
（4）输出数据处理结果。
（5）处理检测数据。
2.检测时的注意事项：
（1）仪器在使用前应精确校正。
（2）螺距误差补偿，应在机床几何精度调整结束后再进行，以减少几何精度对定位精度的影响。
（3）进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器（如激光干涉仪），以便先测量再补偿，补偿后还应再测量，并应按相应的分析标准（VDI3441、JIS6330或GB10931-89）对测量数据进行分析，直到达到机床的定位精度要求。
（4）机床的螺距误差补偿方式包括线性轴补偿和旋转轴补偿这两种方式，可对直线轴和旋转工作台的定位精度分别补偿。
（5）在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程（相对“反向间隙”），因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。
（6）重复定位精度反映机床本身的制造精度，如有出现超差，则为机械方面原因。
三、数控机床的切削精度
数控设备工作精度主要指机床的切削加工精度。切削精度不仅反映出机床的几何精度和定位精度，还同时包括了环境温度、试件材料及硬度、刀具性能及切削用量等各种因素可能造成的误差。其验收工作通过综合性的动态精度检测工作来进行。为了检测机床真实的切削精度，在验收过程中应尽量排除其他的影响因素。
在切削试件时，可参照JB 2670-82中规定的有关条文进行，或按机床所附有关技术资料规定的具体条件进行。切削精度检测可分为单项加工精度检测和综合加工精度检测。不同类型的机床的检测内容有所不同，可根据自己的检测条件和要求，合理进行选择。
为了检测机床真实的切削精度，在验收过程中应尽量排除其他的影响因数。即参照JB2670-82中规定的有关条文进行，或按照机床所附有关技术资料规定的具体条件进行。对数控车床切削精度的检验：外圆车削（直径、圆度）、端面车削（平面度）、螺纹车削（螺纹误差）、球面车削和综合件切削。在检验数控机床的切削精度时，要注意合理的利用切削参数，合理的利用刀具。
四、结束语
影响数控机床精度的因素很多，怎样在这些互相影响的因素中找到其规律与共性，把握和利用好它，更好地发挥数控机床的特性，提高零件的加工质量与生产效率是数控机床使用人员值得深入探讨的问题。
参考文献：
[1]马春敏.数控机床主结构设计技术及结构修改技术的研究 北京工业大学，2000.
[2]GB/T 16462.1-2007 数控车床和车削中心检验条件第1部分：卧式机床几何精度检验.
作者简介：
向俊丞：（1990.5-），湖南常德人，2012年参加工作，南车株洲电力机车有限公司转向架事业部设备管理部工作，研究方向：数控机床精度检测。
【关键词】数控机床；几何精度；定位精度；切削精度
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。机床的精度主要包括机床的几何精度、机床的定位精度和机床的切削精度。现根据我在日常工作中所积累的经验，就这些精度的检测项目、检测方法及注意事项进行综合的说明。
一、数控机床的几何精度
机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度，它指的是机床在不运动 （ 如主轴不转，工作台不移动）或运动速度较低时的精度，它规定了决定加工精度的各主要零、部件间以及这些零件、部件的运动轨迹之间的相对位置允差。例如：床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状，是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的，而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的，所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。
常用检测工具有精密水平尺、精密方箱、千分表或测微表、直角仪、平尺、高精度主轴芯棒及千分表杆磁力座等。
1.检测方法
数控机床的几何精度的检测方法与普通机床的类似，检测要求较普通机床的要高。 检测项目参见GB/T 16462.1-2007。
2.检测时的注意事项
检测项目都是最基本的检测项目，也是最直接的检测项目，同样一项检测项目可能有多种检测方法，一个检测方法也可能同时检测出几个检测项目综合起来的精度。对于不同机床的几何精度检测，可能有存在一些不同，应该具体情况具体分析，关键是要对机床的连接结构、传动方式和控制模式要有清晰理解，头脑中应该建立一个立体的机床模型。
3.几何精度调整步骤
（1）思考该项精度超差，可能是什么因素造成的，可能还与哪些精度相关，再次检测，并且推敲检测方法是否恰当，是否存在检测错误；
（2）全面检查所有相关的几何精度，并根据机床结构分析各项精度之间影响关系。
（3）根据各项精度的影响关系，确定调整哪些精度以及调整的顺序；
（4）全面检查所有精度，确认调整以后没有对其他几何精度造成影响。
二、数控机床的定位精度和重复定位精度
机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺寸来确定。
运动部件定位位置的机床，如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床 ， 对定位精度的要求并不太高。但对于依靠机床本身的测量装置、定位装置或自动控制系统来确定运动部件定位位置的机床，如各种自动化机床、数控机床、坐标测量机等，对定位精度必须有很高的要求。静态精度主要决定于机床上主要零、部件。如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身等的制造精度以及它们的装配精度。目前通常采用的数控机床位置精度标准是ISO230-2标准和国标GB/T12421.2-99。
测量直线运动的检测工具有：标准长度刻线尺、成组块规、测微仪、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的测量结果为准。回转运动检测工具有360齿精密分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅和平行光管等。目前通用的检测仪为双频激光干涉仪。
1.检测方法（双频激光干涉仪）
（1）安装与调节双频激光干涉仪 。
（2）预热激光仪，然后输入测量参数。
（3）在机床处于运动状态下对机床的定位精度进行测量。
（4）输出数据处理结果。
（5）处理检测数据。
2.检测时的注意事项：
（1）仪器在使用前应精确校正。
（2）螺距误差补偿，应在机床几何精度调整结束后再进行，以减少几何精度对定位精度的影响。
（3）进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器（如激光干涉仪），以便先测量再补偿，补偿后还应再测量，并应按相应的分析标准（VDI3441、JIS6330或GB10931-89）对测量数据进行分析，直到达到机床的定位精度要求。
（4）机床的螺距误差补偿方式包括线性轴补偿和旋转轴补偿这两种方式，可对直线轴和旋转工作台的定位精度分别补偿。
（5）在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程（相对“反向间隙”），因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。
（6）重复定位精度反映机床本身的制造精度，如有出现超差，则为机械方面原因。
三、数控机床的切削精度
数控设备工作精度主要指机床的切削加工精度。切削精度不仅反映出机床的几何精度和定位精度，还同时包括了环境温度、试件材料及硬度、刀具性能及切削用量等各种因素可能造成的误差。其验收工作通过综合性的动态精度检测工作来进行。为了检测机床真实的切削精度，在验收过程中应尽量排除其他的影响因素。
在切削试件时，可参照JB 2670-82中规定的有关条文进行，或按机床所附有关技术资料规定的具体条件进行。切削精度检测可分为单项加工精度检测和综合加工精度检测。不同类型的机床的检测内容有所不同，可根据自己的检测条件和要求，合理进行选择。
为了检测机床真实的切削精度，在验收过程中应尽量排除其他的影响因数。即参照JB2670-82中规定的有关条文进行，或按照机床所附有关技术资料规定的具体条件进行。对数控车床切削精度的检验：外圆车削（直径、圆度）、端面车削（平面度）、螺纹车削（螺纹误差）、球面车削和综合件切削。在检验数控机床的切削精度时，要注意合理的利用切削参数，合理的利用刀具。
四、结束语
影响数控机床精度的因素很多，怎样在这些互相影响的因素中找到其规律与共性，把握和利用好它，更好地发挥数控机床的特性，提高零件的加工质量与生产效率是数控机床使用人员值得深入探讨的问题。
参考文献：
[1]马春敏.数控机床主结构设计技术及结构修改技术的研究 北京工业大学，2000.
[2]GB/T 16462.1-2007 数控车床和车削中心检验条件第1部分：卧式机床几何精度检验.
作者简介：
向俊丞：（1990.5-），湖南常德人，2012年参加工作，南车株洲电力机车有限公司转向架事业部设备管理部工作，研究方向：数控机床精度检测。