1、1,项目二数控机床精度检测与验收,2,项目分析,项目实施,知识拓展,项目作业,项目导入,项 目 导 航,3,学 习 目 标,* 知识目标 1. 了解数控机床的验收； 2. 掌握软件的补偿原理。 * 能力目标 通过学习，可以了解提高数控机床精度的有效办法，用较低精度的机床加工出较高精度的产品。,4,【项目导入】,选择一台卧式数控车床(加工中心），参照有关国家标准和机床行业标准，进行精度检验实训。,5,【项目分析】,一、数控机床的验收一台数控机床全部检测验收工作是一项复杂的工作对一般数控机床用户，其验收工作主要根据机床出厂检验合格证上规定的验收条件，及实际能提供的检测手段，来部分地或全部地测定机床
2、合格证上各项技术指标。检测的结果作为该机床的原始资料存人技术档案中，作为今后维修时的技术指标依据。,6,1. 开箱检验和外观检查数控机床到厂后，设备管理部门要及时组织有关人员开箱检验。参加检验的人员应包括设备管理人员和设备安装人员、设备采购员等。检验的主要内容是：1)装箱单；2)核对应有的随机操作、维修说明书、图样资料、合格证等技术文件；3)按合同规定，对照装箱单清点附件、备件、工具的数量、规格及完好状况；4)检查主机、数控柜、操作台等有无明显撞碰损伤、变形、受潮、锈蚀等，并逐项如实填写“设备开箱验收登记卡”存档。,开箱检验虽然是一项清点工作,开箱验收如果发现有缺件或型号不符或设备已遭受撞碰损
3、伤、变形、受潮、锈蚀等严重影响设备质量的情况，应及时向有关部门反映、查询、取证或索赔。机床外观检查是指不用仪器只用肉眼可以进行的各种检查。机床外观要求一般可按照通用机床有关标准，但数控机床是价格昂贵的高技术设备，对外观的要求就更高。对各防护罩、油漆质量、机床照明、切屑处理、电缆电线和油、气管路的走线和固定等都有进一步的要求。,8,2. 机床性能及数控功能的检验1） 机床性能的检验机床性能主要包括主轴系统性能，进给系统性能，自动换刀系统、电气装置、安全装置、润滑装置、气液装置及各附属装置等性能。机床性能的检验内容一般都有十多项，不同类型的机床的检验项目有所不同。有的机床有气压、液压装置，有的机床
4、没有这些装置；有的还有自动排屑装置、自动上料装置、主轴润滑恒温装置、接触式测头装置等。对于加工中心，还有刀库及自动换刀装置、工作台自动交换装置以及其他的附属装置，这些装置工作是否正常可靠都要进行检验。,9,数控机床性能的检验主要是通过“耳闻目睹”和试运转，检查各运动部件及辅助装置在启动、停止和运行中有无异常现象及噪声，润滑系统、油冷却系统以及各风扇等工作是否正常。立式加工中心要的检验项目。(1)主轴系统性能用手动方式选择高、中、低三个主轴转速，连续进行5次正转和反转的启动和停止动作，检验主轴动作的灵活性和可靠性；用数据输入方式，主轴从最低一级转速开始运转，逐级提到允许的最高转速，实测各级转速数
5、，允差为设定值的10，同时观察机床的振动。主轴在长时间高速运转后(一般为2h)允许温升15；主轴准停装置连续操作5次，检验动作的可靠性和灵活性。,10,(2)进给系统性能分别对各坐标进行手动操作，检验正、反方向的低、中、高速进给和快速移动的启动、停止、点动等动作的平稳性和可靠性；用数据输入方式或者MDI方式测定G00和G01下的各种进给速度，允差5。(3)自动换刀(ATC)系统检查自动换刀的可靠性和灵活性，包括手动操作及自动运行时刀库满负载条件下(装满各种刀柄)运动平稳性，刀库内刀号选择的准确性等；测定自动交换刀具的时间。,11,(4)机床噪声机床空运转时的总噪声不得超过标准(80dB)。数控
6、机床由于大量采用电调速装置，主轴箱的齿轮往往不是最大噪声源，而主轴电动机的冷却风扇和液压系统的液压泵的噪声等可能成为最大噪声源。(5)电气装置 在运转试验前后分别作一次绝缘检查，检查接地线质量，确认绝缘的可靠性。(6)数控装置 检查数控柜的各种指示灯，检查纸带阅读机、操作面板、电柜冷却风扇和密封性等动作及功能是否正常可靠。(7)安全装置 检查对操作者的安全性和机床保护功能的可靠性。如各种安全防护罩，机床各运动坐标行程极限保护自动停止功能，各种电流电压过载保护和主轴电动机过热过负荷时紧急停止功能等。,12,(8)润滑装置 检查定时定量润滑装置的可靠性，检查润滑油路有无渗漏，到各润滑点的油量分配等
7、功能的可靠性。(9)气、液装置 检查压缩空气和液压油路的密封、调压功能，液压油箱正常工作情况。(10)附属装置 检查机床各附属装置的工作可靠性。如冷却液装置能否正常工作。排屑器的工作质量，冷却防护罩有无泄漏，APC交换工作台工作是否正常，试验带重负载的工作台面自动交换，配置接触式测头的测量装置能否正常工作及有无相应测量程序等。,13,2）数控功能的检验数控系统的功能随所配机床类型有所不同，同型号的数控系统所具有的标准功能是一样的，但是一台较先进的数控系统所具有的控制功能是很全的。对于一般用户来说并不是所有的功能都需要，有些功能可以由用户根据本单位生产上的实际需要和经济情况选择，这部分功能叫选择
8、功能。当然，选择功能越多价格越高。数控功能的检测验收要按照机床配备的数控系统的说明书和订货合同的规定，用手动方式或用程序的方式检测该机床应该具备的主要功能。,14,数控功能检验主要内容有：(1)运动指令功能检验快速移动指令和直线插补、圆弧插补指令的正确性。(2)准备指令功能 检验坐标系选择、平面选择、暂停、刀具长度补偿、刀具半径补偿、螺距误差补偿、反向间隙补偿、镜像功能、极坐标功能、自动加减速、固定循环及用户宏程序等指令的准确性。(3)操作功能 检验回原点、单程序段、程序段跳读、主轴和进给倍率调整、进给保持、紧急停止、主轴和冷却液的起动和停止等功能的准确性。(4)CRT显示功能 检验位置显示、
9、程序显示、各菜单显示以及编辑修改等功能准确性。,15,数控功能检验的最好办法是自己编一个考机程序，让机床在空载下连续自动运16h或32h。考机程序应包括：（1)主轴转动要包括标称的最低、中间和最高转速在内五种以上速度的正转、反转及停止等运行；（2)各坐标运动要包括标称的最低、中间和最高进给速度及快速移动，进给移动范围应接近全行程，快速移动距离应在各坐标轴全行程的二分之一以上；（3)一般自动加工所用的一些功能和代码要尽量用到；（4)自动换刀应至少交换刀库中三分之二以上的刀号，而且都要装上重量在中等以上的刀柄进行实际交换；（5)必须使用的特殊功能，如测量功能、APC交换和用户宏程序等。,16,用以
10、上这样的程序连续运行，检查机床各项运动、动作的平稳性和可靠性，并且要强调在规定时间内不允许出故障，否则要在修理后重新开始规定时间考核，不允许分段进行累积到规定运行时间。,17,3. 机床精度的验收机床精度验收工作，必须在机床安装地基水泥完全干固，并按照JB2670-82金属切削机床精度检测通则或ISOR230-1961机床检测通则有关条文安装调试好机床以后进行。检测内容主要包括几何精度、定位精度和切削精度。,18,1） 机床几何精度的检验数控机床的几何精度是综合反映该机床的各关键零部件及其组装后的几何形状误差。检测内容和方法与普通机床相似，只是检测要求更高。普通立式加工中心主要检测以下几项：（
11、1)工作台面的平面度；（2)各坐标方向移动的相互垂直度；（3)X、Y坐标方向移动时工作台面的平行度；（4)X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度；,19,（5)主轴的轴向窜动；（6)主轴孔的径向跳动；（7)主轴箱沿Z坐标方向移动时主轴轴心线的平行度；（8)主轴回转轴心线对工作台面的垂直度；（9)主轴箱在Z坐标方向移动的直线度。,20,目前，国内检测机床几何精度的常用检测工具有:精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪、高精度检验棒、顶尖、磁力表座等等。检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级，否则测量的结果将是不可信的。表2-1是一台卧式加工中心出厂时的几何精度检测
12、项目，表2-2是一台斜床身、带转盘刀架的卧式数控车床几何精度检测项目，,21,大理石方箱是用于检测零部件、工件、机床工作台、导轨和精密工作的平面度、垂直度的大理石量具，具有精度高、不生锈、耐酸碱、不磁化、不变型、耐磨性好等优点且能在重负荷及一般温度下保持稳定。,22,23,24,机床几何精度的检测必须在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项，因为几何精度有些项目是相互联系相互影响的。同时还要注意检测工具和测量方法造成的误差，例如表架的刚性、测微仪的重力、检验棒自身的振摆和弯曲等影响造成的误差。表2-1是一台卧式加工中心出厂时的几何精度检测项目，表2-2是一台斜床身、带转盘刀架的卧式数控车床
13、几何精度检测项目，,25,表2-1 卧式加工中心几何精度检验项目,26,27,28,29,30,31,32,33,34,表2-2卧式数控车床几何精度检验,35,36,37,38,39,40,2）机床定位精度的检验 数控机床定位精度，是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所能达到的位置精度。数控机床的定位精度又可以理解为机床的运动精度。普通机床由手动进给，定位精度主要决定于读数误差，而数控机床的移动是靠数字程序指令实现的，故定位精度决定于数控系统和机械传动误差。数控机床重复定位精度，是指对某一测量点的多次重复测量的结果，反映运动的稳定性，和误差的一致性。机床各运动部件的运动是在数控装置的控制下完成
14、的，各运动部件在程序指令控制下所能达到的精度直接反映加工零件所能达到的精度，所以，定位精度是一项很重要的检测内容。,41,定位精度主要检测以下内容：（1)各直线运动轴的定位精度和重复定位精度；（2)直线运动各轴机械原点的复归精度； （3)直线运动各轴的反向误差；（4)回转运动(回转工作台)的定位精度和重复定位精度；（5)回转运动的反向误差；（6)回转轴原点的复归精度。,42,测量直线运动的检测工具有：测微仪和成组块规、标准刻度尺、光学读数显微镜和双频激光干涉仪等。回转运动检测工具：360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。,43,(1)直线运动定位精度检测 直线运动定位
15、精度一般都在机床和工作台空载条件下进行。按国家标准和国际标准化组织的规定(IS0标准)，对数控机床的检测，应以激光测量为准，如图2-1a所示。在没有激光干涉仪的情况下，对于一般用户来说也可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量，如图2-1b所示。但是，测量仪器精度必须比被测的精度要高12个等级。,44,图2-1 直线运动定位精度检测方法 a)激光测量 b)标准尺比较测量 1-激光测距仪 2-工作台 3-光学读数显微镜 4-标准刻度尺,45,(2)直线运动重复定位精度检测 检测用的仪器与检测定位精度所用的相同。一般检测方法是在靠近各坐标行程中点及两端的任意三个位置进行测量，每个位置用快速
16、移动定位，在相同条件下重复作七次定位，测出停止位置数值并求出读数最大差值。以三个位置中最大一个差值的二分之一，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的指标。,46,(3)直线运动的原点返回精度检测 原点返回精度，实质上是该坐标轴上一个特殊点的 重复定位精度，因此它的检测方法完全与重复定位精度相同。(4)直线运动的反向误差检测 直线运动的反向误差，也叫失动量，它包括该坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区，各机械 动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越差。,47,反向误差的检
17、测方法是在所测坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差，如图2-3所示。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向误差值,48,(5)回转工作台的定位精度检测 测量工具有标准转台、角度多面体、圆光栅及平行光管(准直仪)等，可根据具体情况选用。测量方法是使工作台正向(或反向)转一个角度并停止、锁紧、定位，以此位置作为基准，然后向同方向快速转动工作台，每隔30锁紧定位，进行测量。正向转和反向转
18、各测量一周，各定位位置的实际转角与理论值(指令值)之差的最大值为分度误差。如果是数控回转工作台，应以每30为一个目标位置，对于每个目 标位置从正、反两个方向进行快速定位七次，实际达到位置与目标位置之差即位置偏差，再按GBl0931-89数字控制机床位置精度的评定方法规定的方法计算出平均位置偏差和标准偏差，所有平均位置偏差与标准偏差的最大值的和与所有平均位置偏差与标准偏差的最小值的和之差值，就是数控回转工作台的定位精度误差。考虑到实际使用要求，一般对0、90、180、270等几个直角等分点作重点测量，要求这些点的精度较其他角度位置提高一个等级。,49,(6)回转工作台的重复分度精度检测测量方法是
19、在回转工作台的一周内任选三个位置重复定位三次，分别在正、反方向转动下进行检测。所有读数值中与相应位置的理论值之差的最大值为重复分度精度。如果是数控回转工作台，要以每30取一个测量点作为目标位置，分别对各目标位置从正、反两个方向进行五次快速定位，测出实际到达的位景与目标位置之差值，即位置偏差，再按GBl0931-89规定的方法计算出标准偏差，各测量点的标准偏差中最大值的6倍，就是数控回转工作台的重复分度精度。(7)回转工作台的原点复归精度检测 测量方法是从七个任意位置分别进行一次原点复归，测定其停止位置，以读出的最大差值作为原点复归精度。,50,3） 机床切削精度的检验机床的切削精度是一项综合精
20、度，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还包括了试件的材料、环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差和计量误差。为了反映机床的真实精度，要尽量排除其他因素的影响。切削试件时可参照JB2670-82规定的有关条文的要求进行，或按机床厂规定的条件，如试件材料、刀具技术要求、主轴转速、背吃刀量、进给速度、环境温度以及切削前的机床空运转时间等。切削精度检验可分单加工精度检验和加工一个标准的综合性试件精度检验两种。表2-3为卧式加工中心切削精度检验内容。表2-4为数控卧式车床切削精度检验内容。,51,表2-3 卧式加工中心切削精度检测项目,52,53,54,55,表2-4 数控卧式车床切
21、削精度检验项目,56,57,58,59,二、软件补偿原理一般来讲，数控机床的优势在于软件(数控系统)和硬件(机床)的有机结合，这样才能很好地发挥数控机床的各种特性及先进的功能。一台数控设备经过一年的运行，很多移动部件都发生了不同程度的磨损，其位置精度都会发生变化。即使未到大修年限，一般精密级的数控机床都应重新进行位置精度的测试及补偿，这也属于机床维修及维护的重要部分，当然，大修的数控机床就更需要进行位置精度的测试及补偿了。本章着重介绍精度补偿的一般性原理及方法。,60,1. 螺距补偿原理数控机床软件补偿的基本原理是：机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，
22、测量出各目标位置的平均位置偏差，把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上。如图2-4所示，指令要求沿X轴运动到目标位置，目标实际位置为，该点的平均位置偏差为；将该值输入系统，则CNC系统在计算时自动将目标位置Pi的平均位置偏差叠加到插补指令上，实际运动位置为=+，使误差部分抵消，实现误差的补偿。螺距误差可进行单向和双向补偿。,61,图2-4 螺距误差补偿原理,62,2反向间隙补偿原理反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，反向间隙的存在会引起伺服电动机的空转而无工作台的实际运动(称失动)。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位
23、置Pi的平均反向差值百作为机床的补偿参数输入系统。CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动值，然后按指令进行运动。如图2-5所示，工作台正向移动到O点，然后反向移动到点；反向时，电机(丝杠)先反向移动到，后移动到点；该过程CNC系统实际指令运动值L为L = +,63,图2-5 反向间隙补偿,反向间隙补偿在坐标轴处于任何方式时均有效。在系统进行了双向螺距补偿时，双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙，因此，此时不需设置反向间隙的补偿值。,64,3. 误差补偿的适用范围从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的三种控制结构可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显著的效果，可明显
24、提高数控机床的定位精度和重复定位精度。对全闭环数控系统，由于其控制精度高，采用误差补偿的效果不显著，但也可进行误差补偿。,65,【知识拓展】,数控机床的安装 1）工作环境良好的工作环境是提高数控机床可靠性的必要条件。精密数控机床要求工作在恒温条件下，以保证机床的可靠运行，保持机床的精度与加工精度。普通数控机床虽不要求工作在恒温条件下，但是环境温度过高会导致机床故障率的增加，这是由于数控系统的电子元器件有工作温度的限制。,66,数控机床对工作车间的洁净度亦有一定的要求。必须保持车间空气流通与干净。油雾和金属粉末会使电子元器件之间的绝缘电阻下降，甚至短路，造成系统故障、元器件损坏。潮湿的环境会使数
25、控机床的印刷电路板、元器件、接插件、电气柜、机械零部件等锈蚀，造成接触不良、控制失灵、机床的机械精度降低。,67,电网供电要满足数控机床正常运行所需总容量的要求，电压波动按我国标准不能超过+10-15，否则会造成电子元器件的损坏。为了安全和减少电磁干扰，数控机床要求良好的接地，接地电阻要小于47。数控机床的CNC装置、伺服驱动系统虽进行了电磁兼容设计，但其抗干扰能力还是有限度的，强电磁干扰会导致数控系统失控，所以数控机床要远离焊机、大型吊车和产生强电磁干扰设备。,68,2） 数控机床的基础处理和落位 3） 数控机床部件组装机床落位后，应当由机床生产厂家人员进行机床部件的组装和数控系统的连接。机
26、床部件的组装是指将分解运输的机床重新组装成整机的过程。组装前应将所有连接面、导轨、定位和运动面上的防锈油清洁干净，并准确可靠地将各部件连接组装成整机。,69,在完成机床部件的组装后，按照相应部分说明书和电缆、管道接头的标记连接电缆、油管、气管和水管并将其可靠地插接和密封连接到位，不可出现漏油、漏气和漏水的问题，特别注意要避免污染物进入管路，否则将会带来意想不到的问题。总之，机床部件的组装要达到：定位精度高、连接可靠、构件布局合理的安装效果。,70,数控系统的连接是针对数控装置及其配套的进给和主轴伺服驱动单元进行的，主要包括外部电缆的连接和数控系统电源的连接。在连接前要认真检查数控装置与MDIC
27、RT单元、位置显示单元、电源单元、各印刷电路板和伺服单元等。注意是否有损伤和污染，电缆和屏蔽层有无破损或伤痕，脉冲编码器的码盘是否有磕碰痕迹。如有问题应及时进行补救或更换。,71,数控系统的外部电缆的连接，包括数控装置与MDICRT单元、强电柜、操作面板、进给伺服电动机和主轴电动机动力线、反馈信号线的连接等。连接中的插件是否到位，紧固螺钉是否可靠，都应当引起重视。数控机床要有良好的地线连接，保证设备、人身安全并减少电气干扰。数控系统电源线的连接，是指数控柜电源变压器输入电缆的连接。,72,数控机床的调试1） 通电试车数控机床通电试车调整包括粗调数控机床的主要几何精度与通电试运转，其目的是考核数
28、控机床的基础及其安装的可靠性；考核数控机床的各机械传动、电气控制、数控机床的润滑、液压和气动系统是否正常可靠。通电试车前应擦除各导轨及滑动面上的防锈油，并涂上一层干净的润滑油。,73,数控机床通电试车前应检查以下内容。(1)检查数控机床与电柜的外观。(2)粗调数控机床的主要几何精度。(3)进行安装前期工作后，再安装数控机床及机械部分。,74,(4)通电调试。检查380V主电源进线电压是否符合要求(我国标准为380(1+10)380(1-15)，即418323 V)后接入电柜。通电检查系统是否正常启动，显示器是否显示正常，将各个轴的伺服电动机不联机械运行，检查其是否运行正常，有无跳动、飞车等异常
29、现象。若无异常，电动机可与机械连接。 检查床身各部分电器开关(包括限位开关、参考点开关、行程开关、无触点开关、油压开关、气压开关、液位开关等)的动作有效性，有无输入信号，输入点是否和原理图一致。根据丝杠螺距及机械齿轮传动比，设置好相应的轴参数。,75,松开急停，点动各坐标轴，检查机械运动的方向是否正确，若不正确，应修改轴参数。以低速点动各坐标轴，使之去压其正、负限位开关，仔细观察是否能压到限位开关，若到位后压不到限位开关，应立即停止点动；若压到，则应观察轴是否立即自动停止移动，屏幕上是否显示正确的报警号，报警号不对应时调换正、负限位的线。将工作方式选到“手摇”挡，正向旋转手摇脉冲发生器，观察轴
30、移动方向是否为正向；若不对应，调换A、B两相的线。,76,将工作方式选到“回零”挡，令所选坐标轴执行回零操作，仔细观察轴是否能压到参考点开关；若到位后压不到开关，立即按下“急停”按钮；若压到，则应观察回零过程是否正确，参考点是否已找到。找到参考点后再回到手动方式，点动坐标轴去压正、负限位开关，屏幕上显示的正负数值即为此坐标轴的正负行程，以此为基准减微小的裕量，即可作为正负软极限写入轴参数。按上述步骤依次调整各坐标轴。回参考点后用手动检查正负软限位是否工作正常。,77,用万用表的欧姆挡检查机床的辅助电动机，如冷却、液压、排屑等电动机的三相是否平衡，是否有缺相或短路，若正常可逐一控制各辅助电动机运
31、行，确认电动机转向是否正确；若不正确，应调换电动机任意两相的接线。用万用表的欧姆挡检查电磁阀等执行器件的控制线圈是否有断路或短路以及控制线是否对地短路，然后依次控制各电磁阀动作，观察电磁阀是否动作正确；若不正确，应检查相应的线或修改POC程序。启动液压装置，调整压力至正常，依次控制各阀动作，观察数控机床各部分动作是否正确到位，回答信号(通常为开关信号)是否反馈回PLC。,78,用万用表的欧姆挡检查主轴电动机的三相是否平衡，是否有缺相或短路；若正常可控制主轴旋转，检查其转向是否正确。有降压启动的，应检查是否有降压启动过程，星三角切换延时时间是否合适；有主轴调速装置或换挡装置的，应检查速度是否调整
32、有效，各挡速度是否正确。涉及换刀等组合控制的数控机床应进行联调，观察整个控制过程是否正确。(5)检查有无异常情况。检查数控机床运转时是否有异常声音，主轴是否有跳动，各电动机是否有过热。,79,2）水平调整一般数控机床的绝对水平调整在0.041000 mm的范围之内。对于车床，除了水平和不扭曲达到要求外，还应进行导轨直线度的调整，确保导轨的直线度为凸的合格水平。对于铣床、加工中心机床，应确保运动水平(工作台导轨不扭曲)也在合格范围内。水平调整合格后，才可以进行机床的试运行。,80,【项目作业】 1. 数控功能检验包括哪些内容?如何进行检验? 2. 数控机床的精度检验包括哪些内容? 3.为什么说数控机床的定位精度是一项很重要的检测内容? 4.简述数控基机床螺距误差补偿原理。,81,本项目结束，谢谢！,
