GBT 17421.4-2016 機(jī)床檢驗(yàn)通則 第4部分：數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)

機(jī)床檢驗(yàn)通則第4部分：數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)Part4:Circulartestsfornumericall2016-04-25發(fā)布I 1機(jī)床檢驗(yàn)通則第4部分：數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)1范圍GB/T17421的本部分規(guī)定了兩線性軸線聯(lián)動所產(chǎn)生的圓形軌跡的雙向圓偏差、平均雙向半徑偏差、圓偏差和半徑偏差及的檢驗(yàn)和評定方法。有關(guān)的檢驗(yàn)工具見ISO230-1:1996中6.6.3的說明。本部分的目的是提供一種檢驗(yàn)數(shù)控機(jī)床輪廓特性的方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。ISO230-1:1996機(jī)床檢驗(yàn)通則第1部分：在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何精度3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。數(shù)控編程的圓形軌跡，它由直徑(或半徑)、圓心的位置及在機(jī)床工作區(qū)的方向來定義，既可以是一按編程的名義軌跡運(yùn)動時(shí)，機(jī)床產(chǎn)生的軌跡。雙向圓偏差bi-directionalc為逆時(shí)針輪廓運(yùn)動，見圖1。2圖1雙向圓偏差G(b)的評定圓偏差circulardeviationG包容一條順時(shí)針或逆時(shí)針輪廓軌跡的實(shí)際軌跡的兩個(gè)同心圓(最小區(qū)域圓)的最小半徑差，還可以用最小二乘方圓的最大半徑差來評定，見圖2。圖2圓偏差G的評定3半徑偏差radialdeviationF實(shí)際軌跡與名義軌跡間的偏差，名義軌跡的圓心有下列兩種：a)機(jī)床上檢驗(yàn)工具的圓心；b)最小二乘方圓的圓心。圖3半徑偏差F的評定平均雙向半徑偏差meanbi-directionalradialdeviationD名義軌跡和兩個(gè)整圓實(shí)際軌跡的最小二乘方圓的半徑差，一條軌跡為順時(shí)針輪廓運(yùn)動，另一條為逆時(shí)針輪廓運(yùn)動。軸線標(biāo)志identificationofaxes產(chǎn)生實(shí)際軌跡的運(yùn)動軸線的符號表示。輪廓方向senseofcontouring表示輪廓線順時(shí)針或逆時(shí)針的方向。4c)按3.8表示的輪廓方向(順時(shí)針或逆時(shí)針);5——被檢機(jī)床和/或檢驗(yàn)裝置的溫度漂移，例如：根據(jù)ISO/TR16015平均雙向半徑偏差D和半徑偏差F的測量不確定性主要是由以下原因造成的：——雙向圓偏差G(b)和圓偏差G的測量不確定性(原因見上面);——機(jī)床和檢驗(yàn)裝置的溫度測量的不確定性[由溫度傳感器的不確定性和由于溫度傳感器位置的不確定性引起的];——機(jī)床和檢驗(yàn)裝置的熱膨脹系數(shù)的不確定性(使用到20℃的補(bǔ)償)。5檢驗(yàn)方法為了檢驗(yàn)雙向圓偏差G(b)和平均雙向半徑偏差D,應(yīng)連續(xù)測量兩條實(shí)際軌跡：一條按順時(shí)針輪廓在評定時(shí)，所有與實(shí)際軌跡相對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)(包括反向點(diǎn)的峰值)都應(yīng)采用。對于部分圓的半徑偏差F,應(yīng)使安裝誤差最小。6結(jié)果的表達(dá)以下用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示的檢驗(yàn)結(jié)果優(yōu)先于采用圖解法表示：a)雙向圓偏差G(b);b)平均雙向半徑偏差D,修正到20℃時(shí)的值；c)圓偏差G,用于順時(shí)針和/或逆時(shí)針輪廓；d)半徑偏差Fmx和Fmin,用于順時(shí)針和逆時(shí)針輪廓，修正到20℃時(shí)的值。檢驗(yàn)結(jié)果表達(dá)的典型示例見圖4、圖5和圖6。檢驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下項(xiàng)目：——檢驗(yàn)日期；——機(jī)床名稱；——測量裝置；——檢驗(yàn)參數(shù)(見4.4)。應(yīng)標(biāo)出圖解圖形的放大比例。應(yīng)標(biāo)出測量的不確定性。7供方/制造廠和用戶之間的協(xié)商要點(diǎn)供方/制造廠和用戶之間的協(xié)商要點(diǎn)如下：a)機(jī)床檢驗(yàn)前的預(yù)熱方法(見4.3);b)檢驗(yàn)參數(shù)(見4.4);6示例1:被檢機(jī)床的軸線(X、Y、Z):無無雙向圓偏差G(b)xy=0.028mm。平均雙向半徑偏差Dxy=0.001mm。圖4雙向圓偏差G(b)和平均雙向半徑偏差D的數(shù)據(jù)表達(dá)示例7示例2:XY——圓心(X/Y/Z):——對工件基準(zhǔn)的偏置(X/Y/Z):無無Z=350mm+——最小區(qū)域圓的圓心；*——起始點(diǎn)。圖5圓偏差G數(shù)據(jù)表達(dá)示例8示例3:被檢機(jī)床的軸線(X、Y、Z):——圓心(X/Y/Z):——對刀具基準(zhǔn)的偏置(X/Y/Z):——對工件基準(zhǔn)的偏置(X/Y/Z):——環(huán)境溫度：——檢驗(yàn)工具的溫度：——機(jī)床的溫度：——起始點(diǎn)：——終點(diǎn)：——測量點(diǎn)數(shù)(僅用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)):無圖6半徑偏差F的數(shù)據(jù)表達(dá)示例9+——最小圓的圓心；*——起始點(diǎn)；0.000——名義軌跡。Fxxmin=-0.013mm。圖6(續(xù))(資料性附錄)圓偏差G(b)和G以及半徑偏差F和D之間的區(qū)別表A.1指出了圓偏差G(b)和G以及半徑偏差F和D之間的區(qū)別。圓偏差G(b)和G位置偏差°際軌跡確定·一個(gè)圓和其實(shí)際軌跡形狀之間的偏差(例如橢圓形狀偏差)。b名義軌跡直徑和實(shí)際軌跡直徑之間的偏差。(資料性附錄)典型的機(jī)床偏差對圓軌跡的影響B(tài).1概述本附錄指出了典型的機(jī)床偏差對圓形運(yùn)動的主要影響。一般地，這些獨(dú)立的偏差表示了對實(shí)際被檢圓軌跡的綜合影響，所以僅用本附錄中的資料不足以對圓測量進(jìn)行詳細(xì)的分析。數(shù)控機(jī)床的兩線性軸線聯(lián)動產(chǎn)生的圓形軌跡，受兩軸線的幾何偏差和數(shù)控及其驅(qū)動裝置產(chǎn)生的偏差的影響。B.2幾何偏差的影響當(dāng)X軸線運(yùn)動過長時(shí)，如由于比例的偏差，圓形軌跡變成了橢圓，其長軸平行于X軸線。如果假定Y軸線沒有偏差，平行于Y軸線的軌跡直徑不變，即該直徑等于名義直徑[見圖B.la]]。當(dāng)X軸線運(yùn)動過短時(shí)，并假定Y軸線沒有偏差，圓形軌跡變成了橢圓，其長軸平行于Y軸線。長軸的直徑等于名義直徑(見圖B.1b)]。X圖B.1軸線運(yùn)動過短和過長時(shí)對圓形軌跡的影響假定在XY平面上僅有垂直度偏差時(shí)，X軸線和Y軸線互不垂直且兩軸線間的夾角大于90°,圓軌當(dāng)兩軸線間的夾角小于90°,圓軌跡同樣變成了一個(gè)橢圓，且橢圓的長短軸方向分別為±45°,橢圓長軸方向?yàn)?45°(見圖B.2b)]。圖B.2軸線不垂直對圓形軌跡的影響周期偏差也影響圓形軌跡。圓形軌跡的偏差是非橢圓形的。假定Z軸線存在周期定位偏差，圖B.3顯示出了軌跡的變化。圖B.3Z軸線周期偏差的影響B(tài).3數(shù)控及其驅(qū)動裝置的影響B(tài).3.1概述由兩個(gè)線性數(shù)控軸線聯(lián)動產(chǎn)生的圓形軌跡給出了數(shù)控及其驅(qū)動裝置的動作信息。每個(gè)軸線的運(yùn)動當(dāng)出現(xiàn)軸向反向誤差時(shí)，在多個(gè)反向點(diǎn)上會出現(xiàn)“階梯”。圖B.4表示出(2個(gè)軸線上的)在4個(gè)象限點(diǎn)上的典型的間隙反向誤差，4個(gè)象限圓軌跡的中心不同。對于法向間隙而言，該圖表示的形狀由逆時(shí)針輪廓形成。當(dāng)反向誤差獲得補(bǔ)償時(shí)(不論使用比例反饋或在數(shù)控中使用反向補(bǔ)償),在多個(gè)反向點(diǎn)上將會由于現(xiàn)在線性軸線定位精度和重復(fù)定位精度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中(例如GB/T17421.2),因?yàn)榘凑者@些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)補(bǔ)償不能與現(xiàn)有誤差完全相一致(匹配),那么象限上將會呈現(xiàn)十分復(fù)雜的形狀，其中包括“負(fù)向尖峰”和B.3.3軸線加速度的影響如果圓軌跡的進(jìn)給率增大，則軸線的加速度相應(yīng)地增大。軸線以下列方式運(yùn)轉(zhuǎn)：當(dāng)進(jìn)給率較高、頻率較快時(shí)，運(yùn)動的幅度減小。由此導(dǎo)致實(shí)際軌跡的直徑比名義軌跡的直徑小(見圖B.6)。圖B.6軸線加速度的影響在機(jī)床的數(shù)字控制中有專門的控制方法(例如：比例-積分控制環(huán))當(dāng)進(jìn)給率較高時(shí)，可使產(chǎn)生的圓軌跡比名義圓軌跡大，從而補(bǔ)償相應(yīng)軸線加速度的影響。B.3.4不同跟蹤誤差的影響(位置環(huán)增益誤差)如果兩軸線跟蹤誤差不同，圓軌跡就變成一個(gè)橢圓。橢圓的長短軸方向分別為±45°。隨輪廓方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)的不同，長軸的方向分別是+45°或—45(見圖B.7)。進(jìn)給率增大時(shí)，圓的橢圓偏差也相應(yīng)地增大。圖B.7不同跟蹤誤差的影響GB/T17421.4—2016/IS(資料性附錄)直徑和輪廓進(jìn)給率的修正根據(jù)供方與用戶間的協(xié)議或根據(jù)有關(guān)的機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)，確定名義軌跡的直徑和輪廓進(jìn)給率。當(dāng)選擇的直徑或輪廓進(jìn)給率與給定值不同時(shí)，為了保持軸線的加速度恒定，應(yīng)按下式進(jìn)行修正：式中：V?——輪廓進(jìn)給率的計(jì)算值；V?——輪廓進(jìn)給率的給定值；D?——名義軌跡的檢驗(yàn)直徑；D?——名義軌跡的給定直徑?！獧C(jī)床幾何偏差隨名義軌跡直徑的增加而增加；——不同跟蹤誤差隨輪廓進(jìn)給率的增加而增加。(資料性附錄)使用反饋信號的圓檢驗(yàn)不使用諸如ISO230-1:1996中6.63所描述的外部測量工具進(jìn)行圓檢驗(yàn)，而是利用機(jī)床軸線驅(qū)動的使用反饋信號的圓檢驗(yàn)的雙向圓偏差值和圓偏差值表示為：——使用反饋信號的雙向圓偏差G(b);;——使用反饋信號的圓偏差G;。使用反饋信號的圓檢驗(yàn)不用于表示半徑偏差值或平均雙向半徑偏差值。在帶有線性刻度尺的機(jī)床上，使用反饋信號的圓檢驗(yàn)可以被用來辨識影響因素，例如周期偏差的影響(見B.2.3),反向誤差的影響(見B.3.2),軸線加速度的影響(見B.3.3),不同跟蹤誤差的影響tionstomeasurementuncertaintyoflengthmeasurem[2]ISO230-2:1997abilityofpositioningofnumericallycontrolledmachinetools[3]ANSI/ASMEB5.54-1992,MethodsforPerformance,EvaluationofComputerNumericallyC[4]BRYAN,J.B.AsimplemethodfortestingmeasEngineeringApril42(1982),p.61;Part2:PrecisionEngineeringJuly4accuracyofNCmachinetools,MATADORConference,April1988,p.197[6]KAKINO,Y.,IHARA,Y.andSHINOHARA,A.AccuraDoubleBall[7]BarMethod,Carl-HanserVerlag,1993;inGerman:Carl-HanserVerlinRussian:NPOENIMS,5thDonskoipr.21-b,117926Moscow,Russia,1992inGerman:S.HROVAT,Trottenstr.79,CH-8037