圖1 臥式加工中心直移部件運(yùn)動(dòng)誤差示意圖

圖2 工作臺直移的轉(zhuǎn)角誤差

圖3 工作臺直移的平移誤差

2 加工中心新、舊幾何精度標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)的評析

1. JB/GQ1140—89加工中心精度標(biāo)準(zhǔn)
   1. 運(yùn)動(dòng)直線度檢驗(yàn)
      在JB/GQ1140-89標(biāo)準(zhǔn)中，對各坐標(biāo)軸線運(yùn)動(dòng)直線度的檢驗(yàn)，有明顯的漏檢現(xiàn)象。例如工作臺沿X軸移動(dòng)的直線度，只通過序號G2的a和b兩項(xiàng)，檢測了它沿Z軸(水平面內(nèi))和Y軸(垂直面內(nèi))平移的兩個(gè)線值直線度誤差，又通過序號G3檢測了它繞X軸傾斜的角值直線度誤差，而漏檢了它繞Y軸的擺動(dòng)和繞Z軸的起伏兩項(xiàng)角值直線度誤差，因此檢驗(yàn)合格的機(jī)床仍可能是不合格的。這里應(yīng)當(dāng)指出，G3檢項(xiàng)稱作移動(dòng)的平行度不符合ISO230-1∶1996中平行度的定義，顯然是概念不清或名不符實(shí)。同理，Z軸方向同X軸方向相似，只檢了兩個(gè)線值和繞Z軸傾斜角值的直線度誤差，漏檢了繞X軸的起伏和繞Y軸的擺動(dòng)兩項(xiàng)角值直線度誤差。而Y軸方向則只檢了兩個(gè)線值直線度誤差，角值直線度誤差全部漏檢。此外，根本未列項(xiàng)檢驗(yàn)主軸及滑枕(有此結(jié)構(gòu)時(shí))沿軸線移動(dòng)的直線度誤差。 #p#分頁標(biāo)題#e#
   2. 運(yùn)動(dòng)的平行度和垂直度檢驗(yàn)
      在JB/GQ1140-89標(biāo)準(zhǔn)中，對有關(guān)運(yùn)動(dòng)平行度的檢驗(yàn)，只檢了主軸軸線對Z軸運(yùn)動(dòng)的平行度和X軸運(yùn)動(dòng)對工作臺T形槽或棱邊的平行度，而嚴(yán)重影響加工精度的主軸及滑枕沿其軸線運(yùn)動(dòng)對Z軸運(yùn)動(dòng)的平行度以及X軸運(yùn)動(dòng)或Z軸運(yùn)動(dòng)對工作臺面的平行度等卻未列項(xiàng)檢驗(yàn)。對有關(guān)運(yùn)動(dòng)垂直度的檢驗(yàn)，也只檢了垂直坐標(biāo)軸對工作臺面的垂直度，未檢X軸運(yùn)動(dòng)對Y軸運(yùn)動(dòng)和Z軸運(yùn)動(dòng)的垂直度。這樣一些相互運(yùn)動(dòng)的位置精度不檢，呈模糊狀態(tài)，未真實(shí)反映機(jī)床的幾何精度，顯然不合理，不科學(xué)。
      G11所檢靜態(tài)的主軸軸線與工作臺面的平行度(臥式)或垂直度(立式)，實(shí)用意義不大，而G19靜態(tài)的工作臺T形槽直線度的檢測，更可取消，因這是工作臺零件的檢項(xiàng)。
2. ISO/DIS10791國際標(biāo)準(zhǔn)幾何精度檢驗(yàn)部分
   1. 運(yùn)動(dòng)直線度檢驗(yàn)
      在ISO/DIS10791標(biāo)準(zhǔn)中，對X、Y和Z三個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)直線度誤差的檢測，都是按分別檢測二個(gè)線位移誤差和三個(gè)角位移誤差的方法進(jìn)行的，完全符合前述直線度的合理檢驗(yàn)方法。這里應(yīng)著重指出的是，Y軸運(yùn)動(dòng)直線度中繞Y軸傾斜分量的檢法，因水平儀無法放置，不能用；而自準(zhǔn)直儀需把反射鏡放在主軸箱上，又無法保證自準(zhǔn)直儀與反射鏡的同步直移精度，也不宜用。故如圖4所示，它是借助于線值檢具千分表和圓角尺，在工作臺相距d長的兩個(gè)位置上，均沿Y軸移動(dòng)千分表，并于圓角尺同一側(cè)母線的5個(gè)等距點(diǎn)分別讀數(shù)，計(jì)算每個(gè)測量高度工作臺兩位置讀數(shù)的差值，可求得 (最大差值—最小差值)/d=tand≈d式中 d——繞Y軸傾斜角誤差
      同時(shí)也列項(xiàng)檢驗(yàn)了主軸和滑枕沿其軸線移動(dòng)直線度。
   2. 運(yùn)動(dòng)的平行度和垂直度檢驗(yàn)
      ISO/DIS10791標(biāo)準(zhǔn)(草案)，規(guī)定了各相關(guān)運(yùn)動(dòng)部件間的平行度和垂直度的檢驗(yàn)。既有工作臺面與主軸軸線各自對相關(guān)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的平行度和垂直度，也有主軸與主軸滑枕沿軸線運(yùn)動(dòng)對Z軸運(yùn)動(dòng)的平行度以及各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)間的垂直度。這些檢驗(yàn)表明，新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)的是加工中心在各部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下幾何精度的全面檢驗(yàn)，而未檢靜止?fàn)顟B(tài)的幾何精度，這就直接反映了工作臺面、主軸軸線與坐標(biāo)軸線間在實(shí)際工作時(shí)的位置關(guān)系，也表明了直接影響工件形位精度的，坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)時(shí)坐標(biāo)軸間的位置精度，因此是合理的。用新標(biāo)準(zhǔn)取代舊標(biāo)準(zhǔn)，無疑有利于機(jī)床質(zhì)量的提高，勢在必行。

3 對新標(biāo)準(zhǔn)(草案)幾點(diǎn)商榷

1. ISO/DIS10791標(biāo)準(zhǔn)對于Z與Y、Y與X及X與Z任意兩運(yùn)動(dòng)軸線垂直度的檢驗(yàn)，均按兩軌跡互相正交的檢法，先使角尺的一邊精確平行于部件上一點(diǎn)沿其中一個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的軌跡Ⅰ，再測該點(diǎn)沿另一坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的軌跡Ⅱ?qū)浅吡硪粦疫叺钠叫卸龋谷舾牲c(diǎn)的等距誤差在允差之內(nèi)(垂直度的測量實(shí)質(zhì)是平行度的測量)。按此檢法：
   1. 必須規(guī)定軌跡Ⅰ運(yùn)動(dòng)部件在支撐導(dǎo)軌上的確定位置，而新標(biāo)準(zhǔn)中無此要求，這將存在部分誤差的漏檢現(xiàn)象，導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果的異議。現(xiàn)以工作臺沿X軸運(yùn)動(dòng)，主軸箱沿Y軸運(yùn)動(dòng)的垂直度檢驗(yàn)為例(圖5)，分析如下：
      在工作臺沿X軸運(yùn)動(dòng)的全程內(nèi)，軌跡Ⅰ肯定有包括XY平面中沿Y軸平移和繞Z軸起伏角誤差在內(nèi)的直線度誤差，調(diào)整置于工作臺上平尺與軌跡Ⅰ精確平行，也只能是軌跡兩端或有限點(diǎn)等距。軌跡Ⅰ的直線度誤差，尤其是繞Z軸起伏角誤差的直線度誤差分量，必將導(dǎo)致工作臺處于行程內(nèi)不同位置時(shí)，臺面與理想X軸線的夾角各異，直接影響X軸與Y軸運(yùn)動(dòng)的垂直度誤差讀數(shù)。可見，不考慮工作臺運(yùn)動(dòng)的直線度，將導(dǎo)致由此引起的這部分誤差漏檢，而考慮X軸運(yùn)動(dòng)直線度的影響，就必須規(guī)定檢測Y軸運(yùn)動(dòng)對角尺另一懸邊平行時(shí)工作臺的合理確定位置，否則可能有此類更大誤差漏檢。 #p#分頁標(biāo)題#e#
   2. 如果機(jī)床的Z軸運(yùn)動(dòng)是立柱沿Z向床身直線移動(dòng)的布局形式(圖5)，則X軸與Y軸運(yùn)動(dòng)的垂直度檢驗(yàn)還應(yīng)規(guī)定，檢測軌跡Ⅱ與角尺另一懸邊平行時(shí)，立柱在Z向床身導(dǎo)軌上的確定位置。因?yàn)榻o予主軸箱沿Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的立柱，需完成沿Z軸的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中繞Z軸旋轉(zhuǎn)的直線度角誤差分量將使立柱傾斜，導(dǎo)致主軸箱沿一條偏離理想Y軸線的斜線運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生Y軸與X軸運(yùn)動(dòng)的垂直度誤差。顯然，立柱定位在Z向的不同位置，立柱的傾角也是不同的。
   
   

   

   
   圖4 Y軸運(yùn)動(dòng)直線度之Y軸傾斜角誤差檢驗(yàn)圖

   
   a、b、c——三種數(shù)值大小相等但形式不同的直線度誤差dZ_s，其中 dZ_sa=dZ_sb=dZ_sc
   Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ——三種方向與數(shù)值不同的平行度誤差dZ_p,其中dZ_p1=0,dZ_p2和dZ_p3的誤差大小相等方向相反。
   圖6 運(yùn)動(dòng)的直線度和平行度誤差的合成

   
   圖5 X軸與Y軸運(yùn)動(dòng)垂直度檢驗(yàn)的示意圖

2. 基于同樣道理，ISO/DIS10791標(biāo)準(zhǔn)在檢驗(yàn)主軸軸線與Z軸運(yùn)動(dòng)的平行度時(shí)，未考慮Y軸運(yùn)動(dòng)直線度誤差的影響，未規(guī)定主軸箱在立柱上的確定高度。分別檢驗(yàn)工作臺面上排直定位孔基準(zhǔn)和工作臺側(cè)定位基準(zhǔn)對Z軸運(yùn)動(dòng)的平行度時(shí)，未考慮X軸運(yùn)動(dòng)在XZ平面內(nèi)繞Y軸擺動(dòng)直線度角誤差分量的影響，未規(guī)定工作臺在X方向的確定位置。它們都將導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果的不確定性，最終難以貫徹實(shí)施。
3. 對沿一個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的部件，被沿另一坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的部件導(dǎo)向的機(jī)床布局，如圖1中沿X軸運(yùn)動(dòng)的工作臺被沿Z軸在床身上運(yùn)動(dòng)的滑座導(dǎo)向的布局情況，還存在著工作臺運(yùn)動(dòng)的直線度受到滑座運(yùn)動(dòng)直線度影響的兩部分誤差合成的問題。因?yàn)榛\(yùn)動(dòng)的繞Y軸擺動(dòng)的這項(xiàng)直線度角誤差分量，將使滑座傾斜，導(dǎo)致滑座上原本平行于理想X軸的工作臺運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，產(chǎn)生了平行度誤差，從而導(dǎo)致最終工作臺運(yùn)動(dòng)直線度誤差的增大。圖6所示為工作臺在X向全行程L內(nèi)，差值相同的a、b、c三種型式直線度誤差dZ_s，受到滑座在Z向三個(gè)位置的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同傾斜角影響，附加產(chǎn)生工作臺運(yùn)動(dòng)的平行度誤差dZ_p時(shí)，工作臺合成誤差dZ_s+p的變化情形。可以看出，滑座沿Z軸運(yùn)動(dòng)的直線度對工作臺沿X軸運(yùn)動(dòng)的直線度的影響很顯著，是不能忽視的，ISO/DIS10971標(biāo)準(zhǔn)未考慮這個(gè)影響因素，顯然會直接影響它的準(zhǔn)確與合理。