為適應(yīng)用戶的不同需要，國際市場上推出了品種繁多的加工中心。一方面對用戶帶來方便，擴(kuò)大了選購加工中心的範(fàn)圍，特別是專業(yè)性較強(qiáng)的用戶，可選購到適合本公司使用的機(jī)床。但對那些專業(yè)性並不很強(qiáng)的用戶帶來麻煩，要在基本性能相似的機(jī)床中去進(jìn)行決擇，以便選購到適合本公司使用要求且廉價(jià)的加工中心。通常，用戶在選購加工中心之前，首先要從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面對其進(jìn)行評價(jià)。
所謂經(jīng)濟(jì)評價(jià)主要是指機(jī)床的價(jià)格，所需配購任選附件的價(jià)格和售後服務(wù)費(fèi)用等。技術(shù)評價(jià)是對加工中心的技術(shù)性能作全面評價(jià)。只有充份掌握某種型號加工中心的技術(shù)性能之後，才能對它的“成本性能”作出較為完滿的結(jié)論。通常，對加工中心進(jìn)行技術(shù)評價(jià)的項(xiàng)目可分為以下3大類：
· 規(guī)格其中包括加工空間的尺寸大小，主軸轉(zhuǎn)速範(fàn)圍，進(jìn)給速度範(fàn)圍，規(guī)範(fàn)刀具的大小和範(fàn)圍，數(shù)控裝置的能力和任選附件種類的多少等。
· 性能其中包括靜態(tài)精度、加工精度、移動精度、定位精度、熱變形狀況和抗振動性能等。
· 其他其中包括與系統(tǒng)的適應(yīng)性，維修保養(yǎng)是否方便，技術(shù)支援體制和安全性等。
近幾年來，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)開發(fā)了一些對機(jī)床性能進(jìn)行評價(jià)的方法，並制訂了靜態(tài)精度加工精度、定位精度、重複精度、熱變形及圓周運(yùn)動等試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。為了便於大家了解和應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)，本文將對圓周運(yùn)動試驗(yàn)和定位精度試驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容作一介紹。
圓周運(yùn)動試驗(yàn)及其應(yīng)用
圓周運(yùn)動的試驗(yàn)方法
在ISO230/4圓周運(yùn)動試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中共規(guī)是了3種試驗(yàn)方法。
· 用一維測頭和基準(zhǔn)圓筒的方法。
· 用兩維測頭和基準(zhǔn)圓板的方法。
· 用球棒方法。
圓周運(yùn)動試驗(yàn)的應(yīng)用範(fàn)圍很廣，可用於購入新機(jī)床之後的入廠檢驗(yàn)，定期保養(yǎng)檢查時(shí)的測試，還可用於對數(shù)值控制各種參數(shù)的調(diào)整等。
特別是在利用圓孤插補(bǔ)指令進(jìn)行加工時(shí)，它可發(fā)揮巨大的作用。即使在幾何形狀誤差中，可從軌方便也看出垂直度的狀況。還有是測量側(cè)隙，即使是按照定位精度試驗(yàn)?zāi)菢訙y量進(jìn)給停止位置的靜態(tài)方法，實(shí)際上也是利用進(jìn)給速度來測量側(cè)隙。這是一個(gè)很重要的特點(diǎn)。利用圓周運(yùn)動試驗(yàn)可對以下項(xiàng)目作出判斷。
· 圓度精度其中包用圓弧插補(bǔ)加工時(shí)的工件圓度，轉(zhuǎn)換象限時(shí)的凸搭大?。ㄍ怀鲞\(yùn)動的程度），滾珠絲槓的安裝精度（出現(xiàn)周期性誤差）。
· 側(cè)隙精度即兩根軸之間的側(cè)隙的大?。▽?shí)際上是用進(jìn)給速度進(jìn)行評價(jià)）。
· 幾何形狀精度即垂直度誤差的大小和直線度誤差的大小。
· 定位精度即兩根軸定位精度的一致性程度及對間距誤差進(jìn)行修正的大小。
· 數(shù)值控制的調(diào)整程度即對伺服增益的調(diào)整程度（位置環(huán)增益、速度環(huán)增益）和跟誤差（速度上升時(shí)的半徑縮小狀況）。
圓周運(yùn)動試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用
對機(jī)床性能進(jìn)行評價(jià)圓周運(yùn)動試驗(yàn)是從使用G編碼的G02和G03的3個(gè)平面，即XY平面、YZ平面和ZX平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)運(yùn)動的結(jié)果了解：
· 在幾何形狀運(yùn)動誤差範(fàn)圍內(nèi)的垂直度和直線度。
· 在數(shù)控裝置參數(shù)設(shè)定範(fàn)圍內(nèi)，對增益（位置環(huán)增益、速度環(huán)增益），間距誤差補(bǔ)和側(cè)隙誤差補(bǔ)償是否適當(dāng)。
· 伺服機(jī)構(gòu)的固有半徑縮小。
· 其他誤差，如防護(hù)罩伸縮和其他運(yùn)動工作臺等的編碼、支架等是否有物理性干涉。
預(yù)計(jì)今後將用於交付機(jī)床的最初階段對進(jìn)給速度和測量半徑等各種變化加以測定。如果一臺機(jī)床看上去有明顯的誤差，其原因不外乎是有側(cè)隙、垂直度出現(xiàn)誤差、位置環(huán)增益不一致和半徑縮小等4個(gè)方面。特別是最近對高速旋轉(zhuǎn)的小直徑立銑刀進(jìn)給時(shí)，其速度比以往的速度高得多，因而圓周運(yùn)動試驗(yàn)成為一種重要的評價(jià)因子。對被加工工件精度的預(yù)測從圓周運(yùn)動的測量結(jié)果可以很好地掌握被加工件的圓度狀況。
當(dāng)用旋轉(zhuǎn)刀具切削時(shí)，將出現(xiàn)大於刀具半徑的平均化效果，往往辨認(rèn)不出用圓周運(yùn)動試驗(yàn)所獲的微小凹凸現(xiàn)象。這是因?yàn)楸磺邢鞴ぜ艿毒吆颓行嫉挠绊懰斐傻?。而由圓周精度運(yùn)動所得到的軌不包含這種影響。
但從來自用戶的圓周運(yùn)動試驗(yàn)結(jié)果和用圓度測量儀測出的結(jié)果來看，圓周運(yùn)動試驗(yàn)的結(jié)果並不很準(zhǔn)確，而用切削方法可獲得較精確的結(jié)果*C因而有人提出不再使用圓周運(yùn)動試驗(yàn)結(jié)果的意見。產(chǎn)生上述問題的主要原因是在用圓度測量儀進(jìn)行測量時(shí)要使用低通濾波器。如果用15和25波峰截止時(shí)就與圓周運(yùn)動試驗(yàn)結(jié)果不相吻合。用500波峰截止時(shí)則完全可以取得一致。最近，在加工小零件和小型模具部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)用上述數(shù)控裝置參數(shù)設(shè)定對半徑縮小的影響大於小半徑圓周運(yùn)動軌的機(jī)床幾何形狀誤差。
但目前很難購買到可測量小半徑的裝置，所以希望開發(fā)廉價(jià)的測量裝置。選購加工中心對圓周運(yùn)動軌的調(diào)查根據(jù)使用目的，事先對機(jī)床的圓周運(yùn)動軌進(jìn)行調(diào)查，則可以對該機(jī)床是否能滿足加工精度要求作出判斷，並對整個(gè)圓的形狀，調(diào)換象限時(shí)突搭的大小，微小的振動成份，周期性誤差、由間距誤差補(bǔ)償形成的臺階差等固有差值加以確認(rèn)。
可以直率地說，這些都是技術(shù)能力引發(fā)的差值。例如頻繁地實(shí)施間距誤差補(bǔ)償，那麼就可發(fā)現(xiàn)間距誤差補(bǔ)償處軌的臺階差。當(dāng)這種臺階差值大到不能忽略時(shí)，那麼說明這種間距誤差補(bǔ)償方法不適當(dāng)。可以說是因?yàn)閽裼昧苏`差大的滾珠絲槓和刻度尺所致。這種事前進(jìn)行圓周運(yùn)動軌的調(diào)查，可以清楚地顯示出機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)和裝配技術(shù)，如導(dǎo)準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，以及它們與數(shù)控參數(shù)的複雜聚合度特徵。
定位精度試驗(yàn)定位精度試驗(yàn)的重要性按照ISO230/2標(biāo)準(zhǔn)的定位精度試驗(yàn)，是在整個(gè)移動長度範(fàn)圍內(nèi)（對長度小於2,000mm的軸而言），對指定的最少5點(diǎn)，最多21點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行定位，然後對求出的經(jīng)5次往復(fù)運(yùn)動的各目標(biāo)位置的設(shè)定值與實(shí)際停止位置的偏差值進(jìn)行評價(jià)。將用激光測長儀所獲得的離差平均值及其離散作為指標(biāo)，求出測量值的標(biāo)準(zhǔn)離差σ，按指定項(xiàng)目求出評價(jià)值。評價(jià)項(xiàng)目共有*逆轉(zhuǎn)差B=max[1Bil]、平均反復(fù)差B=1/mBi、單方向反復(fù)精度R↑=max[Ri↑]與R↓=max[Ri↓]和雙向反復(fù)精度R=max[R1]等10項(xiàng)。
欲求出這些評價(jià)值並不是一件很簡單的事情。但這些評價(jià)值不僅能証明它與加工精度的相關(guān)性，還可以認(rèn)別各項(xiàng)目與尺寸精度關(guān)係的密切程度。定位精度利用的數(shù)據(jù)是列於表格中的各種參數(shù)。如果對以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的表示方法不甚理解，那麼很可能徒勞地選擇了過高精度的機(jī)床。若在自己工場中安裝好機(jī)床、以後直接對它進(jìn)行測量，就有可能無法測出其最初的精度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)是的基本條件是全面地綜合了用戶和製造廠的意見而確定的。其中有進(jìn)給速度（包括快速進(jìn)給和特定的進(jìn)給速度），預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)條件（如何預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)？用何種進(jìn)給條件實(shí)施？）以及測量環(huán)境溫度（如何設(shè)置恆溫寶？恆溫寶的溫度如何？）等。這些項(xiàng)目事先都應(yīng)該加以確定。上面已經(jīng)講過，在選擇機(jī)種時(shí)都要對產(chǎn)品樣本中的數(shù)值加以比較。但必須注意的是列於產(chǎn)品樣本中的數(shù)值幾乎不說明是在怎樣條件下獲得的。但在實(shí)際使用中，很可能用戶所具備的條件與製造廠的條件不一致，致使測試結(jié)果與樣本中的數(shù)值不相符合。
試驗(yàn)條件之一是預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)條件。有的機(jī)床的一根軸需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)幾個(gè)小時(shí)之後才能穩(wěn)定。而在工場中，通常經(jīng)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)之後即開始測量。有時(shí)由於機(jī)床逐漸冷而出現(xiàn)目標(biāo)位置之間距離不斷縮短的現(xiàn)象。為了得到穩(wěn)定的結(jié)果，在未經(jīng)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，用非常短的時(shí)間進(jìn)行測量。
按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定測量5次，然後進(jìn)行反覆測量。這樣基本上可以掌握機(jī)床的穩(wěn)定狀態(tài)。定位精度試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用定位精度試驗(yàn)的結(jié)果可以作為間距誤差補(bǔ)償和側(cè)隙補(bǔ)償值加以應(yīng)用。上面所介紹的定位精度試驗(yàn)結(jié)果與被加工件的尺寸精度和位置精度有直接的關(guān)係。ISO標(biāo)準(zhǔn)中對雙向定位反覆精度的重視程度甚於單方向定位時(shí)的反覆精度。因?yàn)閷赌繕?biāo)位置來講，當(dāng)工件從正方向和負(fù)方向分別接近刀具時(shí)的尺寸離散程度大於從一個(gè)方向接近刀具的離散程度。例如在加工立方體的側(cè)面時(shí)，顯示出兩個(gè)平面之間尺寸估算值的精度最差。
總之，在選擇機(jī)種時(shí)所實(shí)施的定位精度試驗(yàn)，希望在完全適合於用戶使用狀能下進(jìn)行，並使用所獲得的評價(jià)結(jié)果。定位精度試驗(yàn)的問題定位精度試驗(yàn)中的主要問題是沒有在完全適合於用戶使用狀態(tài)的條件下進(jìn)行測定。特別是在大批量的續(xù)生產(chǎn)時(shí)，為了加工大量零件機(jī)床需運(yùn)轉(zhuǎn)很長時(shí)間。在這個(gè)期間是否始終能穩(wěn)定在與定位精度試驗(yàn)所得結(jié)果相同的位置處是一個(gè)很大的問題。這種現(xiàn)象對以往數(shù)控機(jī)床加工精度要求為10um水平時(shí)，還沒有多大問題。
而現(xiàn)在產(chǎn)品的加工精度要求達(dá)到超微米的水平，那就不能忽視由於機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)中溫度變化而引發(fā)的定位精度變化。所以現(xiàn)在特別強(qiáng)調(diào)購入新機(jī)床之後，必須在與實(shí)際加工狀態(tài)相符合的條件下進(jìn)行定位精度試驗(yàn).