GB T 17421.3-2009 机床检验通则.第3部分 热效应的确定.pdf

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1、ICS 25.080.01 J 50 中华人民机床检验通则iI二、道国和国国家标准G/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3 :2001 第3部分:热效应的确定Test code for machine tools-Part 3: Determination of thermal effects (ISO 230-3: 2001 , IDT) 2009-04-13发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2010-01-01实施发布GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3: 200 1 目次前言.1 l 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义.

2、4 简要说明.4 5 环境温度变化误差(ETVE)的检验.7 6 由主轴旋转引起的热变形.10 7 由线性轴线运动引起的热变形. . . 13 附录A(资料性附录位移传感器信息.18 附录B(资料性附录)需要的位移传感器数量的指南.21 附录c(资料性附录机床环境温度的指南.25 参考文献.27GB/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3 :2001 前言GB/T 17421(机床检验通则分为以下九个部分:一一第1部分:在无负荷或精加工条件下机床的几何精度;一一第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定;一一第3部分:热效应的确定;一一第4部分:数控机床的圆检验;一一-第5部

3、分:噪声发射的确定;一一第6部分z对角线位移检验;一一第7部分:回转轴线的几何精度检验;一一-第8部分z振动级别的确定;一一第9部分:GB/T17421机床检验系列标准的测量不确定性评估的基本方程式。本部分为GB/T17421的第3部分。本部分等同采用ISO230-3: 2001 (机床检验通则第3部分z热效应的确定)(英文版)。本部分与ISO230-3: 2001相比，编辑性修改内容如下:一一将国际标准的本部分改为本部分;一一用小数点符号代替作为小数点的逗号，;一一一删除了国际标准的前言和引言;一一-对ISO230-3: 2001引用的其他国际标准，有被采用为我国标准的用我国标准代替对应的国

4、际标准，未被采用为我国标准的仍采用国际标准;一一第2章规范性引用文件中用ISO1: 2002(产品几何量技术规范(GPS)产品几何量技术规范的标准基准温度和检验替换ISO230-3: 2001中引用的ISO1: 1975(工业长度测量的标准基准温度h一一将适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述。本部分的附录A、附录B和附录C为资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC22)归口。本部分起草单位:沈阳机床(集团)有限责任公司、北京机床研究所、北京镜床研究所、天水星火机床有限责任公司。本部分主要起草人z王兴海、李祥文、张维、张连姊、胡瑞

5、琳、李维谦、王惠芳。本部分为首次发布。I G/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3 :2001 机床检验通则第3部分:热效应的确定1 范围GB/T 17421的本部分规定了三种热变形检验，即:一一环境温度变化误差(ETVE)检验;一一由主轴旋转引起的热变形检验;一一由线性轴移动引起的热变形检验。由线性轴移动引起的热变形检验(见第7章)lt适用于数控机床，并用来量化轴线的热膨胀及收缩对定位精度和重复定位精度的影响程度。由于实际原因，在第7章描述的检验方法适用于线性轴线行程至2000mm的机床，如果用于轴线行程大于2000mm的机床，那么在每个轴的正常工作范围内选定一个有代表的200

6、0mm长度来进行检验。应当注意，对于本部分所描述的检验没有给出具体的公差值。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T17421的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不垃日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T 17421. 1-1998 机床检验通则第1部分:在元负荷或精加工条件下机床的几何精度(eqv IS0 230-1:1996) GB/T 17421. 2-2000机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确

7、定(eqv IS0 230-2: 1997) GB/T 17421. 4-2003 机床检验通则第4部分:数控机床的圆检验。SO230-4: 1996 , IDT) IS0 1 :2002 产品几何量技术规范(GPS)产品几何量技术规范的标准基准温度和检验3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 下列术语和定义适用于GB/T17421的本部分。机床标尺machine scale 与机床成为一体用来测量机床线性轴线或旋转轴线位置的测量系统。名义热膨胀差值(NDE)nominal differential thermal expansion 由于非20.C的温度所引起的被测物体的估计热膨胀值

8、和检验仪器的估计热膨胀值之差。名义热膨胀差值的不确定度(UNDE)uncertainty of nominal differential thermal expansion 由被测物体和检验仪器的热膨胀系数不确定度引起的综合热不确定度。注z其值由被测物体名义热膨胀不确定度的平方与检验仪器名义热膨胀不确定度的平方两者之和的均方根得出。环境温度变化误差ETVE1) environmental temperature variation error 指在机床性能测量过程中的任意时间段，只是对由环境温度引起的可能的最大测量不确定度进行1) 在此条定义中，按国际标准组织术语要求，应使用术语偏差(devi

9、ation)代替误差(error)，然而由于使用ETVE的历史长久，作为对国际标准组织术语的/，-例外，委员会同意保留这一术语。1 GB/T 17421.3-2009/150 230-3: 200 1 评估。3.5 3.6 注2在本部分中，符号ETVE(z.8t:】表示ETVE值是沿Z方向，并且环绕温度变化为8C时获得的值。环辑温度变化误差引起的不确定度(UETVE)uncertainty due 四世ronmental阳呻eraturevariation error 指在机床性能测量过程中，由于环境温度的变化而使机床发生变化引起的标准不确定度。注1:其值由ETVE的平方除以12的均方根得出。

10、注2:由环境温度变化误差引起的机床不确定度的评估按照第5章环境检验进行。综合标准热不确定度2(ucr) combined standard thermal uncertaintf 指在长度测量时由于非20.C稳定均匀的环境温度下引起的综合不确定度。注1:综合标准热不确定度由环绕温度变化误差的不确定度(UET咽)、温度测量的不确定度(UTM)和名义热膨胀差值(UNDE)的平方和的均方根得出。注2:综合标准热不确定度的评定详述见ISO/TR16015. 3. 7 dX1 60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部Pl位置处测得的位移范围。3.8 dX1 指在整个

11、主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向上，在距主轴端部Pl位置处测得的位移范围。3.9 dX2 60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。3. 10 dX2 1 指在整个主轴运转时间。内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。3.11 dy1 60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部Pl位置处测得的位移范围。3. 12 dy1 1 指在整个主轴运转时间。内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部Pl位置处测得的位移范围。3.

12、13 dY2 60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。2) 此术语等同于ISO/TR160151J中的定义由热效应引起的综合标准尺寸不确定度。2 GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3:2001 3. 14 dY2 1 指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时i沿Y轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。3. 15 dZ 60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Z轴方向测得的位移范围。3. 16 dz.1 指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引坦的热变形时，沿Z轴方向测得的位

13、移范围。3.17 dA60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕X轴转动的角度偏差范围。3. 18 dAt| 指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引腥的热变形时，测得的绕X轴转动的角度偏差范围。3.19 dB60 指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕Y轴转动的角度偏差范围。3.20 dB 1 指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕Y轴转动的角度偏差范围。3.21 elx.+ 在检验周期内，沿+x轴方向上在目标位置l处测得总的热漂移范围。3.22 e1x.-在检验周期内，沿-x轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.23

14、 e2x.+ 在检验周期内，沿+x轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.24 e2x.-在检验周期内，沿-x轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.25 e1 y.+ 在检验周期内，沿+y轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.26 在检验周期内，沿-y轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.27 e2y.+ 在检验周期内，沿+y轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3 GB/T 17421.3-2009/180 230-3: 200 1 3.28 e2y.-在检验周期内，沿-y轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.29 e1z.+ 在检验周期内，沿+z轴

15、方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.30 在检验周期内，沿一Z轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.31 e2z.+ 在检验周期内，沿+z轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.32 e2z.-在检验周期内，沿一Z轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。4 简要说明4. 1 计量单位在GB/T17421的本部分中，所有的线性尺寸和偏差都以毫米(mm)表示。所有的角度大小都以度。表示。角度偏差通常以比值表示，但在有些情况下为了清晰起见，可用微弧度(rad)或角度秒勺表示，其换算关系见下式z0.010/1 000=10rad:2 温度以摄氏度(C)表示。4.2 参照GB/T

16、1742 1. 1一1998标准说明使用本部分时应参照GB/T1742 1. 1-1998，尤其是机床检验前的安装和检验仪器的推荐精度。4.3 推荐的检验工具和检验仪器本部分推荐的检验仪器仅为示例。可以使用相同指示量和具有相同精度的其他检验仪器。为第5章、第6章和第7章检验推荐使用的检验仪器和检验工具如下za) 具有合适测量范围、分辨率、热稳定性和精度的位移测量系统如z用于测量由线性轴移动引起热变形的激光干涉仪，测量环境或主轴旋转引起热变形的电容、电感或可伸缩接触式位移传感器)。b) 具有足够分辨率和精度的温度传感器如z热电偶，电阻式或半导体温度计。c) 数据采集装置，如z所有通道可连续监视和

17、绘图的多通道图像记录仪，或计算机数据处理系统，在此系统中所有通道至少每5min采样一次S，并可存储数据，便于以后分析。注z如果元适用的计算机系统，可用人工进行数据处理。d) 检验棒，最好用钢材制造，并应符合有关标准的规定，或经由供应商/制造商和用户双方协商规定，见GB/T17421.1-1998的A.30 e) 用来安装位移传感器的夹具，最好用钢材制造，并应符合有关标准的规定，或经由供应商/制造商和用户双方协商规定。夹具的设计应使由温度梯度引起的局部热变形达最小。在可能情况下，轴线的位移传感器(见图1、图2和图3)可以直接靠在主轴端部，以减少检验棒热膨胀的影响。3) 有些温度补偿系统显示的循环

18、时间小于5min.在这样的场合，监测频率应相应地增加。4 GB/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3:2001 1一一环境空气温度传感器;2一一主轴轴承温度传感器;3一一-检验棒E4一一位移传感器;5 夹具;6一一-用螺栓固定在工作台上的夹具。+B +Y 2 A +z +x 图1在立式加工中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图1一一环境空气温度传感器;2一一主轴轴承温度传感器。+Y k_+: Z A 固2在卧式加工中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图4 5 2 5 GB/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3:2001 +x

19、+z 1-一环境空气温度传感器52一一主轴轴承温度传感器53一一检验棒z4一一位移传感器;5一一夹具z6一一刀架57一一卡盘。7 看企+Y I+B . a. _+x 、-+A、+zA 固3在斜床身车削中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图测量仪器的精度应定期校验，例如，通过传感器漂移进行检验(见A.5)。检验开始前，测量仪器应进行热平衡。4.4 机床检验前的条件6 机床在装配后，应按照机床供应商/制造商说明书的要求充分运行，并且必须作记录。在机床检验前，所有必要的调平、几何调整和功能检验都应完成。机床及附属装置应处于动力接通状态，轴线处于保持位置，主轴不旋转。应按供应商/制

20、造商的规定或按检验仪器的说明通电足够的时间，以便内部热源达到稳定状态。机床与检验仪器应避免受到气流和外部辐射如上置的加热装置或者光线等的影响。所有检验应在机床元负荷下进行。对于工件和刀具各自具有独立运转主轴的机床，应按照第5章和第6章的检验方法，在机床上一个共用的固定位置分别对每个主轴进行检验。如果机床具有一些靠硬件或软件的补偿能力或设施(如采用气冷或液冷可使热效应达到最小，则在检验时所使用的补偿手段和设施都应作记录。4.5 检验服序本部分第5章、第6章、第7章中叙述的检验方法既可单个使用，也可组合使用。当组合使用时，应按照在本部分中出现的先后顺序依次进行。4.6 检验的环境温度根据ISO1:

21、2002的规定，所有线性测量都应在室温为20.C时进行，并且要求在测量仪器和被测物6 GB/T 17421.3-2009/180 230-3: 200 1 体(如:机床与周围环境达到热平衡时进行测量。如果测量时环境温度没有保持在20.C，应使用热膨胀差值(NDE)对测量系统和被测物体(机床)之间的测量结果进行修正，以符合20.C室温的测量条件。如:在使用激光干涉仪进行线性位移的典型测量中，测量时应记录激光束周围的环境温度和机床标尺的温度，并计算激光干涉仪预期的长度变化值(由于环境温度和压力发生变化，激光的波长发生变化)和机床标尺预期的长度变化值(由于环境温度变化造成)。两者长度变化值之差为名义

22、热膨胀差值(NDE), 并用名义热膨胀差值修正激光干涉仪原先测得的数据，而得到20.C的线性位移偏差。然而，本部分的目的是鉴别机床在各种变化环境温度条件下的性能，对NDE修正要求不严格。NDE修正仅用于检验仪器和机床上放置工件的常用部位之间测量。机床正常操作应使用其内置NDE的修正，附加的NDE仅用于测量的修正，而不应对机床标尺的热变形进行校正。5 环境温度变化误差(ETVE)的检验5. 1 总则环境温度变化误差mTVE)的检验目的是揭示环境温度变化对机床的影响和评估对其他性能测量期间的热感应误差。本检验不应用作机床之间的比较。ETVE应按GB/T17421的本部分中5.2叙述的漂移检验方法来

23、测定。如果测量仪器的校正实施需要对环境因素(诸如气温和压力)进行补偿，那么这些补偿应该被使用。如果测量仪器具有NDE修正功能，那么这些功能应该被使用。把所提供的监测原材料温度的传感器安放在机床上放置工件的常用部位。这些装置的使用情况应作记录。为便于机床通过验收(机床达到规定的精度)，建议机床供应商/制造商提供有关环境温度的指南。一般性的指南可以包括诸如:平均室温、偏离平均遭温变化的最大幅度和频率范围以及环境的温度梯度。用户的责任是:在机床的安装地点提供一个可以进行验收的温度环境，以便在此温度环境下对机床进行操作和性能检验。如果用户按照机床供应商/制造商指南的要求提供了相应的温度环境，而机床达不

24、到规定性能要求，那么责任就由机床的供应商/制造商承担。在机床测量过程中由热效应引起的总的不确定度被定义为综合标准热不确定度。当性能测量环境条件和ETVE检验的环境条件可比较时，综合标准热不确定度(见3.的可以通过所描述的检验进行评估。综合标准热不确定度不应超过用户和机床供应商/制造商协商规定的数值。5.2 检验方法图1、图2和图3分别给出了立式加工中心、卧式加工中心和车削中心典型的测量仪器安装方式的例子。位移传感器牢固地装在夹持工件和夹持刀具区域上的非旋转部位，以便测量za) 机床轴线沿平行于三个相互垂直坐标轴线方向进行运动，测量夹持刀具的部件和夹持工件的部件之间相对位移。安装测量装置的确切位

25、置应同检验结果一起记录下来。b) 绕机床X轴线和Y轴线的倾斜或旋转。与主轴前轴承相隔最近的机床结构的温度、机床相邻区域的空气温度，以及与主轴端部等高区域的温度应至少每5min采样一次4)。测量与机床相隔一个适当距离的环境温度也非常必要，以避免由于机床的一些热源(例如:液压元件)引起的对周围空气温度的影响。尽管所测量温度不完全与所测位移有关，但它可预示出在环境温度变化下机床结构的热变形。注2为了保证ETVE的结果一致性，有必要监视ETVE的检验过程，这样一旦测量环境发生显著变化，就能够被发现。一旦安装完成，应允许在尽可能长的时间内连续进行漂移测量，以使在正常的性能测量条件下偏差最小。当测量工作是

26、阶段性进行(如测量仪器相对一测量基准的定期重新调整时，持续检验时间应超过一段时间(超过时间为检验时重复调整的时间)，或经过机床的供应商/制造商和用户协商规定的时间。5.3 检验结果的说明通常以图表的形式将热变形和温度与时间的关系打印出来(示例见图的。但这个打印的结果不应的有些温度补偿系统显示的循环时间小于5min.在这样的场合，监测频率应相应地增加。7 GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3:2001 被用来进行机床之间的比较。这样一个打印的ETVE值可以认为机床每一轴线的线性位移精度或机床工作空间内三个相互垂直平面内的圆检验的综合标准热不确定度。为了在任一性能测量中使用综合标

27、准热不确定度，在某一项特定性能测量过程中应连续记录环境温度。如果记录的值显示的环境温度与获得ETVE值时的环境温度相差很大，那么这次测量得到的ETVE值就应视为元效。在这种情况下，应对ETVE值重新评定，或者将环境温度调整到ETVE时的环境温度530另外，测量仪器必须具有热稳定性。nv销国28 27 26 25 24 23 0.001 -0.001 -0.002 -0.004 -0.003 。目EmR剧m22 一0.00521 300 时间/min240 180 120 60 aHWBEA- eo nu nu -nv 倒耐拥26 25 23 24 5 4 3 -2 一32 。一1FV除以倒摆2

28、2 21 . 300 时间/min240 180 120 60 -4 nu,., 民川环镜温度变化误差(ETVE)下列ETVE值从上面曲线图获得以检验lh的数据为例ETVE(x.I.1 C) =0. 001 5 mm(90 min、，150min); ETVE(A.I.l C) =3(1 10 min-170 min); ETVE(Y.O.6 C) =0. 000 6 mm(230 min-290 min); ETVE(B.l.I C) =3气110min-170 min) 0 ETVE(z.1. 2 C)=0.001 0 mm(100 min-160 min)。a环挠温度。b主轴温度。C绕X

29、轴旋转。d绕Y轴旋转。ETVE检验的温度和变形对时间曲线圄4机床位能测量中环绕温度的最大变化应小于或等于在ETVE检验期间的环境温度变化。5) 8 G/T 17421.3-2009/ISO 230-3 :2001 在不同方向测量时，应使用同一图表中不同的ETVE值。例如:沿机床Z轴方向测量线性位移时，ETVE(Z)值为在进行线性位移测量的一段时间内测取的Z轴线上热变形的最大范围。其他方向上的ETVE(Y)值和ETVE(X)值可以采取同样方法进行确定。在测量包括不止一个轴线的运动时，如在XY平面的圆检验中，通常以ETVE(X)和ETVE(Y)的最大值作为ETVE.对于角度偏差测量，ETVE值是通

30、过计算在段时间内测取的绕X轴线和Y轴线倾斜的偏差的最大值得到的。在任意规定时间内，倾斜角A和B是通过沿一轴线的两个位移传感器读数之差除以两个面向同一个方向的传感器之间的距离L获得的。计算公式如下zA = (Y1- Y2)/L B = (X1- X2)/L ETVE(A) = A的最大值ETVE(B) = B的最大值为了确定机床某一性能检验(例如:对于一个指定方向的测量)中的ETVE值，应在ETVE图表中选取一个合适的间隔，这个间隔的时间正好与性能检验的时间是一样长，并且曲线具有最大斜率。在这个时间间隔内的最大变化量，就作为这次检验中有效的ETVE值。例如:机床线性定位精度检验中的ETVE(X)

31、值是持续大约1小时，在时间刻度上90min 150 min时间段内确定的。从图表中的这个时间间隔内得到的这次检验的ETVE值为0.0015 mm(见图4)。5.4 检验结果的表达通常测量数据以温度和热变形对时间的变化曲线的形式打印出来(见图的。为表示温度的变化量，测量期间每一个方向的ETVE值都应记录下来，例如:ETVEcz.J.2 C) =0. 001 0 mm。下面的信息应与检验结果一同记录(见图曰:a) 设置的测量位置(位置凹的坐标，见图1); b) 温度传感器的位置;c) 传感器的类型;d) 检验棒和夹具的简图和材料;e) 使用的热补偿程序/装置;f) 协商规定的任何特殊检验过程zg)

32、 检验的时间和日期;h) 检验前机床的准备过程(包括检验前辅助设施的操作时间); 。如果与图1、图2、图3和图5中所示的坐标体系不同时，用X、Y、Z、A、B表示偏差的正向。检验日期z机床2温度传感器/位置(环绕空间): 检验棒z夹具z使用的热补偿2温升过程=滑板位置z测量位置P1:传感器距离L(凹，P2): 年/月/日AAA，立式加工中心/X=l000 mm,Y=600 mm,Z=800 mm 热电偶/距主轴前端Y=300mm(前),X=200 mm(右钢，llm/(m.C)，直径60mm，长度200mm，40号锥度钢，llm/(m.C) ,200 mmX 100 mmX 50 mm，装夹在工

33、作台中心带有温度传感器的泊冷却器冷启动X=500 mm,Y=300 mm,Z=400 mm,C=O X=500 m，Y=300 mm,Z=220 mm(距工作台面的高度150 mm 针对ETVE)(针对主轴旋转)一一主轴转速范围z 4 000 r/min，恒速-一在每一转速停留的时间z一元一一特别说明:一元图5ETVE检验和自主轴旋转引起的热变形典型补偿试验安装信息9 GB/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3:2001 1一一环横空气温度传感器p2一一主轴轴承温度传感器53一一检验棒E4一一位移传感器;5一一夹具s6一一用螺栓固定在工作台上的夹具。6 由主轴旋转引起的热变形6.

34、 1 总则+B +Y 固5(续2 4 5 +2 A +x 本项检验是为了识别由主轴旋转产生的内部热源和沿着机床结构形成的温度梯度对机床结构变形的影响，这种变形通过检测工件和刀具之间的变形得到的。因为这项检验与主轴的发热程度相关，所以这项检验仅适用于具有主轴旋转的机床。6.2 检验方法图1、图2和图3分别给出了立式加工中心、卧式加工中心和车削中心典型的测量仪器安装方式的例子。位移传感器的固定装置应牢固可靠地安放在机床夹持工件或夹持刀具区域上的非旋转部位，以便测量z10 a) 沿平行于机床行程运动方向的三个相互垂直轴线上，测量夹持刀具的部件和夹持工件的部件之间相对位移，安装测量装置的确切位置应同检

35、验结果一起记录下来;b) 绕机床X轴线和Y轴线的倾斜或旋转。与主轴前轴承相隔最近的机床结构的温度、机床相邻区域的空气温度，以及与主轴端部等高的温度GB/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3 :2001 区域应至少5min采样一次6)。测量与机床相隔一个合适距离的环境温度也非常必要，这可以避免任何由于机床的热源(例如:液压元件)引起的对周围空气温度的影响。尽管所测量温度不完全与所测位移有关，它们却可以预示出环境和机床的温度变化。检验程序应按以下两种规定的主轴转速范围之一进行:一一主轴转速变化图谱，见图6示例;一一一与最大转速成某一比例的恒定转速。240 时间/min180 120

36、60 100 15 50 25 wa迈尔阳军刷刷都惶峭窑州热变形试验主轴速度固谱示例在检验中选择主轴转速图谱还是选择同最大转速成某一比例的恒定转速，应在各类机床标准给予规定。必要时，对于特殊的检验过程(例如:检验前进行一定的温升循环)可经机床供应商/制造商和用户协商，按照他们自定的特殊要求进行检验。选择的主轴转速图谱应为机床实际使用的转速范围。例如:对于加工中心，主轴的转速图谱由不同的主轴转速构成，可以选择每种主轴转速做2min15 min 的运行，在运行中间做1min15 min的间歇停车来代表典型的加工条件。对所有的传感器输出应以4h为一个采样周期。当最后60min测出的变形量小于最初60

37、min内最大变形的15%时，可以结束采样;或者满足用户和供应商/制造商同意的其他条件，也可结束采样。二者任选其一。采样结束主轴停止后，传感器应继续监测至少1h的周期(时间。在主轴旋转时的检验过程中，应消除检验棒的径向跳动的影响7飞6.3 检验结果的说明检验结果应该以图表的形式将热变形和温度(环境温度和主轴轴承的温度对时间的曲线打印出来，见图70图611 有些温度补偿系统显示的循环时间小于5min，在这样的场合，监测频率应相应地增加。消除检验棒径向跳动的影响，可采用低通滤波器、平均法或与主轴定向同步采集数据。6) 7) GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3:2001 - 48自

38、24 。叫44 40 36 32 28 60 -dkhu s 可120 y1 240 180 注z为图表清晰所示为负Z向数据SJU内可0.14 0.12 0.08 0.06 0.02 0.10 0.04 。EE险制40自25 m-OM 唰35 30 240 180 120 60 40 nu-EE- 内UA 30 20 10 。FV盹院副mMmm帆nunuanu aunununu nunununu ag庐Oaan42目、之谓*挥州。300 时问/min240 180 120 60 a机床结构温度。b环境温度。C绕Y轴旋转。d绕X轴旋转。e主轴最高转速=6000r/min。检验内容Xl/mm Yl

39、/mm Z/mm A/(勺B/(勺在最初60min期间0.008 0.048 一0.0616 22 在主轴运转周期时间，t=240min 0.020 0.124 一O.108 24 38 距离(L)150 mm 在加工中心上囱主轴旋转引起的热变形的温度和变形对时间图表圄712 GB/T 17421.3-2009/180230-3 :2001 从曲线图中可以评估机床结构的温升对机床保持刀具与工件的相对位置能力的影响程度。应当指出，主轴的起动和停止可能会引起图形的偏移，这是由于检验棒跳动引起的。在评定热变形时这种影响应忽略不计。角度变形曲线图(见图7)是通过计算倾斜角A和B得出的(见5.3)。6.

40、4 检验结果的表示在最初60min内，沿机床每一轴线的位移(dXI60、dYi.60、dZ60，dA60、dB60)和在主轴整个运转期间沿机床每一轴线的位移(dXIt, dYi.t , dzt , d A t ，dBt，其中t为主轴整个运转时间)，应和朝同一方向的两个传感器之间距离L(见图1、图2和图3)一同记录下来。应按图7给出的示例将表1中所示值与温度和变形对时间的曲线图一同来表示，下面这些参数应和检验结果一同记录(见图曰:a) 设置的测量位置(位置凹的坐标，见图1);b) 温度传感器的位置;c) 传感器的类型;d) 检验棒和夹具的简图和材料;e) 使用的热补偿程序/装置;f) 主轴转速范

41、围;g) 协商规定的任何特殊检验程序;h) 检验的时间和日期;i) 检验前机床的准备过程(包括检验前操作时间周期。表1由主轴旋转引起的热变形检验结果的表示检验内容在最初60min内在主轴运转的整个周期距离(L)7 由线性轴线运动引起的热变形7. 1 总则Xl d XI.60 d X1 t Yl Z d YI.60 d Z60 dY1 t dz. A B dA 60 d B60 dA t dB也本检验是为了识别机床定位系统内的热源对机床结构变形的影响，这种变形通过在行程方向上检测工件和刀具之间的变形得到。本检验简要说明了在机床升温过程中机床轴线在两个位置上的漂移量和机床标尺的伸长量。本检验仅适用

42、于数控机床。7.2 检验方法位移测量仪器应放置在两个目标位置之间，以便测量检验轴线(对应于刀具和机床工作面之间的相对运动)移动的距离。目标位置的选择应尽可能靠近机床的行程最大点。通常，两个附加的反向位置被选择在测量范围外侧，以便双向测量。典型的测量仪器安装方式如图8和图9所示。什-4;一一什a)使用一个指示器的安装方式图8加工中心的X轴移动引起的热变形测量典型安装方式13 GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3: 200 1 14 fV一-E句-、一b)使用二个指示器的安装方式1一一主轴z2一一指示器;3一一检具54一一工作台。固8(续+Y+X c)使用激光干涉仪的安装方式a)

43、使用一个指示器的安装方式1一一刀架52一一指示器;图9b)使用激光干涉仪的安装方式3一一检具s4一一卡盘。+x +z 革削中心的Z轴移动引起的热变形测量典型安装方式G/T 1742 1.3-2009/ISO 230-3 :2001 通过编程应使轴线从两个反向位置的其中之二开始，移动到目标位置1，并在这里停留足够长的时间(停顿时间)后开始进行实际位置的读数和记录二然后将轴线以相同方向移动到目标位置2处，在目标位置2处测取读数。然后继续向同一方向移动-段距离后，向反方向移动，直至达到目标2的反向位置。反向移动期间，在目标2和目标1处测取读数并记录。然后按顺序重复进行检验，并记录双向移动时两个目标位

44、置的数据。经用户和机床的供应商/制造商协商达成的协议，可选择附加的测量点。编程的移动速度应是快速移动速度的某一比例。这个比例和停顿时间将由各类机床标准规定。停顿时间和移动速度不同产生的热量会不同，因此轴线的漂移量也不同。这些检验中的停顿时间和移动速度可经用户和机床的供应商/制造商的协商而改动。在这些检验中，环境温度应至少每5min8l采样一次。检验过程应持续4h，当最后60min的变形量小于最初60min内最大变形的15%时，就可以停止测量。有些情况下，如果要考察一系列的程式动作(如z定期刀具调整)，检验的完成将超出一段时间(超过时间为重复进行相关活动的时间)，或超出经用户和供应商/制造商协商

45、确定的其他时间。每次检验结束后应有充足的时间使机床冷却下来。如果测量仪器存储有限，不能存储大量的测量数据，那么对两个目标位置的测量就应设定一段间隔，例如:间隔每5个双向运动循环测取一次读数。两种测量流程图如图10所示。测量详细过程应记录下来。注:在机床冷却过程中测量漂移非常有效。为了进行测量，在检验结束后，机床应停留在目标位置，在机床冷却过程中，定期记录漂移，并以最大漂移计。起点0测量点目标位置1目标位置2a)在目标位置连续测取读数的测量图表图10测量由线性轴引起的热变形的测量流程固8) 有些温度补偿系统显示的循环时间小于5min，在这样的场合，监测频率应相应地增加。15 GB/T 17421

46、.3-2009/150230-3:2001 起点- -d 食H食食11食Io 口食IIr 目标位置1口。测量点1食食食标有停顿时间的点/51食1食1食1 1 1 目标位置2b)在若干个循环间隔后的目标位置测取读数的测量图表图10(续如果测量仪器正确的操作需要对诸如气温和压力这样的环境因素进行补偿，那么这些补偿应被使用。如果测量仪器具有NDE修正功能，那么这些功能应被使用，把所提供的温度传感器放置在机床常用的安放工件的部位上。7.3 检验结果的说明在检验结束后，通常获得四条位置漂移对时间的曲线，这四条曲线分别表示两个目标位置处每一个方向上的位置漂移误差。另外，还应提供在测量中测取的环境温度对时间的曲线。应该指出，机床轴线的重复定位精度会对结果产生影响。7.4 检验结果的表示16 每次定位采集的数据都应以位置偏差对时间的曲线来表示，见图11.一一偏差elx.+是目标位置1在X轴正向热偏移的总量z-一偏差e缸.+是目标位置2在X轴正向热偏移的总量z一一偏差e1x.-是目标位置1在X轴负向热偏移的总量;一一偏差e2x.-是目标位置2在X轴负向热偏移的总量。检验日期z机床z检验仪器和序列号2受检轴线及其位置g定位标尺类型z定位标尺的热膨胀系数g使用的热补偿z温升过程g未受检铀的位置z进给速度2起始点和结束点g在每一个目标位置的停留时间z数据采集