GB T 17421.4-2003 机床检验通则 第4部分;数控机床的圆检验.pdf

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1、GB/T 17421. 4-2003/1SO 230-4 , 1996 前士-同GB/T 17421(机床检验通则分为如下几个部分2第1部分s在无负荷或精加工条件下机床的几何精度;第2部分2数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定;第3部分g热效应的评定，第4部分g数控机床的圆检验;第5部分z噪声辐射的评定g一一第6部分g对角线位移检验。本部分为GBjT17421的第4部分，等同1SO230-4，1996(机床检验通则第4部分g数控机床的圃检验)(英文版)。为便于使用，对于1SO230-4 , 1996(英文版).本部分还做了下列编辑性修改z按照GBjT1. 1-2000的规定进行了编写，增加了

2、目次和前言气规范性引用文件一章所列国家标准的名称后面标识了相应国际标准编号、一致性程度代号;一一原国际标准中参考文献为资料性附录D.按照GBjT1. 1的规定改为附录A、附录B、附录C后的一个要素;一删除了1SO230-4，1996的前言$将一些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、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(SACjTC22)归口。本部分起草单位g北京机床研究所。本部分主要起草人=徐光武、李祥文。I GB/T 17421. 4-2003/180 230-4 , 1996 机床检验通则第4部分:数

3、控机床的圆检验1 范围GB/T 17421的本部分规定了两线性轴线联动所产生的圆形轨迹的圆滞后、圆偏差及半径偏差的检验和评定方法。有关的检验工具见GB/T17421. 1-1998中的6.6.3说明。本部分的目的是提供一种检验数控机床轮廓特性的方法。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。凡是不注目期的引用文件，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

4、z在无负荷或精加工条件下机床的几何精度(eqvISO 230-1 ,1 996) 3 术语和定义下列术语和定义适用于GB/T17421的本部分。3. 1 名义轨迹nominal path 数控编程的圆形轨迹，它由直径(或半径)、圆心的位置及在机床工作区的方向来定义，既可以是一个整圆也可以是一个不小于90。的部分圆。3.2 3.3 实际轨迹actual path 按编程的名义轨迹运动时机床产生的轨迹。圆滞后Hcircular hysteresis H 两实际轨迹的最大半径差，其中个轨迹是顺时针轮廓运动，另一个是逆时针轮廓运动(见图1)。注2评定基准是两个实际轨迹的最小二乘方圆的圆心aLx + 两

5、个实际轨迹的最小二乘方圆的圆心$0 起始点zl 实际轨迹，顺时针方向32 实际轨迹，逆时针方向。圆滞后，Hxy=0. 008 mm -_ 固1囚滞后H的评定2 0 O.02mm -l GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4 , 1996 3.4 圆偏差Gcircular deviation G 包容在实际轨迹上的两个同心圆(最小区域圆)的最小半径差，如图2所示，还可用最小二乘方圆的最大半径范围来评定。3.5 2 注lz圆偏差不包括安装误差，即检验工具的定心误差。注2，圆偏差的测量不需要带标定长度的检验装置，而半径偏差需要.圆偏差G和半径偏差F之间的区别参照附录A.注3，当一个

6、平面内的一条线上的所有点都包含在半径差不超过给定值的两个同心圆内时，则认为这条线是圆的(见图2和GB/T17421. 1-1998中的6.6. 1)。+ 最小区域圆的圆心30 起始点sl 最小区域圆52 实际轨迹。回偏差，Gxy=口.012mm Lx 半径偏差Fradial deviation F 固2圃偏差G的评定实际轨迹与名义轨迹间的偏差，名义轨迹的圆心有下列两种:a) 机床上检验工具的圆心gb) 最小二乘方圆的圆心。O.02mm 一1 2 。注1，从圆心向外测量为正偏差，反之为负偏差(见图3)。半径偏差用最大差值F，ax和最小差值Frnin表示。注2当适用于上述的的情况时，半径偏差F包括

7、安装误差。注3，半径锦差F和圆偏差G的区别参照附录A。+ 名义圆的圆心pO 起始点3l 名义轨迹52 实际轨迹.厂xZ 半径偏差，F7:X,Truix =十0.008mm FZXmin = -0.006 mm 图3半径偏差F的评定O.02mm 一l z GB/T 17421. 4-2003/150 230-4 , 1996 3.6 轴线标志identification of ax四产生实际轨迹的运动轴线的标示符号。3. 7 轮廓方向sense of contouring(顺时针或逆时针的轮廓线，适用于四偏差G和半径偏差F)以运动轴线标志顺序表示方向，即运动方向是从第一个下标所表示的轴线正向移动

8、到第二个下标的轴线正向g例如X轴和Y轴顺时针运动所产生的圆偏差G.记为G口，逆时针运动时则记为GXY0 4 检验条件4. 1 环境在环境温度可以控制的场所，温度应设定为20C。对其他温度下测定的检验工具和机床标称读数应进行修正，获得在200C时的检测结果(仅适用于半径偏差的测量)。机床和有关的检验工具应在检测环境中放置足够长的时间(最好过夜).以确保在检验前达到热稳定状态。应避免气流以及阳光、上置热源等外部辐射的影响。4.2 被检机床被检机床应完成装配并经充分运转。在开始检验困滞后、圆偏差及半径偏差之前，应完成所有必要的调平和功能检验。全部圆检验均应在机床无负载，即元工件的条件下进行。4.3

9、温升检验前应按供方/制造厂的规定或供方/制造厂与用户的协议进行适当的升温。如未规定其他条件，则检验前的准备工作仅限于必要的检验工具的调整。4.4 检验参鼓检验参数包括2a) 名义轨迹的直径(或半径hb) 轮廓进给率;c) 按3.7表示的轮廓方向(顺时针或逆时针hd) 产生实际轨迹的机床运动轴线;e) 检验工具在机床工作区的位置;) 温度(环境温度、检验工具的温度、机床的温度).仅用于半径偏差的测量:g) 数据获得方法(当不等于360。时的数据采集范围，各不同的位置、实际轨迹的起始点和终点、用于数字数据获取的测量点数，是否采用了数据平滑处理); h) 在检验循环中机床使用的补偿，i) 滑动装置或

10、移动元件在非检验轴上所处的位置。4.5 检验工具的标定为了测量半径偏差，应标定检验工具的基准尺寸。5 检验方法为了检验圆滞后H.应顺序测量两个实际轨迹=顺时针轮廓方向和逆时针轮廓方向。所有与实际轨迹相对应的测量数据(包括反向点的峰值)都应在评定时采用。注，对于部分圆的半径偏差F.成使安装误差最小。6 结果的表达以下用数字数据确定的检验结果优先采用图解法表示:3 GB/T 17421. 4-2003/180 230-4 , 1996 a) 圆滞后H;b) 圆偏差G，用于顺时针或逆时针轮廓gc) 半径偏差，F m.x和Fmill，用于顺时针或逆时针轮廓，修正到20.C。表达检验结果的典型示例见图4

11、、图5和图6.检验报告应包括下列项目g检验日期g机床名称;测量装置;一一一检验参数(见4.4)。描绘的图形应标出放大比例。7 供方/制造广和用户之间的协商要点4 供方/制造厂和用户之间的协商要点如下2、a)机床检验前的温升(见4.3) ; b) 检验参数(见4.4) ; c) 需要提供的圆滞后H、圆偏差G和/或半径偏差F来自6.)，6b)，6c泣的检验结果数据。示例1检验日期z检验工具g检验参数年名义轨迹的直径:轮廓进给率z轮廓方向z月日被检机床的轴线(X、Y、Z): 检验工具的位置圆心(X/Y/Z): 对刀具基准的偏置(X/Y/Z): 一-对工件基准的偏置(X/Y/Z): 获取数据的方法起始

12、点=终点测量点数(仅用于数字数据): 一一数据平滑处理z使用的补偿非检验轴线位置:+ 两个实际轨迹的最小二乘方圆的圆心g赘起始点$桓线一一实际轨迹，从十YJ+X:细线一一实际轨迹，从+X到+L圆滞后.Hxy =0. 014 mm GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4: 1996 机床名称z40 mm 500 mm/min XY 250/250/100 mm 0/0/-80 mm 。/0/30mm 第四象限第四象限1 500 无无Z150 mm O.02mm 一 固4圆滞后H的数据表达示例5 GB/T 17421. 4-2003/150 230-4: 1996 示例22检验日

13、期g检验工具g检验参数年名义轨迹的直径g轮廓进给率z轮廓方向2月日被检机床的轴线(X、Y、Z): 检验工具的位置一一一圆心(X/Y/Z): 对刀具基准的偏置(X/Y/Z): 对工件基准的偏置(X/Y/Z): 获取数据的方法一一起始点z一一终点.一一测量点数(仅用于数字数据): 一数据平滑处理2使用的补偿z非检验轴线位置=+ 最小区域圆的圆心g骨起始点。圆偏差，Gxv=0. 018 mm 机床名称2250 mm 1000 mm/min +X JlJ+Y XY 250/250/300 mm 0/0/-80 mm 。/0/230mm 第四象限第四象限1 800 无无Z350 mm O.02mm 一

14、圈5圆偏差G鼓据表达示例6 GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4 , 1996 示伊tl3, 检验日期2检验工具g检验参数年月名义轨迹的直径.轮廓进给率2轮廓方向g日被检机床的轴线(X、Y、Z), 检验工具的位置温度圆心(X/Y/Z), 对刀具基准的偏置(X/Y/Z), 对工件基准的偏置(X/Y/Z)，环境温度g检验工具的温度g一一机床的温度2获取数据的方法一起始点2终点g测量点数(仅用于数字数据), 一一数据平滑处理z使用的补偿g非检验轴线位置:机床名称=150 mm 300 mm/min +YJ+X XY 250/250/100 mm 0/0/-80 mm 。/0/30

15、mm 22。22。220 第四象限第四象限1 800 无温度补偿Z150 mm O.02mm 一0.000 一-x日*+ 最小圆的圆心;赞起始点;0.000-名义轨迹。半径偏差.Fvx.!IIu=+O.5mm FYXmin = -0.013 mm 图6半径偏差F的鼓据表达示例7 GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4: 1996 附录A资料性附录)圆偏差G和半径偏差F的区别表A.l指出了圆偏差G和半径偏差F之间的区别。亵A.1 圆偏差G和半径偏差F之间的区别影响圆偏差G半径偏差F形状偏差包括包括直径偏差b不包括，因为不评定最小区城圆的直径包括位置偏差c不包括，因为最小区域圆的

16、位置由实际轨迹确定检验部分困时包括，用于一个整圆时不包括a圆和实际轨迹形状之间的偏差(例如2椭圆形状偏差)。b名义轨迹和实际轨迹的宣径锦差。c名义轨迹和实际轨迹的中心位置的偏差例如在X轴和Y轴上的偏差)。B GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4: 1996 附录B(资料性附录)典型的机床偏差对圆轨迹的影晌B. 1 概述本附录指出了典型的机床偏差对圆形运动的主要影响。这些独立的偏差表示了对实际被检圆轨迹的综合影响，因而仅用本附录中的资料不足以对圆测量进行详细分析。数控机床的两线性轴线联动产生的圆形轨迹，受两轴线的几何偏差和数控及其驱动装置偏差的影响。B.2 几何偏差的影响B.

17、 2. 1 累积直线定位偏差的影晌当X轴线运动过长时，如由于比例的偏差，圆形轨迹变成了椭圆，其长轴平行于X轴线。如果假定Y轴线没有偏差，平行于Y轴线的轨迹直径不变，即该直径等于名义直径L见图B.1a)J。当X轴线运动过短时，并假定Y轴线没有偏差，圆形轨迹变成了椭圆，其长轴平行于Y轴线。长轴的直径等于名义直径见图B.1b门。Y Y X a) X轴线运动过tbl x轴线运葫过短1 名义轨迹;2 实际轨迹。图B.1 轴线运动过短和过长时对圆形轨迹的影响B. 2. 2 轴线不垂直的影响X 假定在XY平面上具有垂直度偏差时.X轴线和Y轴线互不垂直且两轴线间的夹角大于900，圆形轨迹在长短袖方向分别为土4

18、50时变成为一个椭圆。长轴方向为45l见图B.2 a) J。当两轴线间的夹角小于900，圆形轨迹在长短轴方向分别为土45。时同样变成为一个椭圆，但长轴方向是+45l见图B.2b) J。9 GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4.1996 l 名义轨迹32 实际轨迹。圄B.2轴线不垂直对圆形轨迹的影响B.2.3 周期偏差的影晌周期偏差也影响圆形轨迹。圆形轨迹的偏差是非椭圆形的。假定Z轴线存在周期定位偏差，图B.3显示了轨迹的变化。十EYEZ7. z 圄B.3Z轴线周期偏差的影晌B.3 数控及其驱动装置的影晌由两个线性数控丰富线联动产生的圆形轨迹给出了数控系统及其驱动装置的动作信

19、息。每个轴线的运动都很复杂，当圆形轨迹的进给率保持不变时，轴线的行程、速度及加速度呈正弦或余弦变化。B. 3. 1 反向误差及其补偿的影晌当两驱动装置中存在任意反向误差时，则名义轨迹变成了中心点不同的四个1/4圆组成的圆形(见图B.4)。10 GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4: 1996 Y 十X 圄B.4未被补偿的反向误差当机床安装了反馈元件，可以使用数控系统对任意反向误差进行检测和修正。修正需要一段时间，致使反向点产生峰值(见图B.5)。机械的反向间隙越大或数控响应越慢(例如z位置环增益小)，这些峰值越高。机加工圆在反向点出现峰值，在线性轴线定位精度和重复定位精度检

20、验标准中未体现(例如zGB/T 1742 1. 2)，因为按照这些标准的规定，检验仅在机床停止运动后进行。+ -唱.X圄B.5补偿过的反向误差B. 3. 2 轴线加速度的影响如果圆形轨迹的进给率增大，则轴线的加速度相应地增大。轴线以下列方式运转2当进给率较高、频率较快时，运动的幅度减小。由此导致实际轨迹的直径比名义轨迹的直径小(见图B.6)。在下列情况下的圆形运动的实际轨迹21 低速轮廓进给率32一一中速轮廓进给率$3 高速轮廓进给率g4 起始点和终点。圄B.6轴线加速度的影响11 GB/T 1742 1. 4一2003/150230-4: 1996 在机床的数字控制中有专门的控制方法(例如:

21、比例积分控制环可使产生的圆形轨迹比标准圆形轨迹大，从而补偿相应轴线加速度的影响。B. 3. 3 不同跟踪误差的影晌(位置环增益误差)12 如果两轴线跟踪误差不同，圆形轨迹就变成一个椭圆。椭圆的长短轴方向分别为士450。随轮廓方向(顺时针或逆时针)的不同，长轴的方向分别是十450或-450(见图B.7)。进给率增大时，圆形的椭圆偏差也相应地增大。在下列情况下的圆形运动实际轨迹gI一一顺时针低速轮廓进给率32逆时针低速轮廓进给率，3一一顺时针高速轮廓进给率24 逆时针高速轮廓进给率95 名义轨迹。5 5 圈B.7不同跟踪误差的影院GB/T 17421. 4-2003/ISO 230-4: 1996

22、 附录C(资料性附录)直径和轮廓进给率的修正根据供方与用户间的协议或根据有关的机床标准确定名义轨迹的直径和轮廓进给率。当选择的直径或轮廓进给率与给定值不同时，为了保持轴线的加速度恒定，应按下列公式修正V , = V, YJ5万万2式中-V，一一轮廓进给率的计算值;V, 轮廓进给率的给定值;D, 名义轨迹的检验直径gD，一名义轨迹的给定直径。因为下列影响，直径变化应尽量小:机床几何偏差随名义轨迹直径的增加而增加，不同跟踪误差随轮廓进给率的增加而增加。示例:给定直径，D2二100mm; 给定轮廓进给率，Vz = 500 mm/min; 检验直径，D1=125mm; 计算出的轮廓进给率为，V，=50

23、0 vf25万而=559mm/mino 13 GB/T 17421.4-2003/囚0230-4:1996 14 参考文献1J GBjT 14721. 2-2000机床检验通则第2部分g数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定2J ANSlj ASME B5. 54一1992加工中心的性能评定方法3J BRYNA.J. B. 测量机和机床的简易检验法4J BURDEKIN .M.和PARK.J.Contisure用于数控(NC)机床轮廓精度评定的计算机辅助系统5J KAKINO.Y. .IHARA.Y.和SHINOHARA.A. 用于数控机床精度检验的双球杆法6J KNAPP. W.和HROVAT.S.数控机床的圆检验7J NAKAZAWA.H.和ITO.K.数控机床轮廓精度的测量系统