CN112123018A - 一种测试机床精度渐变特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种测试机床精度渐变特性的方法，属于机械及计算机技术领域。模拟机床实际使用情况，在机床总试验时长内，采用间隔加工方式切削同样型面试件，按照数控程序控制加工方式完成多次切削循环，测试每次循环加工的精度变化量，进而评价机床的精度渐变性能。本发明的优点是可操作性较强，对于快速评价机床精度的变化特征具有指导意义，特别适合于新产品的验证测试。

Description

一种测试机床精度渐变特性的方法

技术领域

本发明涉及一种测试机床精度渐变特性的方法，属于机械及计算机技术领域。

背景技术

对于长时间连续工作的数控机床，在加工过程中由于受内部热源与外部热源的热传导、热对流、热幅射等作用，使机床各零、部件上不同位置产生不均匀的温度变化，引起热变形。使机床的原始几何精度(冷稳态)和定位精度发生变化，该变化往往超过规定公差的若干倍(尤其是精加工机床)，进而导致机床加工精度发生变化，影响机床加工精度的稳定性。

国内外对数控机床渐变特性的研究，主要有三种测试方法。一种是跟踪数控机床一年左右时间，测试机床连续工作时的精度稳定性，但此方法时间跨度长，耗时耗力。另一种采用预压加载的方式，对机床主轴模拟加载70％最大抗力，试验完毕后检验机床相关几何精度，此方法需要有加载设备和相关的试验平台，成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足,根据机床在规定时间内试切多次，通过测试加工精度的变化量，反映机床的精度渐变特性。本发明提供一种测试机床精度渐变特性的方法，

一种测试机床精度渐变特性的方法,含有以下步骤；

模拟机床实际使用情况，在机床总试验时长内，采用间隔加工方式(经时加工)切削同样型面试件，按照数控程序控制加工方式完成多次切削循环，测试每次循环加工的精度变化量，进而评价机床的精度渐变性能。

还含有以下步骤；

规划试验流程步骤：试验总时长T，试验机床按照测试程序，循环执行N次，完成N个形状相同、尺寸差一致的切削试件的加工，测量结果。

T：试验总时长，取试验机床每天的工作时间；

N：循环次数，N≥8；

测试程序应包含加工程序和间隔程序两部分。依据试验机床用途，间隔程序可包含停机、空运转、其他用途切削等内容。测试程序执行时间应为T/N。

测试试验应在机床热稳定后开展。试验过程中，不允许调整试验机床。

设计切削试件步骤：

根据试验机床的设计目标和客户需求设计切削试件，并制定检测要求。检测要求包括尺寸或形位公差及光洁度要求。试件特征如下：

(1)切削试件包含的加工要素应能够体现试验机床加工工艺特性，对于数控车床可以选择包含内外圆加工工序的试件；对于加工中心可以选择包含平面铣削、镗孔等加工工序的试件。

(2)切削试件材料通常选用45钢、灰铸铁或合金材料。

(3)切削试件预先完成粗加工，留精加工余量。

制定工艺路线，编制测试程序步骤：

根据设计切削试件步骤设计的切削试件及检测要求，制定工艺路线；选择刀具、夹具，确定加工工艺参数；编制测试程序。

选择的刀具、夹具和相关工艺参数应具有通用性，可重复性。

试验步骤:

按照规划试验流程步骤规定的试验流程开展试验，完成N个试件的加工。

测量与评价步骤:

试验完成后，按照切削试件检测要求，使用相关测量仪器设备对切削试件进行测量，比较不同试件的加工精度，形成测量结果。

测试件的尺寸误差、表面几何形状误差、各面相互位置误差及表面光洁度差值不应超过试验机床加工的经济精度。

本发明的优点是可操作性较强，对于快速评价机床精度的变化特征具有指导意义，特别适合于新产品的验证测试。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的流程图。

图2为切削试件结构示意图。

图3为本发明的AC平行度测量结果曲线图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1、图2及图3所示，一种测试机床精度渐变特性的方法,以某立式加工中心为例，说明具体步骤如下：

步骤一、规划试验流程：

试验总时长取8h，按照测试程序，循环执行10次，完成10个形状相同、尺寸差一致的切削试件加工，测量结果并评价。

测试程序循环时间48min，其中间隔程序包含主轴空运转和各进给轴空运转动作。

主轴转速包括低、中、高转速在内的5种以上正转、反转和停止，高速运转时间不少于每个空运转程序所用时间的10％。各进给轴空运转应包括低、中、高和快速进给速度的正、反向进给组合在一起，在全行程范围内运行，运行高进给速度和快速移动的时间不少于每个空运转程序时间的10％。

步骤二、设计切削试件：

该立式加工中心为三轴通用加工机床，适应于黑色金属的半精加工和精加工，可完成铣、镗、钻、攻丝等工序数控加工。该机床工作台尺寸900×430mm，X、Y、Z向行程分别为560、430、510mm，定位精度0.008mm，重复定位精度0.004mm。

切削试件设置由两个加工区域构成，第一加工区域为正方形台阶面，各台阶高度差一致，台阶高度沿加工方向逐级递增；第二加工区域为孔加工面，各孔面的台阶高度差一致。

切削试件材料为45钢，外形尺寸为500×400×150mm，如图2所示。以上表面为基准面，第一加工区域采用逐层铣削的方式，正方形最大外形尺寸380×380mm，各台阶高度6mm，正方形单边相差6mm。第二加工区域采用逐层镗削的方式，最大镗孔尺寸70mm，各台阶高度6mm，各孔尺寸直径相差2mm。

切削试件检测要求如下：

测试项目	允差(mm)
		AC平行度	0.013
BD平行度	0.013
		AB垂直度	0.013
CD垂直度	0.013
		各台阶高度	0.03
M1与各个M同轴度	0.016
		M的圆柱度	0.016
4组圆(I/J/K/O)分别相对A1方向的位置度	0.02
		4组圆(I/J/K/O)分别相对B1方向的位置度	0.02

步骤三、制定工艺路线，编制测试程序：

根据步骤二设计的切削试件及检测要求，工艺路线。试件包括10组加工面，每组用立铣刀铣一个方形阶梯、镗四制定个孔，一次装夹完成，中间以机床空运转动作。加工顺序先铣方形阶梯再镗孔，依次从下向上加工。

使用螺钉压板夹紧试件，刀具为立铣刀和系列镗刀，镗孔尺寸范围50～70mm，切削参数如下：

建立工件坐标系，确定试件加工过程中刀具的运动轨迹和运动方向，编制数控加工程序和空运转程序。

步骤四、试验：

按照步骤一规定的试验流程开展试验。

步骤五、测量与评价：

按照步骤二切削试件检测要求，运用三坐标测量机测量。图3所示为AC平行度测量结果曲线图，具体数据如下表所示。

Order	Characteristic	Tol	Actual
				1	ParallelismA1-C1	0.013	0.0023
2	ParallelismA2-C2	0.013	0.0032
				3	ParallelismA3-C3	0.013	0.0036
4	ParallelismA4-C4	0.013	0.0044
				5	ParallelismA5-C5	0.013	0.0047
6	ParallelismA6-C6	0.013	0.0046
				7	ParallelismA7-C7	0.013	0.0050
8	ParallelismA8-C8	0.013	0.0047
				9	ParallelismA9-C9	0.013	0.0048
10	ParallelismA10-C10	0.013	0.0052

测试结果均不大于检测要求，且各循环加工后的各零件的精度变化较均匀，说明本测试机床的精度渐变性较好。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测试机床精度渐变特性的方法,其特征在于含有以下步骤；模拟机床实际使用情况，在机床总试验时长内，采用间隔加工方式切削同样型面试件，按照数控程序控制加工方式完成多次切削循环，测试每次循环加工的精度变化量，进而评价机床的精度渐变性能。

2.根据权利要求1所述的一种测试机床精度渐变特性的方法，其特征在于还含有以下步骤；

规划试验流程步骤：试验总时长T，试验机床按照测试程序，循环执行N次，完成N个形状相同、尺寸差一致的切削试件的加工，测量结果；

T：试验总时长，取试验机床每天的工作时间；

N：循环次数，N≥8；

测试程序应包含加工程序和间隔程序两部分；依据试验机床用途，间隔程序可包含停机、空运转、其他用途切削内容；

设计切削试件步骤：

根据试验机床的设计目标和客户需求设计切削试件，并制定检测要求；检测要求包括尺寸或形位公差及光洁度要求；

制定工艺路线，编制测试程序步骤：

根据设计切削试件步骤设计的切削试件及检测要求，制定工艺路线；选择刀具、夹具，确定加工工艺参数；编制测试程序；

试验步骤:

按照规划试验流程步骤规定的试验流程开展试验，完成N个试件的加工；

测量与评价步骤:

试验完成后，按照切削试件检测要求，使用相关测量仪器设备对切削试件进行测量，比较不同试件的加工精度，形成测量结果。

3.根据权利要求2所述的一种测试机床精度渐变特性的方法，其特征在于规划试验流程步骤中的测试程序执行时间应为T/N。

4.根据权利要求2所述的一种测试机床精度渐变特性的方法，其特征在于设计切削试件步骤中的试件特征如下：

(1)切削试件包含的加工要素应能够体现试验机床加工工艺特性，对于数控车床可以选择包含内外圆加工工序的试件；对于加工中心可以选择包含平面铣削、镗孔加工工序的试件；

(2)切削试件材料通常选用45钢、灰铸铁或合金材料；

(3)切削试件预先完成粗加工，留精加工余量。

5.根据权利要求2所述的一种测试机床精度渐变特性的方法，其特征在于测量与评价步骤中的测试件的尺寸误差、表面几何形状误差、各面相互位置误差及表面光洁度差值不应超过试验机床加工的经济精度。

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