1.1　为什么数控机床一定要进行校准

　　对每个工厂来讲，购买数控机床都是一笔相当可观的投资。为使工厂成百万乃至上千万之投资的设备在生产中真正发挥中坚作用，保证加工出合格的零件，尽快回收成本是至关重要的。
 

　　经验表明，80%以上的机床在安装时必须在现场调试后才能符合其技术指标。因此在新机床验收时，要进行检定，使机床一开始安装就能保证达到其技术指标及预期的质量和效率。

　　另外经验也表明，80%已投入生产使用的机床在使用一段时间后，处在非正常超性能工作状态，甚至超出其潜在承受能力。

因此，通常新机床在使用半年后需再次进行检定，之后可每年检定一次。定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可切实改善生产使用中的机床精度，改善零件加工质量，并合理进行生产调度和机床加工任务分配，不至于产生废品，大大提高机床利用率。总之，及时揭示机床问题会避免导致机床精度损失及破坏性地使用机床。

　　随着数控技术的进一步推广应用，越来越多的数控机床利用自身带有的测头系统来进行工件尺寸检测、刀具尺寸检测及进行仿形数字化。要知道上述功能的实现，与机床自身的精度密切相关，若机床精度不作定期校准，则谈不上准确地完成上述工作。

1.2　数控机床常见检测标准

ISO230(标准)、VDI3441(德国工程师协会标准)、NMTBA(美国机床协会标准)、JISB6330(日本国家标准)、ASMEB5.55(美国机械工程师协会标准)、GB10931(中国国家标准)。

　　雷尼绍ML10激光干涉仪线性位移测量软件可提供按下述标准进行的数据分析：

a.BS4656英国三测机标准；

b.BS3800英国机床标准；

c.ISO230-2标准；

d.VDI/DGQ3441德国工程师学会机床标准；

e.VDI2617德国工程师学会三测机标准；

f.NMTBA美国机床协会标准；

g.GB10931-89中国国家标准；

h.ASMEB89.1.12M美国机械工程师学会标准；

i.ASMEB5.54美国机械工程师学会标准；

j.E60-099法国标准；

k.JISB2330日本国家标准。

　　上述标准的进一步介绍，请参见公开发表的有关标准文本。

2　数控机床常见精度要求及传统检测方法
 

　　归纳起来，数控机床的精度要求有如下几个方面：

2.1　几何精度：
 

　　项目：几何精度包括直线度、垂直度、俯仰与扭摆、平面度、平行度等；

　　工具：传统方法采用大理石或金属平尺、角规、百分表、水平仪、准直仪等；

　　特点：传统采用人工操作，手工记录数据与计算，精度低，多用于小型机床。

2.2　位置精度：
 

　　项目：数控机床位置精度包括定位精度、重复定位精度、微量位移精度、反向间隙等；

　　工具：传统方法采用金属线纹尺或步距规、电子测微计、准直仪等；

　　特点：当机床规格稍大一点时，传统方法其相应的标准器件很重，且精度太低，受环境温度的影响大，其检验方法极冗长乏味，且检验重复性也很差，难以反映受检机床的真正精度。数控处理必须手工进行，繁琐、易出错。
 

2.3　工作精度：

　　项目：美国NAS(国家宇航标准)979在20年前就制订了标准化的“圆形—菱形—方形”试验(现在是CMTBA的标志)。

　　工具：准备铸铁或铝合金试件、铣刀及编制数控切削程序，高精度圆度仪及高精度三坐标测量机做试件精度检验。

　　特点：该方法需要仔细定义试件的切削方法和测量切削结果；可能要花几天时间，这依赖于计量室的条件。

　　然而即使是这种测试也无法评估机床的所有性能，“圆形—菱形—方形”试验的大多数切削运动是在X-Y平面上进行的，因此沿X-Z和Y-Z平面上的精度大部分没有测定。

3　英国雷尼绍公司*技术
 

　　英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前(激光干涉仪和球杆仪)、序中(数控机床用工件测头及对刀测头)和序后(三测机用测头及配置)检测的成系列质量保证手段。它的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂即工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。
 

3.1ML10激光干涉仪

　　*，激光的波长是极其稳定的，因此在标准中激光干涉仪是**的进行数控机床精度检定的仪器。它可以测量各种几何尺寸的机床，甚至长达几十米的机床并诊断和测量各种几何误差。其精度比传统技术至少高十倍以上。激光干涉仪可进行自动数据采集。既节省时间又避免操作者误差，它以PC机为基础，避免了人工计算，可以立即按标准和我国国标进行统计分析。
 

　　雷尼绍ML10激光干涉仪为机床检定提供了一种高精度仪器，它精度高，达到±1.1PPM(在0～40℃下)，测量范围大(线性测长40m，位选80m)。测量速度快(60m/min)，分辨率高(0.001μm)，便携性好。由于雷尼绍激光干涉仪具备自动线性误差补偿能力，可方便恢复机床精度，更受到用户欢迎。

　　为使大家进一步了解ML10激光干涉仪在检测数控机床精度方面所具有的*优点，下面将着重介绍ML10激光干涉仪在精度检测中的应用。

(1)几何精度检测：

　　项目：几何精度包括直线度、垂直度、俯仰与扭摆、平面度、平行度等；

　　工具：ML10激光干涉仪、直线度光学镜、垂直度光学镜、平面度光学镜、角度镜组件等；

　　特点：可采用自动数据采集及分析，精度高，测量范围大。特别是雷尼绍直线度光学镜具有其*的设计，大大改善了调光的复杂程度。

(2)位置精度的检测及其自动补偿：

　　项目：数控机床位置精度包括定位精度、重复定位精度、微量位移精度等；

　　工具：ML10激光干涉仪、线性光学镜等；

　　特点：利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差，而且还能通过RS232接口，自动对其线性误差进行补偿，上述过程是自动进行的，比通常的补偿方法节省了大量时间，并且避免了手工计算和手动数据键入而引起的操作者误差，同时可zui大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到*精度，另外操作者无需具有机床参数及补偿方法的知识。

　　目前，可供选择的补偿软件有Fanuc,Siemens 800系列，NUM,Mazak, Mitsubishi, Cincinnati Acramatic, Heidenhain, Bosch,Allen-Bradley。

(3)数控转台分度精度的检测及其自动补偿：

　　项目：数控转台分度精度包括分度定位精度、重复分度定位精度等；

　　工具：ML10激光干涉仪、角度光学镜、RX10转台基准等；

　　特点：现在，利用ML10激光干涉仪加上RX10转台基准还能进行回转轴的自动测量。它可对任意角度位置，以任意角度间隔进行全自动测量，其精度达±1弧秒。新的标准已推荐使用该项新技术。它比传统用自准直仪和多面体的方法不仅节约了大量的测量时间，而且还得到完整的回转轴精度曲线，知晓其精度的每一细节，并给出按相关标准处理的统计结果。

(4)双轴定位精度的检测及其自动补偿：

　　项目：双轴定位精度指大型龙门移动式数控机床，由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度；

　　工具：由一台PC同步控制两套ML10激光干涉仪及线性光学镜；

　　特点：雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量该类机床的定位精度，而且还能通过RS232接口，自动对两轴线性误差分别进行补偿。

(5)数控机床动态性能检测：

　　项目：动态性能评定等；

　　工具：ML10激光干涉仪、线性光学镜等；

　　特点：利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT)，滚珠丝杠的动态特性分析，伺服驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性(低速爬行)分析等。

3.2QC10球杆仪

　　在数控机床精度检测中，QC10球杆仪和ML10激光干涉仪是两种互为相辅的仪器，缺一不可。ML10激光干涉仪着重检测机床的各项精度；而QC10球杆仪主要用来确定机床失去精度的原因及诊断机床的故障。但与ML10激光干涉仪相比，QC10球杆仪目前还没有被广大用户所了解。为此以下将着重介绍QC10球杆仪原理、功能及在检测中的应用。

(1)什么是球杆仪?

　　雷尼绍QC10球杆仪是用于数控机床两轴联动精度快速检测与机床故障分析的一种工具。它由一安装在可伸缩的纤维杆内的高精度位移传感器构成，该传感器包括两个线圈和一个可移动的内杆，其工作原理类同于使用LVDT技术的位移传感器。当其长度变化时，内杆移入线圈，感应系数发生变化，检测电路将电感信号转变成分辨率为0.1μm位移信号，通过接口传入PC机。其精度经激光干涉仪检测达±0.5μm(20℃)。

　　当机床按预定编写的程序以球杆仪长度为半径走圆时，QC10传感器检测到机床运动时半径方向的变化，雷尼绍QC10分析软件可迅速将机床的直线度、垂直度、重复性、反向间隙、各轴的比例匹配如否及伺服性能等从半径的变化中分离出来。

(2)为什么要用球杆仪?

　　您在数控机床车间可能经常碰见如下问题，

　　★检验失败；

　　★出现废品；

　　★浪费时间；

　　★生产效率降低；

　　★出现质量危机。

　　在出现上述问题时，一般则先检测加工刀具、图纸、程序、检验仪器出错及操作者误操作等，但却不知应该先排除您的机床是否有故障，数控机床加工精度在很大度上取决于机器自身性能好坏，机床故障不可避免地带来检验失败、出现废品及难以预计的停机时间。

　　上述问题在质量控制及检验过程中可以从已加工过的零件上经常发现，但想避免出现废品及停机所带来的损失已为时过晚。因此，在零件加工之前检测机床性能好坏是zui基本方针。

(3)主要功能为：

a.机床精度等级的快速标定

　　即在不同进给率条件下用球杆仪检测机床，这样使用者就可采用满足加工件精度要求的机床进给率进行加工，从而避免了废品的产生。

b.机床故障及问题的快速诊断与分析

　　球杆仪可以快速找出并分析机床问题所在，主要可检查反向差，丝杆背隙差，伺服增益不匹配，垂直度误差，丝杆周期误差等性能，比如机床撞车事故后，可用球杆仪检测并快速告诉操作者机床精度状况及是否可继续使用。在ISO标准中已规定了用球杆仪检测机床精度的方法。

c.方便机床的保养与维护

　　球杆仪可以告诉用户机床精度变化情况，这样可提醒维修工程师注意机床的问题，进行预防性维护，不致酿成大故障。另外，维修工程师可根据计算机显示的图形，立即分析机床问题原因，快速找到机床故障所在，然后集中精力去解决机床问题与故障。

d.缩短新机床开发研制周期

　　用球杆仪检测可分析出机床润滑系统、伺服系统、轴承副等的选用对机床精度性能的影响。这样可根据测试情况更改原设计，因而缩短了新机床研制周期。

e.方便机床验收试验

　　对机床制造厂来说，可用球杆仪快速进行机床出厂检验，检查其精度是否达到设计要求。球杆仪现已被机床检验标准所推荐采用，如ISO230，ANSI B5.54，对机床用户厂来说，可用球杆仪来进行机床验收试验，以取代NAS试件切削，或在用球杆仪检测好机床后再切试件即可。

(4)工作精度检测：

　　项目：两轴联动误差评定等；该项检验的目的是取代工作精度检验；

　　工具：QC10球杆仪；

　　特点：QC10球杆仪是一种快速(10～15min)、方便、经济地检测数控机床两轴联动性能的仪器，可用于取代工作精度的NAS试件切削。