ICS 25.040.20 L 97 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 23142015 数控加工中心热变形检验条件和评定 Test conditions and evaluation of thermal distortions for numerically controlled machining centres 文稿版次选择 2015-02-03 发布 2015-03-03 实施安徽省质量技术监督局 发 布 DB34/T 23142015 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。本标准由安徽省计量科学研究院、合肥工业大学提出。本标准由安徽省计量科学研究院归口。本标准主要起草单位：合肥尧鑫数控科技有限公司、安徽省计量科学研究院、合肥工业大学。本标准主要起草人：王志、苗恩铭、吴忠义、刘善林、王惠生、江平、龚亚运、占顶。DB34/T 23142015 1 数控加工中心热变形检验条件和评定 1 范围 本标准规定了数控加工中心的环境温度变化、主轴旋转和线性轴移动的三种热变形的检验和评定方法。本标准适用于检验两线性轴线联动所产生的圆形轨迹的圆滞后、圆偏差及半径偏差参数，由线性轴移动引起的热变形检验仅适用于数控机床。注：应当注意，对于本标准所描述的检验没有给出具体公差数值。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 17421.1-2009 机床检验通则 第1部分:在无负荷或精加工条件下机床的几何精度 GB/T 17421.3-2009 机床检验通则 第3部分:热效应的确定 GB/T 17421.4-2009 机床检验通则 第4部分:数控机床的圆检验 3 术语和定义 GB/T 17421.1-2009、GB/T 17421.3-2009 和 GB/T 17421.4-2009 中的术语和定义适用于本文件。4 简要说明 4.1 参照GB/T 17421.1-2009标准说明 使用本标准时应参照 GB/T 17421.1-2009，尤其是机床检验前的安装和检验仪器的推荐精度。4.2 推荐的检验工具和检验仪器 本标准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。本标准推荐使用的检验仪器和检验工具如下：a)具有合适测量范围、分辨率、热稳定性和精度的球杆仪。b)具有足够分辨率和精度的温度传感器（如：热电偶，电阻式或半导体温度计）。c)温度数据采集装置，如：所有通道可连续监视和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 5 min 采样一次，并可存储数据，便于以后分析。d)球杆仪采集数据，检验开始时首先用球杆仪分别对数控机床两线性轴线联动产生的圆形轨迹采集数据一次，此后每 90 min测量一次，并可存储数据，便于以后分析。4.3 机床检验前的条件 DB34/T 23142015 2 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。机床和有关的检验工具应在检验环境中达到热稳定状态。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的状态。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。全部检验均应在机床无负载，即无工件的条件下进行。4.4 检验项目 检验机床时，根据结构特点并不是必须检验本标准中的所有项目。为了验收目的而要求检验时，双方可协商检验项目，但这些检验项目必须在机床订货时明确提出。4.5 检验参数 检验参数包括：a)名义轨迹的直径（或半径）；b)轮廓进给率；c)轮廓方向（顺时针或逆时针）；d)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；f)温度（环境温度、机床的温度）；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)滑动装置或移动元件在非检验轴上所处的位置。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（ETVE）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。5.2 检验方法 5.2.1 球杆仪的安装方式见 GB/T 17421.1-2009 中 6.6.3.3的示例。5.2.2 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。5.2.3 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。5.2.4 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 5 min采样一次。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。5.2.5 球杆仪采集数据，检验开始时首先用球杆仪分别对数控机床两线性轴线联动产生的圆形轨迹采集数据一次（例如：XY平面、XZ平面和YZ 平面），此后每 90 min 测量一次，并可存储数据，便于以后分析。DB34/T 23142015 3 5.2.6 环境温度变化误差(ETVE)的检验应至少持续 4.5 h，当最后 90 min 变形量小于最初 90 min变形量的15时，可以结束采样。5.3 检验结果的表达 以下用数字数据确定的检验结果优先采用图解法表示：a)圆滞后H；b)圆偏差G，用于顺时针或逆时针轮廓；c)半径偏差，Fmax和Fmin，用于顺时针或逆时针轮廓。下面的信息应与检验结果一同记录：a)检验日期；b)机床名称；c)测量装置；d)温度传感器的位置；e)传感器的类型；f)使用的热补偿程序/装置；g)检验参数（见4.5）。表达检验结果的典型示例参见附录A、附录B 和附录C。描绘的图形应标出放大比例。通常测量温度数据以温度对时间的变化曲线的形式打印出来（参见附录D），同时在球杆仪检验结果中必须注明球杆仪采样数据时的各温度传感器温度值。6 由主轴旋转引起的热变形检验 6.1 总则 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，这种变形通过检验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 6.2.1 球杆仪的安装方式见 GB/T 17421.1-2009 中 6.6.3.3 的示例。6.2.2 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。6.2.3 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。6.2.4 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 5 min采样一次。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。6.2.5 球杆仪采集数据，检验开始时首先用球杆仪分别对数控机床两线性轴线联动产生的圆形轨迹采集数据一次（例如：XY平面、XZ平面和YZ 平面），此后每 90 min 测量一次，并可存储数据，便于以后分析。6.2.6 检验程序应按以下两种规定的主轴转速范围之一进行：主轴转速变化图谱，参照 GB/T 17421.3-2009 中图 6示例；与最大转速成某一比例的恒定转速。DB34/T 23142015 4 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 2 min5 min 的运行，在运行中间做 1 min15 min 的间歇停车来代表典型的加工条件。6.2.7 对所有的传感器应以 4.5 h为一个采样周期。当最后 90 min 变形量小于最初 90min 变形量的15时，可以结束采样。6.3 检验结果的表达 以下用数字数据确定的检验结果优先采用图解法表示：a)圆滞后H；b)圆偏差G，用于顺时针或逆时针轮廓；c)半径偏差，Fmax和Fmin，用于顺时针或逆时针轮廓。下面的信息应与检验结果一同记录：a)检验日期；b)机床名称；c)测量装置；d)温度传感器的位置；e)传感器的类型；f)使用的热补偿程序/装置；g)主轴速度范围；h)协商规定的任何特殊检验程序；i)检验参数（见4.5）。表达检验结果的典型示例参见附录A、附录B 和附录C。描绘的图形应标出放大比例。通常测量温度数据以温度对时间的变化曲线的形式打印出来（参见附录D），同时在球杆仪检验结果中必须注明球杆仪采样数据时的各温度传感器温度值。7 由线性轴线移动引起的热变形检验 7.1 总则 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。7.2 检验方法 7.2.1 球杆仪的安装方式见 GB/T 17421.1-2009 中 6.6.3.3 的示例。7.2.2 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。7.2.3 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。7.2.4 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 5 min 采样一次。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。DB34/T 23142015 5 7.2.5 球杆仪采集数据，检验开始时首先用球杆仪分别对数控机床两线性轴线联动产生的圆形轨迹采集数据一次（例如：XY平面、XZ平面和YZ 平面），此后每 90 min 测量一次，并可存储数据，便于以后分析。7.2.6 线性轴线运动轨迹成长方形，长方形各边长按照各轴最大行程百分比进行确定，通常为行程的5080，由用户和机床的供应商/制造商协商确定。通过编程各轴线的移动速度应是快速移动速度的某一比例，这个比例将由各类机床标准规定。这些检验中的移动速度可经由用户和机床的供应商/制造商协商而改动。在这些检验中，环境温度应至少每 5 min 采样一次。7.2.7 检验过程应持续 4.5 h，球杆仪每 90 min 采样一次，当最后 90 min 变形量小于最初 90 min变形量的 15时，可以结束采样。7.3 检验结果的表达 以下用数字数据确定的检验结果优先采用图解法表示：a)圆滞后H；b)圆偏差G，用于顺时针或逆时针轮廓；c)半径偏差，Fmax和Fmin，用于顺时针或逆时针轮廓。下面的信息应与检验结果一同记录：a)检验日期；b)机床名称；c)测量装置；d)温度传感器的位置；e)传感器的类型；f)使用的热补偿程序/装置；g)各轴移动速度范围和轨迹；h)协商规定的任何特殊检验程序；i)检验参数（见4.5）。表达检验结果的典型示例参见附录A、附录B 和附录C。描绘的图形应标出放大比例。通常测量温度数据以温度对时间的变化曲线的形式打印出来（参见附录D），同时在球杆仪检验结果中必须注明球杆仪采样数据时的各温度传感器温度值。检验报告应包括下列项目。DB34/T 23142015 6 A A 附 录 A（资料性附录）圆滞后 H 的数据表达示例 检验日期：年 月 日 机床名称：检验工具：检验参数 名义轨迹的直径：40 mm 轮廓进给率：500 mm/min 轮廓方向：被检机床的轴线（X、Y、Z）：XY 检验工具的位置 圆心（X/Y/Z）：250/250/100 mm 对刀具基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/80 mm 对工件基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/30 mm 获取数据的方法 起始点：第四象限 终点：第四象限 测量点数（仅用于数字数据）：1 500 数据平滑处理：无 使用的补偿：无 非检验轴线位置：Z=150 mm 两个实际轨迹的最小二乘方圆的圆心；起始点；粗线 实际轨迹，从 Y 到 X；细线 实际轨迹，从 X 到 Y。圆滞后，HXY=0.014 mm DB34/T 23142015 7 B B 附 录 B（资料性附录）圆偏差 G 的数据表达示例 检验日期：年 月 日 机床名称：检验工具：检验参数 名义轨迹的直径：250 mm 轮廓进给率：1 000 mm/min 轮廓方向：+X 到+Y 被检机床的轴线（X、Y、Z）：XY 检验工具的位置 圆心（X/Y/Z）：250/250/300 mm 对刀具基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/80 mm 对工件基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/230 mm 获取数据的方法 起始点：第四象限 终点：第四象限 测量点数（仅用于数字数据）：1 800 数据平滑处理：无 使用的补偿：无 非检验轴线位置：Z=350 mm 最小区域圆的圆心；起始点。圆偏差，GXY=0.018 mm DB34/T 23142015 8 C C 附 录 C（资料性附录）半径偏差 F的数据表达示例 检验日期：年 月 日 机床名称：检验工具：检验参数 名义轨迹的直径：150 mm 轮廓进给率：300 mm/min 轮廓方向：+Y 到+X 被检机床的轴线（X、Y、Z）：XY 温度 环境温度：22 检验工具的温度：22 机床的温度：22 检验工具的位置 圆心（X/Y/Z）：250/250/100 mm 对刀具基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/80 mm 对工件基准的偏置（X/Y/Z）：0/0/30 mm 获取数据的方法 起始点：第四象限 终点：第四象限 测量点数（仅用于数字数据）：1 800 数据平滑处理：无 使用的补偿：温度补偿 非检验轴线位置：Z=150 mm DB34/T 23142015 9 最小圆的圆心；起始点；0.000 名义轨迹。半径偏差，FYX。max=+0.005 mm FYX。min=0.013 mm DB34/T 23142015 10 D D 附 录 D（资料性附录）温度对时间曲线示例 0 60 120 180 240 30020242832364044时间/min温度/ab a 机床结构温度；b 环境温度 _