2021精密数控机床实切状态下热误差的测定.docx

精密数控机床实切状态下热误差的测定精密数控机床实切状态下热误差的测定1 范围本标准规定了精密数控机床实切状态下热误差的术语和定义、符号、方法原理、机床测定前的安装、实切热误差测定装置、机床实切状态下热误差测定、实切热误差测定 本标准适用于测定行程不超过 2000 mm 的立式三轴精密数控机床（以下统称为机床）在实切状态下的热变形误差 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 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 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1机床热误差 machine tool thermal error多种热源对机床的影响，使得机床各组成零部件性能尺寸发生变化，造成最终的切削刀具与工件之间相对位置变化的变动值 注：多种热源包括环境温度变化、电机转动产生热量、导轨之间的摩擦生热等 4 符号下列符号适用于本文件 1X 0 ：机床运行前实物标准器上测点X1点的初始X向坐标 2X 0 ：机床运行前实物标准器上测点X2点的初始X向坐标。

1X k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点X1点的X向坐标 2X k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点X2点的X向坐标 1Y 0 ：机床运行前实物标准器上测点Y1点的初始Y向坐标 5 2Y 0 ：机床运行前实物标准器上测点Y2点的初始Y向坐标 1Y k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Y1点的Y向坐标 2Y k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Y2点的Y向坐标 Zk ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Z点的Z向坐标 Z0 ：机床运行前实物标准器上测点Z点的初始Z向坐标 DX1：实物标准器上测点X1点处测量末值与测量初值之差 1 1注： DX1 的计算公式如下： DX1 = X n - X 0 ，其中n为测量总次数DX 2 : 实物标准器上测点X2点处测量末值与测量初值之差 2 2注： DX 2 的计算公式如下： DX 2 = X n - X 0 ，其中n为测量总次数DY1：实物标准器上测点Y1点处测量末值与测量初值之差 1 1注： DY1的计算公式如下： DY1 = Y n - Y 0 ，其中n为测量总次数DY 2 ：实物标准器上测点Y2点处测量末值与测量初值之差。

2 2注： DY 2 的计算公式如下： DY 2 = Y n - Y 0 ，其中n为测量总次数DZ ：实物标准器上测点Z点处测量末值与测量初值之差 注： DZ 的计算公式如下： DZ =Zn - Z0 其中n为测量总次数¶X ：机床主轴X方向由实切热误差造成的角度变形 -1 æ DX1- DX 2 ö注： ¶X 的计算公式如下： ¶X = tan çè d5÷ ，其中 d5 为X1、X2测点间的距离 ø¶Y ：机床主轴Y方向由实切热误差造成的角度变形 -1 æ DY1- DY 2 ö注： ¶Y 的计算公式如下： ¶Y = tan çè d5÷ ，其中 d5 为Y1、Y2测点间的距离 ø5 方法原理利用待检测机床对实切试件进行加工，通过换刀环节换上精度不低于1μm接触式探测系统对实切热误差测定实物标准器进行测量，以此测定机床实切状态下的热误差 6 机床测定前的安装机床测定前应按 GB/T 17421.1 的规定安装 d5d67 实切热误差测定装置7.1 热误差测定实切加工试件7.1.1 实切加工试件尺寸推荐采用 200 mm×200 mm×30 mm 的矩形体，或经由供应商/制造商和用户双方协商规定。

7.1.2 实切加工试件材料宜采用 45 号钢 7.1.3 实切加工试件高度应保证实切加工试件能够稳定安装 7.1.4 实切加工试件加工前的定位和固定应保证不影响实切加工过程和热误差检测过程 7.1.5 实切试件应进行预加工 7.1.6 如果实切加工试件可被重复使用，当实切加工试件再次使用时，在进行新的切削试验前，应进行一次薄膜切削 7.2 热误差测定实物标准器7.2.1 实切热误差测定实物标准器推荐尺寸如图 1 所示 7.2.2 实切热误差测定实物标准器材料宜采用 45 号钢 7.2.3 实切热误差测定实物标准器高度应保证实切热误差测定实物标准器能稳定安装 ZX2Y2Y1X1d37.2.4 实切热误差测定实物标准器的定位和固定应保证不影响热误差检测过程 图 中 ： d1——30 mm； d2——30 mm； d3——30 mm； d4——35 mm； d5——70 mm； d6——150 mm 图1 机床实切热误差测定实物标准器7.3 热误差测定装置7.3.1 机床实切热误差测定装置结构机床实切热误差测定装置如图2 所示 图中： 1——接触式探测系统； 2——实物标准器； 3——实切加工试件。

图2 机床实切热误差测定装置7.3.2 夹具用来夹紧实切加工试件和实物标准器的夹具，宜采用45号钢 7.3.3 刀具宜使用直径为 12 mm 的同一把立铣刀完成实切加工试件的整个切削过程 8 机床实切状态下热误差测定8.1 切削参数8.1.1 推荐的切削参数见表 1 表1 推荐的切削参数主轴转速 500 rpm～1500 rpm 进给速度 600 mm/min～800 mm/min 切削深度 50 μm～150 μm 注：切削参数可根据供方/制造厂与用户之间的协议，采用不同的切削参数进行检验；切削参数在选定之后，在整个热误差测定过程中保持不变 8.2 测定步骤8.2.1 机床装上接触式探测系统对实物标准器上如图 1 所示的 5 个测量点进行测量，记录 5 点的测量初值 8.2.2 机床通过自动换刀装置换上铣刀对实切加工试件上表面沿 X 轴向和 Y 轴向以选定参数进行相同时长的铣削，铣削时间总时长不少于 3 min 8.2.3 主轴停转，通过自动换刀装置换上接触式探测系统 8.2.4 主轴左移至实物标准器，对实物标准器上如图 1 所示的 5 个测量点进行测量，记录测量值 8.2.5 一次测量完毕后，主轴右移至实切加工试件。

8.2.6 重复 8.2.2～8.2.5，直到连续 10 次实物标准器上 5 点的测量值变动都不超过 1 μm，结束测定； 或者满足用户和供应商/制造商同意的其他条件，也可以结束测定 9 实切热误差测定9.1 测定结果9.1.1 测定结果除包含测定参数的记录值以外，还应提供下列信息： ——试件的材料和标志； ——刀具的材料和尺寸； ——切削速度； ——进给量； ——切削深度； ——主轴转速； ——环境温度 9.1.2 宜按照附录 A 形式表达测定结果 9.1.3 对机床工作台实切状态下热误差的测定，推荐每隔半年测定一次机床的性能 附 录 A（资料性附录）精密数控机床实切状态下热误差测定结果表达示例A.1 测定环境和参数测 定 日 期 ： 环 境 温 度 ： 机 床 型 号 ： 机 床 编 号 ： 机 床 轴 线 和 方 向 ： 机 床 X 、 Y 、 Z 方 向 行 程 ： 主 轴 转 速 ： 进 给 速 度 ： 切 削 深 度 ： 数 据 采 集 间 隔 时 间 ： 数 据 采 集 的 间 隔 次 数 ： 实 切 加 工 试 件 尺 寸 ： 实 切 加 工 试 件 材 料 ： 刀 具 材 料 和 型 号 ： A.2 结果测定结果由热变形趋势图和实切状态下热误差结果评估表组成。

具体样图和样表见图A.1和表A.1 Y1 X1 X2 Y2 Z 504030热误差（μm）20100-10-20-300 10 20 30 40 50 60 70 80 90测量次数（3min/次）图A.1 实切状态下热变形趋势图表A.1 实切状态下热误差结果评估表检验内容 DX 1:评估实切状态下 机床主轴X 轴方向热误差 DX 2 :评估实切状态下机床主轴 X 轴方向热误差 DY1:评估实切状态下 机床主轴Y 轴方向热误差 DY 2 :评估实切状态下机床主轴Y 轴方向热误差 DZ :评估实切状态下机床主轴Z 轴方向热误差 ¶X :评估实切状态下机床主轴 X 轴由热误差造成的角度变形 ¶Y :评估实切状态下机床主轴 Y 轴由热误差造成的角度变形 记录 -9 mm -13 mm -21 mm -23 mm 38 mm 0.0033 ° 0.0016 ° 。