机床几何误差检测方法

机床几何误差主要包括定位误差、重复定位误差、反向间隙误差、直线度误差、垂直度误差、主轴回转误差、转角误差、偏摆误差、俯仰误差等。

机床几何误差的检测工具和仪器很多，传统的检测工具有精密水平仪、直角尺、平尺、平行光管、千分表或测微仪和高精度主轴心轴等；测量直线运动误差的常用检测工具有测微仪、成组量块、标准刻线尺、金属线纹尺、步距规、光学读数显微镜、准直仪等，近年来已使用更好的双频激光测量仪；测量回转运动误差的常用检测工具有高精度标准分度转台和多面体等，而应用高精度双球规和平面光栅检测机床误差在国际上是近年来才出现的，国内应用得较少，其优点是既可测回转运动误差，也可测短距离的直线运动误差，平面光栅还可以测量具有复杂轨迹的平面运动误差。

机床误差检测从一次测量可得误差项数的角度可分为单项误差检测和综合误差检测两种。一般而言，单项误差直接检测精确、明了，但需要测量仪器多、耗时长。综合误差检测建立在机床误差模型的基础上，通过专门或者较少的仪器一次可以测量机床多项误差，耗时较短，检测仪器的标定和误差模型的建立是其关键。

1.单项误差检测

单项误差检测就是选用合适的测量仪器，对数控机床各项几何误差直接单项测量。根据测量基准的不同单项误差检测方法可以分为三类：一是基于量规或量尺的测量方法，常用测量仪器有金属平尺、角规、千分表等；二是基于重力的测量方法，常用仪器有水平仪、倾角仪等；三是基于激光的测量方法，常用仪器为激光干涉仪和各种类型的光学镜。其中，以激光干涉检测方法应用最广。

2.综合误差检测

综合误差检测就是通过数学辨识模型实现误差参数分离，使用测量仪器一次同时对数控机床多项空间误差进行检测。根据测量基准可以将综合误差检测分为两类：标准工件法和轨迹法。(www.xing528.com)

标准工件法是一类用已标定的圆形或球形工件作为测量基准的方法。测量时通过比较标准工件的实际坐标和其标定值，得到机床当前位置的运动误差矢量，最终综合机床量程内不同位置所测数据拟合出误差函数。特征标准工件根据其可测量的运动轴数目分为一维、二维、三维三种。该方法原理简单，测量范围较大，但其测量精度受标准工件精度的影响，因而对标准工件制作要求高，实际应用并不广泛。

轨迹法是一类通过测量机床一定运动轨迹误差并根据误差辨识模型分离出机床几何误差参数的方法。常见测量轨迹有直线和圆。基于直线轨迹的典型方法为激光干涉仪检测方法，而基于圆轨迹运动的检测仪器主要以伸缩式双球规（DDB，又称球杆仪）为代表。此外，由德国Heidenhain公司在1996年提出的平面光栅法检测方法，首次实现了非接触轨迹误差测量，而且可以测量任一平面内复杂轨迹运动的精度，测量轨迹不局限于圆。总体而言，轨迹法较适合数控机床的在机检测，是目前应用最为广泛的一类方法，本章将重点介绍。

3.机床圆运动精度检测

对于多轴数控机床，加工大多是在多轴联动状态下完成的，因此检测机床通过双轴插补指令合成为圆运动的精度就十分必要。检测机床圆运动的精度不仅可以获得与机床的几何精度、位置精度、重复精度有关的信息，还可以获得与进给速度和伺服控制系统有关的动态误差元素信息，包括机床爬行、标尺误差、反向间隙、伺服增益不匹配和由于伺服响应滞后引起的加工半径减小等误差元素。因此，机床的圆运动精度全面地反映出机床的加工性能。ISO 230-4：2005圆运动试验标准中给出了三种检测方法：①一维测头——基准圆盘法；②二维测头——基准圆盘法；③双球规法。

机床圆运动精度检验应用的范围很广，既可用于对新购机床的入厂检验，又可用于对数控系统各项参数的调整及定期保养时的测试。