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      摘要：本文闡述了“圓棱方”標準試件在數控機床驗收中的應用，編制了數控加工工藝和程序，給出了數控加工中的技巧與禁忌，為“圓棱方”標準試件的加工與檢測提供了技術支持。

      引言

      數控機床精度的檢驗與驗收必須在機床安裝地基混凝土完全干固，按照數控機床精度檢測國標進行。機床精度檢測包括幾何精度檢測、定位精度檢測和切削精度檢測。其中機床切削精度是一項綜合精度，它不僅反映機床的幾何精度和定位精度，同時還包括了試件的材料、環境溫度、刀具性能及切削條件等因素造成的誤差。切削精度檢驗又稱為動態精度檢驗。在數控銑床或加工中心上，通常通過一個典型常用的銑削用“圓棱方”試件（圖1）的加工來檢驗機床的切削精度。試件材料除特殊要求外，一般都為鑄鐵。

        1 、“圓棱方”試件的切削精度檢測項目

      （1）鏜孔精度。加工50mm 中心孔，用于檢測圓度和圓柱度誤差。鏜孔精度與切削時使用的切削用量、刀具材料、切削刀具的幾何角度等都有一定關系。主要是考核機床主軸的運動精度及低速進給時的平穩性?，F代數控機床中，主軸都裝有高精度帶負荷的成組滾動軸承，進給伺服系統采用了摩擦因數小和靈敏度高的導軌副及高靈敏度的驅動部件，所以這項精度在新機床的檢驗中一般不成問題，但在舊機床改造中倒是比較常見。

      （2）面銑刀銑平面精度。加工上表面，用于檢測平面度和階梯差。面銑刀銑削平面精度主要反映X 軸和Y 軸兩軸運動的平面度及主軸中心線對X- Y 運動平面的垂直度，同時也可以反映出主軸的力學性能和切削性能。通過觀察其各刀具軌跡的相交處即可粗略的發現主軸的軸、徑向圓跳動情況。

       （3）面銑刀銑側面精度。加工傾斜15°正方形，用于檢測垂直度和平行度誤差。

      （4）鏜孔孔距精度。加工四個45mm 的孔用于檢測X軸方向中心距精度，Y 軸方向中心距精度，對角線方向中心距精度和各孔徑偏差。鏜孔的孔距精度和孔徑偏差是以快速移動進給定位精鏜四個孔，測量各孔位置的X 坐標和Y 坐標的坐標值，以實測值和指令值之差的最大值作為孔距精度測量值。對角線方向的孔距可由各坐標方向的坐標值經計算求得，或各孔插入配合緊密的檢測心軸后用千分尺測量對角線距離求得。而孔徑偏差則是由在同一深度上測量各孔X 坐標方向和Y 坐標方向直徑的最大差值求得。此種方法人為因素影響較大，故建議使用三坐標測量儀進行檢驗。

      （5）立銑刀銑削四周面精度。加工底座320mm320mm方塊，用于檢測直線度、平行度、厚度差和垂直度誤差。立銑刀銑削工件四周面精度是由X 坐標和Y 坐標分別進給，測量各邊的垂直度，對邊平行度、鄰邊垂直度和對邊距離尺寸差。這項精度主要考核機床各項導軌運動的幾何精度。

      （6）兩軸聯動銑削直線精度。加工3°斜邊，用于檢測直線度，平行度和垂直度誤差。兩軸聯動銑削直線精度是同時控制X 坐標和Y 坐標來實現的，所以該精度可以反映兩軸直線插補運動的品質特性。進行這項精度檢查時，有時會發現在加工面上(兩直角邊上)出現一邊密一邊稀的很有規律的條紋，這是由兩軸聯動時其中一軸的進給速度不均勻造成的。

      （7）立銑刀銑削圓弧精度。加工220mm 的圓，用于檢測圓度。立銑刀銑削圓弧精度是用立銑刀側刃精銑外圓表面，然后在圓度儀上測出圓度曲線，根據所描繪出的曲線，可以很直觀地反映出機床的性能。

      （8）鏜同心孔。加工43mm 的孔，用于檢測同心度和重復定位精度。

        2 、“圓棱方”試件的數控加工過程

      通過對圖樣的分析我們不難發現它由多種形狀組成：各種直徑、深度的孔和各種平面。這就要求必須使用不同的刀具和工序來完成零件加工。同時，該零件作為檢驗機床精度的試件在使用，故其在工藝上的編排與正常的加工有所不同，它要求必須與機床各項幾何精度相對應起來，因此它的各個輪廓和形狀都是有明確的絕對精度和相對精度要求，這要求在工序的安排上需要一定的獨立性，否則就會影響檢驗結果。參考程序（因為鉆孔的程序比較常見且沒有太多要求，在此將其省略）
PROGl：[加工底座320mm320mm]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 GOO G54 Zl50
N30 X- 240 Y- 240
N40 M3 S250 F200
N50 Z- 7O
N60 GOO G41 DI X- 160
N70 Yl60
N80 Xl60
N90 Y- 160
N100 X- 240
NllO G00 Zl50
Nl20 G40 D0 X- 240 Y- 240
Nl30 M30
PROG2：[加工3°斜邊]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 G00 G54 Zl50
N30 X- 240 Y240
N40 Z- 30 M3 S250
N50 GO1 G42 D1 X- 160 F200
N60 Yl60
N7O X- 143.23 Y- 160
N80 X200 Y- 142.0l2
N90 GOO Zl50
N100 G40 D0 X- 240 Y240
N110 M30
PROG3：[加工15°斜度的220mm220mm 臺階]
NlO G90 Gl7 G64
N20 GOO G54 Zl50
N30 X- 76.865 Y- 286.865
N40 Z- 19.7 M3 S250
N50 GO1 G41 D1 X9.737 Y- 236.865 F200
N60 X- 150.263 Y40.263
N70 X40.263 Yl50.263
N80 Xl50.263 Y40.263
N90 X- 126.865 Y- 200.263
N100 GOO Zl50
N110 G40 D0 X- 76.865 Y- 286.865
Nl20 M30
PORG4：[加工φ220mm 圓孔]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 G00 G54 Zl50
N30 X- 240 Y240
N40 Z- 9.7
N50 M3 S300
N60 GO1 G41 D1 Y11O F200
N7O GO1 XO
N80 GO2 XO Y11O IO J- 110
N90 GOl X240
Nl00 G00 Z150
NllO G40 DO X- 240 Y240
Nl20 M30
PORG5：[加工φ50mm 孔]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 GO G54 Zl50
N30 XO YO
N40 M3 S400 F60
N50 MCALLCYCLE88（150，O，，- 80，O，O，3）
N60 MCALL
N7O M30
PORG6：[加工4×φ45mm 孔]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 G00 G54 Zl50
N30 X100 Y- 100
N40 M3 S350 F60
N50 MCALL CYCLE88（150，O，，- 10，O，O，3）
N60 X100 Yl00
N7O X- 100 Yl00
N80 X- 100 Y- 100
N90 MCALL
N100 M30
PORG7：[銑平面]
NlO G90 Gl7 G64 G40
N20 GO0 G54 Zl50
N30 X- 150 Y11O
N40 R3=- O.3
N50 M3 S300
N60 L1O7 P6
N70 M30
L1O7：[FLAT（.SPF）銑平面子程序]
NlO G90 GOO Z=R3
N20 GOl X150
N30 GO0 Zl50
N40 X- 150
N50 G91 Y- 45
N60 G90
N70 Ml7

        3、 數控加工中的技巧與禁忌

      （1） 根據SIEMENS 840D 數控系統的特點在加工φ43mm 和φ45mm 的孔時只使用一個程序即可，然后在刀具數據中對刀具參數進行相應修改來減少換刀時間；或者使用高質量可調式鏜刀，直接調整到尺寸。

      （2）最后的上平面的銑削是用來檢查主軸精度即主軸圓跳動情況，故只要進行薄層切削即可。因為精加工余量正常為0.3～0.5mm，加上試件的多次利用性的特點，所以參考程序中切削量為0.3mm。

      （3）由于試件具有比較性（尤其是機床改造中使用較多），用來比較改造前后的機床精度變化，故對第二次加工中的對刀有一定的講究：為了能達到更高的精度和重復性，通過使用杠桿百分表/ 千分表來對中心定位孔來找準X 和Y 方向的坐標，使用標準量塊來測量Z 方向坐標。

      （4） 由于該零件是試件，是機床精度檢驗的標準件，加工完成后都將通過三坐標測量儀進行數據檢測，所以在加工中應盡可能保持其表面粗糙度的一致，同時“刀花”也要一致。每個工序必須一氣呵成，一定不能出現接刀痕。一旦在加工過程中出現意外，如刀具損毀、機床故障，必須重新進行一次該工序的加工并在圖樣上標明調整后設定尺寸，否則可能會造成最終的測量數據有很大誤差，無法給機床精度以客觀的反映。

      （5）在銑削加工中，銑平面是很常見，也是很簡單的加工。通常情況下為了提高加工效率常常使用往復式的銑削路徑。而在試件中最上層的平面是用來檢驗主軸精度和主軸力學性能，這就要求必須有一樣的加工條紋便于三坐標測量進行準確的測量。因此在其加工中使用的是如參考程序PROG7 中所示加工路徑。同時在加工中每次的徑向步距必須小于刀具直徑，從而防止由于刀具磨損造成的接刀間隙引起最后對主軸狀況的判定。

       （6）在機床改造中檢測試件時，尤其是在不具備條件使用激光干涉儀進行系統精度檢測的情況下，一定要將改造前試件加工中機床所處的加工位置記錄下來，并且在改造結束后，在同樣的位置進行試件加工，以免在改造結束驗收時，由于機床不同位置精度不同造成試件精度不足，從而對整個項目的驗收造成很大的負面影響。

      （7） 機床的幾何精度在不同的溫度下是有所變化的，所以檢測之前，就應該讓機床的各部件先進行稍微的預熱，然后再進行檢測。

      （8）在對大型的臥式鏜銑床的精度檢驗中必須增加一項鏜深孔的能力檢測。例如，捷克SKODA 公司的W250H鏜銑床其鏜桿和方枕的累加行程接近兩米。故在驗收它時必須有一個專門的長箱體試件來檢測它鏜深孔時的主軸圓跳動情況。