ICS 25.040.10 J 50 安 DB34 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 3600—2020 精密数控机床工作台多点热误差的测定 Measurement of multi-point thermal error on the workbench of precision CNC machine tool 文稿版次选择 2020 - 06 - 22 发布 安徽省市场监督管理局 2020 - 07 - 22 实施 发 布 DB34/T 3600—2020 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由重庆理工大学、安徽省计量科学研究院提出。 本标准由安徽省计量科学研究院归口。 本标准起草单位：合肥尧鑫数控科技有限公司、重庆理工大学、安徽省计量科学研究院。 本标准主要起草人：苗恩铭、王志、潘巧生、刘辉、刘善林、魏新园、刘昀晟、张海波、占顶。 I DB34/T 3600—2020 精密数控机床工作台多点热误差的测定 1 范围 本标准规定了精密数控机床工作台多点热误差测定的术语和定义、符号、方法原理、机床测定前的 安装、测定装置、机床工作台多点热误差的测定、机床工作台多点热误差的测定结果。 本标准适用于测定行程小于 2000 mm 立式三轴精密数控机床（以下简称机床）在空运转条件下工 作台上的多点热误差。 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 17421.1-1998 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 机床检验通则 第3部分：热效应的确定 3 术语和定义 下列的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，造成切削刀具与工件之间相对 位置的变动，这种位置变动导致的测量值的变化。 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。 3.2 接触式探测系统 contacting probing system 需与待测表面发生实体接触的探测系统。 注：探测系统是由测头以及可附加配置的测头加长杆、测头交换系统、探针、探针交换系统和探针加长杆组成的系 统。 3.3 实物标准器 material standard 置于机床的测量空间区内，复现一要素可溯源尺寸量值的实物量具。 4 符号 1 DB34/T 3600—2020 下列符号适用于本文件。 I i ：实物标准器的编号，i取值为1,2,3，…，N，N为实物标准器总个数。 Z i ,0 ：机床运行前第i个实物标准器上Z点的初始Z向坐标。 X 1i , 0 ：机床运行前第i个实物标准器上X1点的初始X向坐标。 X 2i , 0 ：机床运行前第i个实物标准器上X2点的初始X向坐标。 Y 1i , 0 ：机床运行前第i个实物标准器上Y1点的初始Y向坐标。 Y 2i , 0 ：机床运行前第i个实物标准器上Y2点的初始Y向坐标。 Z i ,n ：机床运行后第n次测量第i个实物标准器上Z点的Z向坐标，其中n为机床运行后的测量总次数。 X 1i ,n ：机床运行后第n次测量第i个实物标准器上X1点的X向坐标。 X 2i ,n ：机床运行后第n次测量第i个实物标准器上X2点的X向坐标。 Y 1i ,n ：机床运行后第n次测量第i个实物标准器上Y1点的Y向坐标。 Y 2i ,n ：机床运行后第n次测量第i个实物标准器上Y2点的Y向坐标。 Z i ,k ：机床运行后第k次测量第i个实物标准器上Z点的Z向坐标，其中k取值为1,2,3，…，n。 X 1i , k ：机床运行后第k次测量第i个实物标准器上X1点的X向坐标。 X 2i ,k ：机床运行后第k次测量第i个实物标准器上X2点的X向坐标。 Y 1i ,k ：机床运行后第k次测量第i个实物标准器上Y1点的Y向坐标。 Y 2i ,k ：机床运行后第k次测量第i个实物标准器上Y2点的Y向坐标。 Z i ：第i个实物标准器上Z点处的Z向热误差，其中， Z i  Z i ,n  Z i , 0 。 X1i ：第i个实物标准器上X1点处的X向热误差，其中， X 1i  X 1i ,n  X 1i , 0 。 X 2i ：第i个实物标准器上X2点处的X向热误差，其中， X 2i  X 2i ,n  X 2 i , 0 。 Y1i ：第i个实物标准器上Y1点处的Y向热误差，其中， Y 1i  Y 1i ,n  Y 1i , 0 。 Y 2i ：第i个实物标准器上Y2点处的Y向热误差，其中， Y 2i  Y 2i ,n  Y 2 i , 0 。 2 DB34/T 3600—2020 X i ：第i个实物标准器饶X轴倾斜角度热误差，其中 X i  tan 1 Y 2i  Y 2i ， d 9 为实物标 d9 准器上测点Y1和Y2的间距。 Yi ：第i个实物标准器饶Y轴倾斜角度热误差，其中 Yi  tan 1 X 2i  X 2i 。 d9 5 方法原理 利用接触式探测系统对机床工作台上多个实物标准器进行坐标测定，并在每次测定过程后加入空转 环节使机床产生热误差，分别计算每个实物标准器各测点的坐标差值来测定机床工作台多点热误差。 6 机床测定前的安装 精密数控机床测定前的安装遵守 GB/T 17421.1-1998 第3章的准备工作。 7 测定装置 7.1 接触式探测系统 7.1.1 如图 1 所示，在机床主轴上安装接触式探测系统进行坐标测定。 7.1.2 接触式探测系统的分辨率应不大于 1 μm。 Z+ X+ Y+ 1 2 3 4 5 图中： 1——接触式探测系统； 2——实物标准器； 3——定位板； 4——磁片； 5——螺栓和螺母。 图1 机床工作台多点热误差测定装置图 3 DB34/T 3600—2020 7.2 实物标准器 7.2.1 实物标准器的结构 7.2.1.1 实物标准器由一个长方体、两个圆柱体以及底部一个用来安装的螺柱螺母组成，推荐用 45 号钢材料，其结构及推荐尺寸如图 2 所示，或经由供应商/制造商和用户双方协商规定，所选尺寸需满 足热误差测定的要求。 7.2.1.2 实物标准器上有 X1、X2、Y1、Y2 以及 Z 五个测点，测点的位置应遵守 GB/T 17421.3 的规定， 每次测定时均需依次对实物标准器上这五个测点进行坐标测定。 图中： d5 —— 30 mm； d6 —— 30 mm； d7 —— 150 mm； d8 —— 40 mm； d9 —— 70 mm； d10 —— 35 mm。 图2 实物标准器图 7.2.2 实物标准器的个数 机床工作台多点热误差的测定至少需用 9 个实物标准器，并应满足工作台长度及行程的要求，实 物标准器个数的选择如表1 所示。 表1 实物标准器个数的选择表 工作台 X 向行程 <800 mm 800 mm～1200 mm >1200 mm 实物标准器个数 9 12 15 7.2.3 实物标准器的放置 4 DB34/T 3600—2020 7.2.3.1 实物标准器在机床工作台上均匀放置，以 9 个实物标准器为例，放置位置如图 3 所示，图中 箭头方向表示测定各实物标准器热误差的顺序，将各实物标准器依次标为 I1、I2、…、I9。 7.2.3.2 每个实物标准器的上端面即 Z 向面需与数控机床坐标系的 Z 轴轴向垂直，两侧面即 X 向面与 Y 向面分别与 X 轴轴向、Y 轴轴向垂直。 7.2.3.3 各实物标准器间 X 向间距为 d2，Y 向间距为 d3+d4。 图中： d1 —— d2 —— d3 —— d4 —— 550 mm； 200 mm； 60 mm； 50 mm。 图3 实物标准器及定位板的安装图 7.3 定位板 7.3.1 用于安装实物标准器的定位板如图 3 所示，推荐用 45 号钢材料。 7.3.2 定位板的尺寸及实物标准器的放置间距如表 2 所示。 表2 定位板尺寸及实物标准器放置间距表 单位：mm 实物标准器个数 d1 d2 d3 d4 9 550 200 60 50 12 750 200 60 50 15 950 200 60 50 8 机床工作台多点热误差的测定 8.1 测定装置的定位和固定 5 DB34/T 3600—2020 机床工作台多点热误差测定前测定装置的安装如图1所示，实物标准器的固定和定位应保证在机床 行程范围内，且不影响机床的空运转过程。 8.2 夹具 用来固定定位板的夹具，宜采用45号钢材料，并符合 GB/T 17421.1-1998 的规定，或经由供应商/ 制造商和用户双方协商规定。 8.3 机床运行参数 8.3.1 主轴转速宜为 4000 rpm ～ 6000 rpm。 8.3.2 进给速度宜为 400 mm/min ～ 600 mm/min。 8.4 测定步骤 8.4.1 机床空运转前，用接触式探测系统依次对各实物标准器上五个测点进行测量，测定参数如下表 3 所示，实物标准器的测定顺序如图 3 所示，记录测量的初始坐标值 Z i,0 X 1i ,0 、 X 2i ,0 Y 1i , 0 、 、 和 Y 2i , 0 。 8.4.2 升高主轴离开实物标准器放置空间，机床按照给定运行参数空运转 3 min，并保证工作台在 X 向和 Y 向有相同速度和时长的进给。 8.4.3 机床停止空转，用接触式探测系统依次对各实物标准器上五个测点进行测量，记录测量的坐标 值 Z i ,k 、 X 1i ,k 、 X 2 i ,k 、 Y 1i ,k 和 Y 2 i ,k 。 8.4.4 重复步骤 8.4.2 和 8.4.3，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。 表3 测定参数 序号 测定参数 测定工具 测定目的 1 所有实物标准器上 X1 点的 X 向坐标值 接触式探测系统 测定各实物标准器的 X 向热误差 2 所有实物标准器上 X1 点的 X 向坐标值 接触式探测系统 测定各实物标准器的 X 向热误差 3 所有实物标准器上 Y1 点的 Y 向坐标值 接触式探测系统 测定各实物标准器的 Y 向热误差