1 引言

　　隨著現代機械加工技術的快速發展，數控機床已越來越顯示其優越的性能。尤其是五軸加工中心的應用，大大提高了機床的加工效率。數控機床上加工的每一個工件加工質量很大程度上都依賴于數控機床自身性能及精度，因此在加工精度較高的工件之前，有必要對機床的精度進行檢測與校驗，以確保工件的加工質量。

2 五軸加工中心精度檢測的必要性

　　近年來，高速鐵路保持著較快速度的發展，高速動車組的需求量也較大，公司先后從歐洲引進了十多臺大型五軸龍門加工中心，以保證高速動車組車體、側墻、車頂、底架、端墻等大部件的批量化加工，這些加工設備大多為工作臺長為60M 的大型五軸龍門加工中心，其結構性能復雜，價格昂貴，技術先進，采用雙工位加工，生產效率高。其檢測、維護保養的項目也較多，機床的可靠性與精度診斷的問題較為突出，曾出現過由于機床A 軸軸偏致使加工后的大部件過切而報廢的情況，造成較大的經濟損失，因此非常有必要在加工前對機床的精度進行檢測，以確保機床各軸位置精度。一般而言，大型數控加工中心都是解體以后發運給用戶安裝，在現場調試后符合其技術指標，通過DIN-NAS 試件測量標準以后方可認為該機床達到加工精度要求。之前，公司在批量化加工過程中只對機床進行了日常的維護保養，未注意到機床的位置精度檢測，出現A 軸軸偏以后才將機床位置精度檢測納入日常檢測范圍之內，規定投入生產的加工中心在使用一定周期以后必須進行一次位置精度的檢測，確保機床位置精度可靠，避免因機床定位精度問題而導致加工出不合格品。

3 五軸加工中心在機精度的檢驗

　　數控機床常見精度要求包括機床的幾何精度及位置精度[3-5]，著重研究位置精度的檢測方法。數控機床的位置精度包括定位精度、重復定位精度等。定位精度是指實際位置與指令位置的一致性。定位精度的差距是檢測設備伺服系統、檢測系統及移動部件（如導軌、絲杠集合誤差）的綜合反映，其數值可判斷設備本身的精度。重復定位精度是指條件相同進行若干次操作所得到精度的一致程度。受伺服系統特性、傳動鏈變形、剛性變化以及摩擦引起的熱變形等原因的影響，數控機床的重復定位精度直接影響工件的加工精度及一致性，因而是檢驗機床精度的兩個重要指標。

　　位置精度傳統采用金屬線紋尺或步距規、電子測微計、準直儀等方法進行檢測[5]。

　　對精度要求較高的大型數控加工中心來說，均采用較高精度的激光干涉儀、球桿儀[6]。

    在國際標準中，激光干涉儀是唯一公認的進行數控機床精度鑒定的儀器，可對機床的幾何精度進行高精度的檢測。
4 五軸加工中心在機檢測與校驗方法
　　在完成機床的安裝調試以后，通常從以下幾個方面對加工中心進行精度檢測，包括：工作臺精度、主軸精度、各坐標運動的直線度、垂直度精度及線性軸線位置定位精度。影響數控機床的定位精度的因素是多方面的，機床導軌直線度誤差是導致定位精度偏差的最主要因素[7]，這就要求我們根據實際使用情況以及具體生產環境進行綜合分析，以便從根本上保證數控機床定位精度的實現，從而使數控機床在企業生產過程中發揮應有的作用。
　　現在的數控機床的誤差參數檢測方法，主要分兩大類：（1）單項誤差參數直接測量法；（2）綜合誤差測量參數辨識法[8]。傳統的檢測方法效率低，精度不高，而且需要各種儀器設備，難以實現自動測量。在此討論一種五軸加工中心精度在機檢測與校驗的快速方法，以提高機床精度的檢測效率。
　　如圖1、表1 所示，利用雷尼紹測量系統的高精度特點，選用的是RMP60 雷尼紹接觸式探頭，該無線測量探頭帶有遠程信號傳輸在2.4GHZ 的頻率下工作對工件進行測量。在測量中只須很低的接觸力和很小的行程，便能獲得很高的精度。在機床工作臺導軌上安裝標準塊，通過高精度的測量系統對標準塊按照圖表1所示的測量位置分別進行測量，測量的各軸精度測量值存儲在R參數中，如表1 存放在（R11～R28）中，將結果與預設各軸精度設定參數（R61～R68）（程序中設定）進行比較，比較出來的值通過邏輯關系判斷，可通過西門子高級編程顯示功能MSG（“”）將所測結果顯示在操作顯示屏上，操作者只需在加工之前運行在機檢測與校驗程序即可，從而確定機床定位精度是否在工藝要求的公差范圍之內。

　　通過運用上述方法，操作者只需按照預定程序運行，查看屏幕顯示的結果是否“OK”即可，簡單易懂，在十幾分鐘內就能完成五軸加工中心定位精度、重復定位精度的精確檢測，給工件加工之前提供加工精度的安全保障，便于加工過程的執行與機床的管理。

利用雷尼紹測量及840D 系統編程如下：（摘選）
  
　　EXTERN Cycle730 （VAR REAL [3]，VAR REAL [3]，VAR REAL，
　　VAR REAL，VAR REAL）
　　……
　　；----------------- 標準塊定義--------------
　　R80=115.063 ; LENGTH IN X
　　R81=114.937 ; LENGTH IN Y
　　R82=-10 ; MEASURE DEEP
　　；---------------------------------------------
　　R90=R80/2
　　R91=R81/2
　　R92=R90
　　R93=-R90
　　R94=R91
　　R95=-R91
　　；--------------- 定義各軸精度------------------
　　R61=0.15 ; +/- X-AXIS
　　R62=0.15 ; +/- Y-AXIS
　　R63=0.15 ; +/- Z-AXIS
　　R64=0.15 ; +/- A-AXIS IN MOVEMENT C0 C180
　　R65=0.07 ; +/- A-AXIS SLACKNESS
　　R66=0.15 ; +/- A-AXIS AGAINST MOVEMENT C0 C180
　　R67=0.2 ; +/- C-AXIS IN MOVEMENT A-90 A90
　　R68=0.07 ; +/- C-AXIS SLACKNESS
　　；------------ 定義編程坐標系-------------
　　$P_UIFR[1，X，TR]= ****
　　$P_UIFR[1，Y，TR]= ****
　　$P_UIFR[1，Z，TR]= ****
     STOPRE
　　；------------ TOOLCHANGE ---------------
　　T14
　　M6
　　D1
     ……
　　；------------- X-AXIS -------------
　　G0 A0 C0
　　G0 X100 Y0
　　Setval[0] = SET（R92，0
　　，R82）
　　TcD[0] = SET（1，0
　　，0
　　）
　　Cycle730（Setval，TcD，StO，DeO，Rtp）
　　R11=R4
　　G0 Z300
　　……
　　；（依次對其余各軸的定位精度及重復定位精度進行測量）
　　AUSWERT:
　　；************* X-AXIS ************
　　IF ABS（R11）>R61
　　MSG（"MEASURE X-AXIS IS NOT OK"）
　　_ERROR=1
　　M0
　　ELSE
　　MSG（"MEASURE X-AXIS IS OK"）
　　M0
　　ENDIF
　　MSG（""）
　　……
　　；（依次對其余軸的定位精度及重復定位精度進行判斷）
　　M17

5 檢測結果說明
  
　　因此，當加工一件公差要求比較嚴格的工件時，使用雷尼紹球桿儀測量標準塊，能夠很高精度的獲得機床的定位精度及重復定位精度，從而決定機床是否可以正常加工工件，此種方法只需操作者運行預定程序即可，操作簡單，檢測效率高，檢測結果直接顯示在屏幕上，直觀易懂，能夠有效的避免非常昂貴的加工件變為廢品的風險，當檢測結果顯示為“NOT OK”時，操作者只需通知工程技術人員解決相關問題即可。同時標準檢測塊制造費用低，安裝方便，該方法可為同行業提供較好的參考。