1 揭示部件运动直线度的两类误差

2 加工中心新、旧几何精度标准相关检验项的评析

1. JB/GQ1140—89加工中心精度标准
   1. 运动直线度检验
      在JB/GQ1140-89标准中，对各坐标轴线运动直线度的检验，有明显的漏检现象。例如工作台沿X轴移动的直线度，只通过序号G2的a和b两项，检测了它沿Z轴(水平面内)和Y轴(垂直面内)平移的两个线值直线度误差，又通过序号G3检测了它绕X轴倾斜的角值直线度误差，而漏检了它绕Y轴的摆动和绕Z轴的起伏两项角值直线度误差，因此检验合格的机床仍可能是不合格的。这里应当指出，G3检项称作移动的平行度不符合ISO230-1∶1996中平行度的定义，显然是概念不清或名不符实。同理，Z轴方向同X轴方向相似，只检了两个线值和绕Z轴倾斜角值的直线度误差，漏检了绕X轴的起伏和绕Y轴的摆动两项角值直线度误差。而Y轴方向则只检了两个线值直线度误差，角值直线度误差全部漏检。此外，根本未列项检验主轴及滑枕(有此结构时)沿轴线移动的直线度误差。
   2. 运动的平行度和垂直度检验
      在JB/GQ1140-89标准中，对有关运动平行度的检验，只检了主轴轴线对Z轴运动的平行度和X轴运动对工作台T形槽或棱边的平行度，而严重影响加工精度的主轴及滑枕沿其轴线运动对Z轴运动的平行度以及X轴运动或Z轴运动对工作台面的平行度等却未列项检验。对有关运动垂直度的检验，也只检了垂直坐标轴对工作台面的垂直度，未检X轴运动对Y轴运动和Z轴运动的垂直度。这样一些相互运动的位置精度不检，呈模糊状态，未真实反映机床的几何精度，显然不合理，不科学。
      G11所检静态的主轴轴线与工作台面的平行度(卧式)或垂直度(立式)，实用意义不大，而G19静态的工作台T形槽直线度的检测，更可取消，因这是工作台零件的检项。
2. ISO/DIS10791国际标准几何精度检验部分
   1. 运动直线度检验
      在ISO/DIS10791标准中，对X、Y和Z三个坐标轴运动直线度误差的检测，都是按分别检测二个线位移误差和三个角位移误差的方法进行的，完全符合前述直线度的合理检验方法。这里应着重指出的是，Y轴运动直线度中绕Y轴倾斜分量的检法，因水平仪无法放置，不能用；而自准直仪需把反射镜放在主轴箱上，又无法保证自准直仪与反射镜的同步直移精度，也不宜用。故如图4所示，它是借助于线值检具千分表和圆角尺，在工作台相距d长的两个位置上，均沿Y轴移动千分表，并于圆角尺同一侧母线的5个等距点分别读数，计算每个测量高度工作台两位置读数的差值，可求得 (最大差值—最小差值)/d=tand≈d式中 d——绕Y轴倾斜角误差
      同时也列项检验了主轴和滑枕沿其轴线移动直线度。
   2. 运动的平行度和垂直度检验
      ISO/DIS10791标准(草案)，规定了各相关运动部件间的平行度和垂直度的检验。既有工作台面与主轴轴线各自对相关坐标轴运动的平行度和垂直度，也有主轴与主轴滑枕沿轴线运动对Z轴运动的平行度以及各坐标轴运动间的垂直度。这些检验表明，新标准强调的是加工中心在各部件运动状态下几何精度的全面检验，而未检静止状态的几何精度，这就直接反映了工作台面、主轴轴线与坐标轴线间在实际工作时的位置关系，也表明了直接影响工件形位精度的，坐标联动时坐标轴间的位置精度，因此是合理的。用新标准取代旧标准，无疑有利于机床质量的提高，势在必行。

3 对新标准(草案)几点商榷

1. ISO/DIS10791标准对于Z与Y、Y与X及X与Z任意两运动轴线垂直度的检验，均按两轨迹互相正交的检法，先使角尺的一边精确平行于部件上一点沿其中一个坐标轴运动的轨迹Ⅰ，再测该点沿另一坐标轴运动的轨迹Ⅱ对角尺另一悬边的平行度，使若干点的等距误差在允差之内(垂直度的测量实质是平行度的测量)。按此检法：
   1. 必须规定轨迹Ⅰ运动部件在支撑导轨上的确定位置，而新标准中无此要求，这将存在部分误差的漏检现象，导致检验结果的异议。现以工作台沿X轴运动，主轴箱沿Y轴运动的垂直度检验为例(图5)，分析如下：
      在工作台沿X轴运动的全程内，轨迹Ⅰ肯定有包括XY平面中沿Y轴平移和绕Z轴起伏角误差在内的直线度误差，调整置于工作台上平尺与轨迹Ⅰ精确平行，也只能是轨迹两端或有限点等距。轨迹Ⅰ的直线度误差，尤其是绕Z轴起伏角误差的直线度误差分量，必将导致工作台处于行程内不同位置时，台面与理想X轴线的夹角各异，直接影响X轴与Y轴运动的垂直度误差读数。可见，不考虑工作台运动的直线度，将导致由此引起的这部分误差漏检，而考虑X轴运动直线度的影响，就必须规定检测Y轴运动对角尺另一悬边平行时工作台的合理确定位置，否则可能有此类更大误差漏检。
   2. 如果机床的Z轴运动是立柱沿Z向床身直线移动的布局形式(图5)，则X轴与Y轴运动的垂直度检验还应规定，检测轨迹Ⅱ与角尺另一悬边平行时，立柱在Z向床身导轨上的确定位置。因为给予主轴箱沿Y轴运动导向的立柱，需完成沿Z轴的直线运动，运动中绕Z轴旋转的直线度角误差分量将使立柱倾斜，导致主轴箱沿一条偏离理想Y轴线的斜线运动，从而产生Y轴与X轴运动的垂直度误差。显然，立柱定位在Z向的不同位置，立柱的倾角也是不同的。
   
   

   图4 Y轴运动直线度之Y轴倾斜角误差检验图	a、b、c——三种数值大小相等但形式不同的直线度误差dZs，其中 dZsa=dZsb=dZsc Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ——三种方向与数值不同的平行度误差dZp,其中dZp1=0,dZp2和dZp3的误差大小相等方向相反。 图6 运动的直线度和平行度误差的合成
   图5 X轴与Y轴运动垂直度检验的示意图

2. 基于同样道理，ISO/DIS10791标准在检验主轴轴线与Z轴运动的平行度时，未考虑Y轴运动直线度误差的影响，未规定主轴箱在立柱上的确定高度。分别检验工作台面上排直定位孔基准和工作台侧定位基准对Z轴运动的平行度时，未考虑X轴运动在XZ平面内绕Y轴摆动直线度角误差分量的影响，未规定工作台在X方向的确定位置。它们都将导致检验结果的不确定性，最终难以贯彻实施。
3. 对沿一个坐标轴运动的部件，被沿另一坐标轴运动的部件导向的机床布局，如图1中沿X轴运动的工作台被沿Z轴在床身上运动的滑座导向的布局情况，还存在着工作台运动的直线度受到滑座运动直线度影响的两部分误差合成的问题。因为滑座运动的绕Y轴摆动的这项直线度角误差分量，将使滑座倾斜，导致滑座上原本平行于理想X轴的工作台运动导轨，产生了平行度误差，从而导致最终工作台运动直线度误差的增大。图6所示为工作台在X向全行程L内，差值相同的a、b、c三种型式直线度误差dZ_s，受到滑座在Z向三个位置的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同倾斜角影响，附加产生工作台运动的平行度误差dZ_p时，工作台合成误差dZ_s+p的变化情形。可以看出，滑座沿Z轴运动的直线度对工作台沿X轴运动的直线度的影响很显著，是不能忽视的，ISO/DIS10971标准未考虑这个影响因素，显然会直接影响它的准确与合理。