二、数控机床工作原理- -结构

　　数控机床主要由加工程序载体、数控装置、伺服系统、机床主体和其他辅助装置构成。其中，加工程序载体主要用于完成操作的自动化，无需人工进行操作;数控装置是数控机床最核心的部分，包括输入、处理和输出三个基本模块，主要采用计算机数控系统(Computer Numerical Control，简称CNC)来以软件的形式实现数控的功能;伺服系统主要用于接收数控装置发出的指令，并经功率放大、整形处理后转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动;机床主体指的是数控机床的机械主体，用来完成各种切削加工的操作。

　　三、数控机床工作原理

　　数控机床进行加工，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。数控机床的运行处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，从而保证刀具和工件之间相对位置的准确性。

　　对每个工厂来讲，购买数控机床都是一笔相当可观的投资。为使投资的设备在生产中真正发挥中坚作用，保证加工出合格的零件，尽快回收成本是至关重要的。

　　经验表明，80%以上的机床在安装时必须在现场调试后才能符合其技术指标。因此在新机床验收时，要进行检定，使机床一开始安装就能保证达到其技术指标及预期的质量和效率。

　　另外经验也表明，80%已投入生产使用的机床在使用一段时间后，处在非正常超性能工作状态，甚至超出其潜在承受能力。因此通常新机床在使用半年后需再次进行检定，之后可每年检定一次。定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可切实改善生产使用中的机床精度，改善零件加工质量，不至于产生废品，大大提高机床利用率。总之，及时揭示机床问题可避免导致机床精度损失及破坏性地使用机床。

　　随着数控技术的进一步推广应用，越来越多的数控机床利用自身带有的测头系统来进行工件、刀具尺寸检测及进行仿形数字化。要知道上述功能的实现，与机床自身的精度密切相关，若机床精度不作定期校准，则谈不上准确地完成上述工作。

　　雷尼绍ML10激光干涉仪线性位移测量软件可提供按下述标准进行的数据分析：BS4656英国三测机标准;BS3800英国机床标准;ISO 230-2国际标准;VDI/DGQ 3441德国工程师学会机床标准;VDI 2617德国工程师学会三测机标准;NMTBA美国机床协会标准;GB10931-89中国国家标准;ASME B89.1.12M美国机械工程师学会标准;ASME B5.54美国机械工程师学会标准;E60—099法国标准;JISB2330日本国家标准。

　　2英国雷尼绍公司先进技术

　　英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前(激光干涉仪和球杆仪)、序中(数控机床用工件测头及对刀测头)和序后(三测机用测头及配置)检测的成系列质量保证手段。她的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。

　　2.1ML10激光干涉仪

　　雷尼绍ML10激光干涉仪为机床检定提供了一种高精度仪器，它精度高，达到±1.1PPM(在0～40℃下)，测量范围大(线性测长40m，任选80m)，测量速度快(60m/min)，分辨率高(0.001μm)，便携性好。由于雷尼绍激光干涉仪具有自动线性误差补偿功能，可方便恢复机床精度，更受到用户欢迎!

　　为使大家进一步了解ML10激光干涉仪在检测数控机床精度方面所具有的独特优点，下面着重介绍ML10激光干涉仪在精度检测中的应用。

　　(1)几何精度检测可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。

　　(2)位置精度的检测及其自动补偿可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差，而且还能通过RS232接口自动对其线性误差进行补偿，比通常的补偿方法节省了大量时间，并且避免了手工计算和手动数控键入而引起的操作者误差，同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度，另外操作者无需具有机床参数及补偿方法的知识。

　　(3)数控转台分度精度的检测及其自动补偿现在，利用ML10激光干涉仪加上RX10转台基准还能进行回转轴的自动测量。它可对任意角度位置，以任意角度间隔进行全自动测量，其精度达±1。新的国际标准已推荐使用该项新技术。它比传统用自准直仪和多面体的方法不仅节约了大量的测量时间，而且还得到完整的回转轴精度曲线，知晓其精度的每一细节，并给出按相关标准处理的统计结果。

　　(4)双轴定位精度的检测及其自动补偿雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量大型龙门移动式数控机床，由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度，而且还能通过RS232接口，自动对两轴线性误差分别进行补偿。

　　(5)数控机床动态性能检测利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT)，滚珠丝杠的动态特性分析，伺服驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性(低速爬行)分析等。

　　2.2QC10球杆仪

　　在数控机床精度检测中，QC10球杆仪和ML10激光干涉仪是两种互为相辅的仪器，缺一不可。ML10激光干涉仪着重检测机床的各项精度;而QC10球杆仪主要用来确定机床失去精度的原因及诊断机床的故障。但与ML10激光干涉仪相比，QC10球杆仪目前还没有被广大用户所了解。为此以下将着重介绍QC10球杆仪原理、功能及在检测中的应用。

　　2.2.1什么是球杆仪

　　雷尼绍QC10球杆仪是用于数控机床两轴联动精度快速检测与机床故障分析的一种工具。它由一安装在可伸缩的纤维杆内的高精度位移传感器构成，该传感器包括两个线圈和一个可移动的内杆，其工作原理类同于使用LVDT技术的位移传感器。当其长度变化时，内杆移入线圈，感应系数发生变化，检测电路将电感信号转变成分辨率为0.1μm位移信号，通过接口传入PC机。其精度经激光干涉仪检测达±0.5μm(在20℃)。

　　当机床按预定程序以球杆仪长度为半径走圆时，QC10传感器检测到机床运动半径方向的变化，雷尼绍QC10分析软件可迅速将机床的直线度、垂直度、重复性、反向间隙、各轴的比例如否匹配及伺服性能等从半径的变化中分离出来。

　　2.2.2主要功能

　　(1)机床精度等级的快速标定通过在不同进给速度下用球杆仪检测机床，使操作者可选用满足加工工件精度要求的进给速度进行加工，从而避免了废品的产生。

　　(2)机床故障及问题的快速诊断与分析球杆仪可以快速找出并分析机床问题所在，主要可检查反向差，丝杠背隙差，伺服增益不匹配、垂直度误差、丝杆周期误差等性能，譬如机床发生撞车事故后，可用球杆仪检测并快速告诉操作者机床精度状况及是否可继续使用。在ISO标准中已规定了用球杆仪检测机床精度的方法。

　　(3)方便机床的保养与维护球杆仪可以告诉用户机床精度变化情况，这样可提醒维修工程师注意机床的问题，进行预防性维护，不致酿成大故障。

　　(4)缩短新机床开发研制周期用球杆仪检测可分析出机床润滑系统、伺服系统、轴承副等的选用对机床精度性能的影响。这样可根据测试情况更改原设计，因而缩短新机床研制周期。

　　(5)方便机床验收试验对机床制造厂来说，可用球杆仪快速进行机床出厂检验，检查其精度是否达到设计要求。球杆仪现已被国际机床检验标准如ISO230、ANSI B5.54推荐采用。对机床用户厂来说，可用球杆仪来进行机床验收试验，以取代NAS试件切削，或在用球杆仪检测好机床后再切试件即可。

　　2.2.3工作精度检测

　　QC10球杆仪是一种快速(10～15min)、方便、经济地检测数控机床两轴联动性能的仪器，可用于取代工作精度的NAS试件切削。