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0 引言
精密與超精密加工仍然是現(xiàn)代機(jī)械制造中的重要組成部分和未來發(fā)展的方向［1］，隨之廣泛的應(yīng)用對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床誤差的檢測(cè)對(duì)其精度的提高具有重要的意義。傳統(tǒng)的機(jī)床精度檢測(cè)方法，如激光干涉儀，檢測(cè)精度高，但操作復(fù)雜，成本也比較高。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行快速、方便、經(jīng)濟(jì)的測(cè)量，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
球桿儀系統(tǒng)提供了一種測(cè)量數(shù)控機(jī)床常見誤差的有效方法［2］。該方法可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)態(tài)輪廓精度的測(cè)量，分離各影響因素的誤差。球桿儀還具有便于攜帶和易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于機(jī)床精度的評(píng) 價(jià) 和診斷［3］，已經(jīng) 被 ISO230［4］和 ASME B5. 54［5］等采納為檢測(cè)機(jī)床圓運(yùn)動(dòng)和精度檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)工具。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也利用球桿儀對(duì)做了很多的測(cè)試。Tian 等［6］利用雙頭球桿儀對(duì) 3-DOF 主軸進(jìn)行了動(dòng)態(tài)標(biāo)定。Lee 等［7］利用雙頭球桿儀對(duì)五軸( 含一個(gè)擺頭) 機(jī)床幾何誤差進(jìn)行了識(shí)別和測(cè)量。參考文獻(xiàn)［8-10］針對(duì)不同機(jī)床，利用球桿儀檢測(cè)技術(shù)，提出了對(duì)其幾何誤差或者空間誤差的檢測(cè)方法以及補(bǔ)償模型。
以上研究中很多給吹圓度誤差與進(jìn)給速度的關(guān)系，但沒有剖析其原因。本文采用雙頭球桿儀對(duì)某立式加工中心圓度誤差進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試包含 X-Y，Y-Z 和 Z-X 平面內(nèi)的誤差，并且在多進(jìn)給速度下進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果中圓度誤差影響因素分離，并對(duì)測(cè)試結(jié)果分析，為提高加工精度提供參考。
1 誤差形式的介紹
立式加工中心的圓度會(huì)受到反向間隙、橫向間隙、周期誤差、比例不匹配、伺服不匹配、反向躍沖、垂直度以及 X / Y 軸直線度等因素影響［11］。其中，垂直度、伺服不匹配、反向躍沖、直線度、比例不匹配對(duì)圓度的影響較大。
( 1) 垂直度
垂直度誤差是指測(cè)試機(jī)器的 X 軸和 Y 軸相互不為 90°。垂直度誤差對(duì)加工的影響是，會(huì)使加工形狀呈橢圓或花生形，沿 45°或 135°對(duì)角方向拉伸變形，拉伸量不受進(jìn)給率的影響，如圖 1a 所示。
( 2) 反向越?jīng)_
反向躍沖是圓運(yùn)動(dòng)軌跡在經(jīng)過軸線時(shí)產(chǎn)生一個(gè)小尖峰，如圖 1b 所示。尖峰大小通常隨機(jī)器的進(jìn)給率增加而增大。導(dǎo)致該問題的可能原因有: 該軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩不夠，造成在換向處由于摩擦力的方向發(fā)生改變而出現(xiàn)粘性停頓; 機(jī)器在進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償時(shí)伺服響應(yīng)時(shí)間不準(zhǔn)確，機(jī)器不能準(zhǔn)時(shí)地對(duì)反向間隙施加補(bǔ)償，導(dǎo)致軸出現(xiàn)停頓; 伺服響應(yīng)在伺服換向點(diǎn)很差，導(dǎo)致在軸停止一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)和開始另一方向運(yùn)動(dòng)之間出現(xiàn)短暫時(shí)延。
( 3) 伺服不匹配
伺服不匹配就是兩根伺服軸存在時(shí)間的上的不同步，通常以一根伺服軸超前于另一伺服軸的時(shí)間表示，單位以毫秒計(jì)。伺服不匹配會(huì)導(dǎo)致圖形呈橢圓或花生形，沿 45° 或 135° 對(duì)角方向拉伸變形，如圖 1c 所示。通常隨著進(jìn)給率的增加，拉伸變形量也會(huì)增加。伺服不匹配將導(dǎo)致插補(bǔ)圓不圓。

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5結(jié)束語(yǔ)
立式加工中心圓度的檢測(cè)是評(píng)價(jià)機(jī)床精度的重要因素之一。本文通過球桿儀對(duì)立式加工中心快速檢測(cè)，得到空間圓度誤差，并對(duì)誤差分析得到以下結(jié)論:
( 1) 伺服不匹配、垂直度、橫向間隙、比例不匹配、周期誤差、反向間隙和反向躍沖所造成的誤差占據(jù)了加工圓度誤差的主要部分。
( 2) 立式加工中心各坐標(biāo)平面圓度誤差與機(jī)器進(jìn)給速度近似成正比，其原因是伺服誤差與進(jìn)給速率成正比，并且伺服誤差隨進(jìn)給速度增加成為圓度誤差主要影響因素。

球桿儀的立式加工中心圓度的測(cè)試

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