ICS 25.040.10 J 50 安 DB34 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 3601—2020 精密数控机床实切状态下热误差的测定 Measurement of thermal error in precision CNC machine tools under real cutting conditions 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 3601—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 3601—2020 精密数控机床实切状态下热误差的测定 1 范围 本标准规定了精密数控机床实切状态下热误差的术语和定义、符号、方法原理、机床测定前的安装、 实切热误差测定装置、机床实切状态下热误差测定、实切热误差测定。 本标准适用于测定行程不超过 2000 mm 的立式三轴精密数控机床（以下统称为机床）在实切状态 下的热变形误差。 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 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 3 术语和定义 下列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，造成最终的切削刀具与工件之 间相对位置变化的变动值。 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。 4 符号 下列符号适用于本文件。 X 10 ：机床运行前实物标准器上测点X1点的初始X向坐标。 X 20 ：机床运行前实物标准器上测点X2点的初始X向坐标。 X 1k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点X1点的X向坐标。 X 2k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点X2点的X向坐标。 Y10 ：机床运行前实物标准器上测点Y1点的初始Y向坐标。 1 DB34/T 3601—2020 Y20 ：机床运行前实物标准器上测点Y2点的初始Y向坐标。 Y1k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Y1点的Y向坐标。 Y2k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Y2点的Y向坐标。 Z k ：机床运行后第k次测量实物标准器上测点Z点的Z向坐标。 Z 0 ：机床运行前实物标准器上测点Z点的初始Z向坐标。 X 1 ：实物标准器上测点X1点处测量末值与测量初值之差。 注： X 1 的计算公式如下： X 1  X 1n  X 10 ，其中n为测量总次数。 X 2 : 实物标准器上测点X2点处测量末值与测量初值之差。 注： X 2 的计算公式如下： X 2  X 2n  X 20 ，其中n为测量总次数。 Y 1 ：实物标准器上测点Y1点处测量末值与测量初值之差。 注： Y 1 的计算公式如下： Y 1  Y1  Y10 ，其中n为测量总次数。 n Y 2 ：实物标准器上测点Y2点处测量末值与测量初值之差。 注： Y 2 的计算公式如下： Y 2  Y2 n  Y20 ，其中n为测量总次数。 Z ：实物标准器上测点Z点处测量末值与测量初值之差。 注： Z 的计算公式如下： Z =Z n  Z 0 其中n为测量总次数。 X ：机床主轴X方向由实切热误差造成的角度变形。 注： X 的计算公式如下： X  X 1  X 2   tan 1   ，其中 d5 d5   为X1、X2测点间的距离。 Y ：机床主轴Y方向由实切热误差造成的角度变形。 注： Y 的计算公式如下： Y  Y 1  Y 2   tan 1   d5   ，其中 d5 为Y1、Y2测点间的距离。 5 方法原理 利用待检测机床对实切试件进行加工，通过换刀环节换上精度不低于1μm接触式探测系统对实切热 误差测定实物标准器进行测量，以此测定机床实切状态下的热误差。 6 机床测定前的安装 机床测定前应按 GB/T 17421.1 的规定安装。 2 DB34/T 3601—2020 7 实切热误差测定装置 7.1 热误差测定实切加工试件 7.1.1 实切加工试件尺寸推荐采用 200 mm×200 mm×30 mm 的矩形体，或经由供应商/制造商和用户 双方协商规定。 7.1.2 实切加工试件材料宜采用 45 号钢。 7.1.3 实切加工试件高度应保证实切加工试件能够稳定安装。 7.1.4 实切加工试件加工前的定位和固定应保证不影响实切加工过程和热误差检测过程。 7.1.5 实切试件应进行预加工。 7.1.6 如果实切加工试件可被重复使用，当实切加工试件再次使用时，在进行新的切削试验前，应进 行一次薄膜切削。 7.2 热误差测定实物标准器 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 实切热误差测定实物标准器推荐尺寸如图 1 所示。 实切热误差测定实物标准器材料宜采用 45 号钢。 实切热误差测定实物标准器高度应保证实切热误差测定实物标准器能稳定安装。 实切热误差测定实物标准器的定位和固定应保证不影响热误差检测过程。 X2 d3 Z Y1 d6 d5 Y2 X1 图中： d1——30 mm； d2——30 mm； d3——30 mm； d4——35 mm； d5——70 mm； d6——150 mm。 图1 机床实切热误差测定实物标准器 3 DB34/T 3601—2020 7.3 热误差测定装置 7.3.1 机床实切热误差测定装置结构 机床实切热误差测定装置如图2 所示。 图中： 1——接触式探测系统； 2——实物标准器； 3——实切加工试件。 图2 机床实切热误差测定装置 7.3.2 夹具 用来夹紧实切加工试件和实物标准器的夹具，宜采用45号钢。 7.3.3 刀具 宜使用直径为 12 mm 的同一把立铣刀完成实切加工试件的整个切削过程。 8 机床实切状态下热误差测定 8.1 切削参数 8.1.1 推荐的切削参数见表 1。 4 DB34/T 3601—2020 表1 推荐的切削参数 主轴转速 500 rpm～1500 rpm 进给速度 600 mm/min～800 mm/min 切削深度 50 μm～150 μm 注：切削参数可根据供方/制造厂与用户之间的协议，采用不同的切削参数进行检验；切削参数在选定之后，在整 个热误差测定过程中保持不变。 8.2 测定步骤 8.2.1 机床装上接触式探测系统对实物标准器上如图 1 所示的 5 个测量点进行测量，记录 5 点的测量 初值。 8.2.2 机床通过自动换刀装置换上铣刀对实切加工试件上表面沿 X 轴向和 Y 轴向以选定参数进行相同 时长的铣削，铣削时间总时长不少于 3 min。 8.2.3 主轴停转，通过自动换刀装置换上接触式探测系统。 8.2.4 主轴左移至实物标准器，对实物标准器上如图 1 所示的 5 个测量点进行测量，记录测量值。 8.2.5 一次测量完毕后，主轴右移至实切加工试件。 8.2.6 重复 8.2.2～8.2.5，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。 9 实切热误差测定 9.1 测定结果 9.1.1 测定结果除包含测定参数的记录值以外，还应提供下列信息： ——试件的材料和标志； ——刀具的材料和尺寸； ——切削速度； ——进给量； ——切削深度； ——主轴转速； ——环境温度。 9.1.2 宜按照附录 A 形式表达测定结果。 9.1.3 对机床工作台实切状态下热误差的测定，推荐每隔半年测定一次机床的性能。 5 DB34/T 3601—2020 AA 附 录 A （资料性附录） 精密数控机床实切状态下热误差测定结果表达示例 A.1 测定环境和参数 测定日期： 机床型号： 机床轴线和方向： 主轴转速： 切削深度： 数据采集的间隔次数： 实切加工试件材料： 环境温度： 机床编号： 机床 X、Y、Z 方向行程： 进给速度： 数据采集间隔时间： 实切加工试件尺寸： 刀具材料和型号： A.2 结果 测定结果由热变形趋势图和实切状态下热误差结果评估表组成。具体样图和样表见图A.1和表A.1。 50 40 热误差（μm） 30 Y1 X1 X2 Y2 Z 20 10 0 -10 -20 -30 0 10 20 30 40 50 测量次数（3min/次） 60 70 80 90 图A.1 实切状态下热变形趋势图 表A.1 实切状态下热误差结果评估表 X 1 :评估 检验内容 实切状态下 机床主轴 X 轴 方向热误差 记录 -9  m X 2 :评估 实切状态下 机床主轴 X 轴方向热误 差 -13  m  Y 1 :评估 实切状态下 机床主轴 Y 轴 方向热误差 -21  m Y Z :评估 实切状态 切状态下机床 切状态下机床 态下机床 下机床主 主轴 X 轴由热 主轴 Y 轴由热 主轴 Y 轴方 轴 Z 轴方向 误差造成的角 误差造成的角 向热误差 热误差 度变形 度变形 -23  m 38  m _________________________________ 6 X Y 2 :评 估实切状 :评估实 0.0033  :评估实 0.0016 