談談數控機牀的校準

數控機牀在新購入和用過一段時間後，以及維修後都要進行相應的精度校準。

當需要嚴格考慮質量問題時，校準和補償會直接影響週期時間。一台在精度指標範圍內的機牀可以高速工作並同時保持加工精度。校準允許進行工件在線檢測，節約了工件在機牀和三座標測量機之間來回移動的時間。此外，定期校準還可以用來預報機牀是否即將偏離精度指標。

以前操作激光校準儀器要求專業的計量人員。需要打開機牀罩，這樣可以在工作台、主軸以及獨立的三角架上調整光學元件。空間校準的過程需要幾天時間，這取決於機牀的大小。因此，當工件經三座標測量機測量是在公差範圍內時，空間校準就顯得不是那麼必要了。

隨着技術的進步，目前激光校準設備的成本大大降低，比如美國光動公司(Optodyne)的產品，同時也不需要專業的計量人員及外部服務，機牀停機時間也大大降低。一個受過一天激光校準培訓的機械師能夠在半天內完成1立方米機牀的空間測量。軟件可以自動寫出補償表並上載到機牀的控制器。

許多年來，在ASMEB5.54或者ISO230-6標準中定義的體對角線位移方法(BDDM)已經為許多廠商，例如波音等航空航天公司提供了一種快速檢測空間誤差方法。BDDM測量機牀工作空間的四條對角線，產生四套包括所有誤差的數據。但是，還不能提供足夠的數據以鑑別誤差的位置。

我們的新方法------分步對角線測量法(SSDMM)，同樣是四條對角線設置，能收集12套數據。根據這些數據，可以測出三個位移誤差、六個直線度誤差以及三個垂直度誤差，並不需要延長停機時間。此外，測量得到的定位誤差可用於產生空間補償表。圖2顯示了在2小時內進行分步對角線測量空間誤差的過程，機牀罩不需要打開。SSDMM不同於BDDM，其x，y，z軸分別依次移動並採集到對角線的`定位誤差，提供了三倍的數據量，並能使每個軸運動的定位誤差都可以測量得到。

被測目標移動的軌跡並不是直線，其側向移動較大。傳統的干涉儀不能做這些測量，因為不允許有如此大的側向運動。而單孔徑的激光干涉儀比如激光多普勒位移計(LaserDopplerDisplacementMeter)就不受大的側向移動的影響。使用一平面鏡作被測目標，平行於鏡子的移動不會轉移激光束，也不會改變從光源來的距離。

預警維護(PredictiveMaintenance，PDM)以及其他一些程序，例如機牀可變性管理系統、可靠性及可保養性、失效模式及有效分析、全生產性保養等可以預測出機牀失效(偏離精度指標)。通過比較用激光校準、振動分析以及紅外温度記錄等儀器收集到的當前和以前的數據，製成預報圖表，以預報數控部分、滾珠絲槓、導軌及伺服電機等機牀部件是否需要補償、服務或者其他必須的修理。

一台精度等級為5.1μ的機牀每6個月要檢查一次。假設在最近三次校準中，精度已經降下降了1.27μ，基於以前這樣的信息，可以預測，在6個月內進行校準是合理的。同樣，振動分析可以披露主軸以及其他有問題的部件的信息，以確定是否需要保養或者修理了。

設立一個預警(PDM)程序需要一個長期的過程，首先要選擇機牀、校準技術以及收集數據。其次確定及採購校準設備。然後用以下基本步驟來建立PDM。1.監控機牀情況

2.診斷並確定問題所在

3.數據分析，確定糾正措施

4.通過綜合精密測量系統及製造操作建立早期預警及預報。

在細化以上可重複的基本步驟後，就可以確定可接受的性能以及精度水平。此外，必須測量並建立機牀的基準線。機牀的測量是有規律的，在指定的時間間隔中進行。經過分析，將保養以及維修預報與生產安排結合起來。

使用一有空間檢測功能的機牀在加工過程中檢測工件可以大大減少週期時間並提高加工精度。在航空航天工業中，在線檢測並沒有得到發展，那是因為在加工工件的同一台機牀上檢測會出現與其相同的定位誤差。因此符合SO9000以及ISO17025要求的更新的激光校準技術和方法可以同時確保製造及質量保證計劃，並使在線檢測成為一種可行及可靠的方法。

例如，量規的精度要求是4:1，因此，數控機牀的精度必須是所加工工件指定精度的4倍以上。為滿足這個要求，在線檢測的機牀的精度必須要經過認定。一台經過空間定位誤差測量的機牀，其軟件可以自動生成修正查找表，能夠使在線檢測軟件補償機牀的空間定位誤差。

當用一台在線檢測的機牀時，用一適當的測頭來代替刀具，以測量工件的尺寸。其空間定位誤差可以列成誤差表或補償表，以使軟件糾正所測量測頭的位置。用了空間誤差糾正，機牀本身的幾何誤差及定位誤差可以被消除，提供精確的尺寸測量。因此，滿足了4:1量規的精度要求，使帶有空間誤差補償的數控機牀可以具有三座標測量機同樣的高精度功能。