走近数控机床六：数控机床的位置精度概念

对于普通机床来说，检完机械精度就算完工了，但是数控机床检完机械精度还只是开始，后续还有很重要的位置精度和加工精度两项需要检测。今天先讲位置精度的概念。

在普通机床时代，机床轴的移动使用的基本上是齿轮齿条或是T型丝杠，轴移动的距离完全依靠机床操作工用尺子手动测量，和我们开轿车是一样的想停在哪里完全靠刹车的时机；这样在加工工件时非常不方便，不过随着位置检测技术的发展，现在几乎所有的普通机床都会安装上数显尺用来检测机床轴的移动距离，数显尺有很多种球栅尺磁柵尺光栅尺等等基本上都可以检测到1丝的移动距离。但是到了数控机床就不一样了，数控机床的轴移动距离是非常精准的，有些大型工件的尺寸测量都直接用数控机床当准尺。所以数控机床就必须要检验它的位置精度了，相当于把它校准了，数控机床轴移动一丝就必须是一丝。

数控机床的位置精度有三个指标：定位精度、重复定位精度、反向间隙。位置精度的检测现在基本上都是使用激光干涉仪，很遗憾这样的高精度尺寸基准的测量仪器都是进口的。

上图都是激光干涉仪检测机床轴移动距离的示意图。

什么是定位精度呢？简单的说就是数控机床的轴通过机床加工程序的指令自动启动、加速、按指令速度行走一定的距离然后自动减速并停止，这个距离尺寸的准确度就是定位精度，也可以理解为定位误差。例如按照加工程序指令机床X轴自动行走100mm，那么它实际走了是不是100mm呢？这时我们就通过激光干涉仪这个尺寸基准来测量机床轴实际行走的距离是不是100mm，激光干涉仪的检测精度可以达到0.001mm，这个单位我们称之为谬米，0.001mm就是一个谬米，一般来说数控机床的定位精度基本要求是一米距离的定位误差不能超过20个谬米也就是两丝，如果还要求更高的精度那就需要其它外部条件了。

如果理解了定位精度，那么重复定位精度就好理解了。数控机床轴以某个基准位置点为起点（这个基准点在数控机床上称为轴参考点一般为0点），重复行走一定距离，通过激光干涉仪检测每次的定位精度，那么这个多次定位精度的相同度就称之为重复定位精度。例如X轴从0点行走100mm，再回到0点再行走100mm，这样重复行走定位，激光干涉仪检测每一次轴停在100mm位置的误差值，如果每次的误差值都相同（当然这是不可能的）那么重复定位精度精度就是0，每次定位的误差值越相同那么重复定位精度就越小，反之每次定位的误差值越不相同差值越大那么重复定位精度就越大，一般数控机床都要求这个重复定位精度在轴的任意点上最大不超过3丝。

什么是反向间隙呢？上图的齿轮传动示意图就很直观，当上方齿轮反转时它先要运行一个空位置a，在这个空位置上方的齿轮已经运行了一定距离，但是下方的齿轮不会移动。那么反应在数控机床的轴运行上就是指令已经发出但是轴却没有移动，直到走完这个a距离轴才会移动，这就造成了一个误差，例如数控机床X轴正向行走100mm后指令要求X轴返回到0点，此时因为a距离的存在，X轴是到不了0点的，这个误差值我们称之为数控机床轴的反向间隙。数控机床轴的反向间隙对于机械传动来说是不可避免的，但是这个反向间隙却对数控机床的精度影响很大，不仅直接影响定位精度和重复定位精度，而且还影响到后面讲的加工精度，更还将影响数控机床轴运行的平稳性（这个以后再讲）。数控机床的反向间隙都可以通过数控系统的补偿功能进行补偿，补偿后的反向间隙一般要求也是在轴的每个位置最大不能超过3丝，虽然是机械传动间隙可以通过电气来弥补，但是数控机床的机械传动间隙过大依然对数控机床产生很大的不利影响。所以数控机床不但在几何精度上要求做到很高，在轴的移动传动上也是精益求精，力求做到误差很小。

对数控机床位置精度概念有了解就明白数控机床是怎样的高精度机器了吧！那么数控机床是怎样做到它这么高的位置精度呢？这就需要机械和电气的共同努力了，下期再讲吧。