數(shù)控往復走絲型多次切割電火花線切割機床精度檢驗標準的主要檢測項目解析

徐 明 ，周迪泉 ，王 應 ，3，吳 強

（1.蘇州電加工機床研究所有限公司，江蘇蘇州215011；2.機械工業(yè)特種加工機床產(chǎn)品質量監(jiān)督檢測中心，江蘇蘇州215011；3.全國特種加工機床標準化技術委員會，江蘇蘇州215011）

往復走絲電火花線切割機床是我國在20世紀60年代末研制成功的具有完全自主知識產(chǎn)權的電火花加工設備，其生產(chǎn)成本較低，加工效率較高。隨著一些特殊材料、形狀的零件在切割精度和表面質量方面的要求不斷提高，具有多次切割功能的往復走絲電火花線切割機床（俗稱“中走絲機床”）得到了快速發(fā)展，該類設備一般附加了導絲器和電極絲張力控制等裝置，通過控制系統(tǒng)的多次切割功能，減少了材料變形、電極絲換向沖擊、電極絲損耗帶來的加工誤差，逐漸成為往復走絲電火花線切割機床的主要發(fā)展方向[1]。

為了規(guī)范中走絲機床的設計、生產(chǎn)和使用行為，提高產(chǎn)品質量，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全國特種加工機床標準化技術委員會組織國內中走絲機床主要生產(chǎn)企業(yè)共同起草了產(chǎn)品技術標準；同時，自標準發(fā)布實施以來，先后舉辦兩次標準宣貫會，由負責標準起草和設備檢測的專家詳細解讀標準內容，指導設備生產(chǎn)企業(yè)正確實施標準的各項技術要求，提高了生產(chǎn)企業(yè)理解、使用標準的總體水平，對規(guī)范生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質量起到了積極的作用。然而，在機械工業(yè)電加工機床產(chǎn)品質量監(jiān)督檢測中心所接受的委托檢測中，仍發(fā)現(xiàn)有少數(shù)企業(yè)對標準的某些檢測項目理解得不夠全面或有誤解。為此，本文針對JB/T 11999.1-2014《數(shù)控往復走絲型多次切割電火花線切割機床 第1部分：精度檢驗》[2]標準中的主要項目的檢測過程及方法進行了闡述和分析。為了與標準內容同步，本文未標注的尺寸單位均為mm。

1 幾何精度檢驗

1.1 直線軸運動的角度偏差

一個運動部件的直線運動總是包含著六個偏差因素：（a）運動方向上的位置偏差；（b）運動部件上一點軌跡的兩個線性偏差；（c）運動部件的三個角度偏差，即：俯仰、傾斜、偏擺。

JB/T 11999.1-2014標準中增加了X、Y軸運動角度偏差。其中，G2項規(guī)定：（a）在ZX平面（垂直面）內 EBX，俯仰；（b）在 YZ 平面（垂直面）內 EAX，傾斜；（c）在XY平面（水平面）內ECX，偏擺。允差均為0.040/1000，即8″。測量儀器為精密水平儀、自準直儀及激光干涉儀。

（1）俯仰的測量

將基準精密水平儀沿X軸垂直放在床身或機床的固定部件上，另一精密水平儀沿X軸垂直放在運動部件（X軸）上，見圖1a。水平儀的氣泡調至可視范圍內，盡量調至中間，并分別記住零位。應至少在行程的五個等距離位置上進行測量，在每個位置上分別讀取測量水平儀和基準水平儀的讀數(shù)，并計算每個位置的測量水平儀與基準水平儀的差值，取差值中的最大差作為誤差值，見表1。

表1 俯仰的測量及計算實例

測量結果的計算：X軸俯仰1.3-（-0.3）=1.6格；如果水平儀的示值為0.02/1000，則誤差為0.032/1000，即 6.4″。

（2）傾斜的測量

將基準精密水平儀沿Y軸垂直放在床身或機床的固定部件上，另一精密水平儀沿Y軸垂直放在運動部件（X軸）上，見圖1b。以下操作同（1）。

（3）偏擺的測量

用激光儀器檢測時，只需將激光的角度反射鏡放在運動部件（X軸）上，將角度干涉鏡放置在機床固定部件上，并把光路調通使X軸全行程移動信號基本不變；打開激光儀器的角度測量軟件，應至少在行程的五個等距離位置上進行測量，在每個位置上讀出角度偏差值，取絕對值最大的偏差作為偏擺誤差。

自準直儀檢測時，只需將自準直儀的反射鏡固定在運動部件（X軸）上，調整自準直儀直至調出影像。至少在行程的五個等距離位置上進行測量，在每個位置上讀出角度偏差值，取最大差作為偏擺誤差，見圖 1c。

圖1 X軸運動角度偏差檢測示意圖

1.2 工作臺臺面的平面度

JB/T 11999.1-2014標準中G7項規(guī)定了工作臺臺面平面度的允差為：在1000測量長度內為0.04，長度每增加1000，允差值增加0.02。測量長度指OX和O-Y中較長邊的長度。測量儀器為精密水平儀，或平尺、量塊和千分表，或光學儀器等。

工作臺面平面度的測量方法較多，這里介紹常用的精密水平儀按矩陣布線法測量的方法。檢測步驟如下：

（1）將機床的X軸和Y軸移動至其行程的中間位置，Z軸原則上置于行程中間，機床工作臺面調至水平。

（2）根據(jù)機床工作臺面尺寸選擇橋板，按不少于四跨五點的間距調整橋板的跨距。

（3）將合像水平儀或電子水平儀置于橋板上，按圖2所示矩陣布點，同方向移動橋板進行測量，讀出各點水平儀的讀數(shù)。一般情況下，按布點矩陣圖，工作臺長邊方向的測量線需依次全部測出，短邊方向的測量線只需測量靠近邊沿的一條（長邊測量線的起始點所在的一條線）即可。測量完畢后，橋板重新移置于起始段復測，再次測量與首次測量時的重復精度應在±0.03 mm/m內，否則需重新測量。

（4）數(shù)據(jù)處理：手工或利用軟件計算出平面度。一般使用三點法，特殊情況可用最小條件法。

圖2 工作臺面平面度檢測示意圖

1.3 貯絲筒軸向運動的全跳動

JB/T 11999.1-2014標準中G13項規(guī)定了貯絲筒軸向運動的全跳動在水平面內、垂直面內的允差均為0.025。測量儀器為指示器。

檢測方法如圖3所示，千分表固定在機床固定件上，指示器觸頭以水平方向觸及貯絲筒距電極絲固定螺釘中心10 mm處，使貯絲筒作低速運轉，直至觸頭到達貯絲筒另一端距電極絲固定螺釘中心10 mm處，以讀數(shù)的最大值計。同樣的，使指示器觸頭以垂直方向觸及貯絲筒，按相同方法進行檢測。

圖3 貯絲筒軸向運動的全跳動檢測示意圖

全跳動包含徑向跳動、絲筒直徑的變化、絲筒軸線與絲筒導軌的平行度，而有些企業(yè)仍習慣于沿用貯絲筒軸線的徑向跳動測量方法，即在貯絲筒中間及兩端分別測量。

1.4 Z軸運動與X軸、Y軸運動之間的垂直度

JB/T 11999.1-2014標準中G6項規(guī)定了Z軸運動與X軸、Y軸運動之間的垂直度允差為：在任意300測量長度上為0.03。測量儀器為（圓柱）角尺、平板、調整塊和千分表，也可用平尺、量塊和直角尺。檢測示意圖見圖4，檢測步驟如下：

（1）選擇一尺寸與機床工作臺面尺寸和X軸、Y軸行程相適應的0級平板，根據(jù)Z軸行程選擇一高度與其相適應的圓柱角尺。如果X軸、Y軸行程超過一定的范圍，使得選用的平板過大、過重，可選用尺寸與其相對應的0級平尺和直角尺替代。

（2）將平板用三個調整塊支承置于機床工作臺上，圓柱角尺基準面置于平板中間。此時，X軸、Y軸應處于行程的中間位置。調整平板與圓柱角尺的位置，使得圓柱角尺在X、Y方向上盡量靠近Z軸，且當Z軸上下運動時，不與圓柱角尺發(fā)生干涉。

圖4 Z軸運動與X軸、Y軸運動之間的垂直度檢測示意圖

（3）千分表固定在主軸頭上，其測頭觸及平板工作面，來回移動X軸和Y軸，調整平板使其工作面與X軸運動和Y軸運動均平行。即當X軸或Y軸運動時，千分表在平板兩端點的讀數(shù)基本一致，其讀數(shù)差不超過0.002 mm。

（4）X軸和Y軸均移動至行程中間，千分表固定在主軸頭上，其測頭沿測量方向垂直觸及圓柱角尺測量面。測量Z軸運動與X軸運動的垂直度時，千分表測頭應垂直觸及圓柱角尺與X軸運動平行的直徑端點所在的側母線，并輕輕移動Y軸，在千分表示值出現(xiàn)拐點處停止。同樣，測量Z軸運動與Y軸運動的垂直度時，千分表測頭應垂直觸及圓柱角尺與Y軸運動平行的直徑端點所在的側母線，并輕輕移動X軸，在千分表示值出現(xiàn)拐點處停止。

沿Z方向在整個測量長度上移動主軸，分別讀取沿X方向和Y方向觸及圓柱角尺側母線時千分表的讀數(shù)。

（5）當用平尺、直角尺代替平板和圓柱角尺時，應將平尺用量塊組在其兩端“白塞爾點”處支承，置于機床工作臺上。測量Z軸運動與X軸運動的垂直度時，調整量塊組尺寸，使平尺工作面在垂直面內與X軸運動平行；再將直角尺基準面置于平尺上，千分表測頭沿X方向觸及直角尺測量面，移動Z軸讀取千分表讀數(shù)。同樣，測量Z軸運動與Y軸運動的垂直度時，應使平尺工作面與Y軸運動在垂直面內平行，千分表測頭沿Y方向觸及直角尺測量面，移動Z軸讀取千分表讀數(shù)。讀數(shù)的最大差值即為垂直度誤差值。

有些企業(yè)習慣于以角尺直接放置在工作臺上時測得的垂直度作為Z軸運動對工作臺面的垂直度，這并不是Z軸運動對X軸、Y軸運動的垂直度。

2 數(shù)控軸定位精度檢驗

數(shù)控軸運動的定位精度檢驗中，常用的理想測量儀器為激光干涉儀，它具有對溫度、濕度、氣壓等參數(shù)補償?shù)墓δ?，但在使用時仍需控制周圍環(huán)境的振動及飛蟲，同時被檢設備須經(jīng)充分的空運轉。

但在實際檢測中，有些企業(yè)布點采用等距測量法，只測一個運動來回，在布點、循環(huán)次數(shù)和計算等方面理解有誤，正確的檢測方法應按GB/T 17421.2標準[3]規(guī)定的要求進行：

（1）確定被測軸線運動的目標位置。標準規(guī)定：在行程至2000 mm的線性軸線上，每1000 mm至少選擇五個目標位置，且在全行程上至少也應有五個目標位置。

（2）編制數(shù)控軸循環(huán)運動程序。當確定目標位置后，需編制機床數(shù)控指令程序，使被測軸按規(guī)定的循環(huán)運動要求運動到一系列的目標位置。標準規(guī)定：線性數(shù)控軸定位精度的測量應按標準檢驗循環(huán)在所有目標位置上進行，且每個目標位置在每個方向上應測量五次。

（3）數(shù)據(jù)采集與記錄。在完成對象屬性、目標值、循環(huán)次數(shù)、越程量等設定后開始測量，由測量儀器自動記錄檢測數(shù)據(jù)。

（4）檢測結果的表達。測量結束后，可用儀器攜帶的測量軟件通過GB/T 17421.2標準規(guī)定的統(tǒng)計匯總表和分析曲線圖來獲得定位精度的所有檢測結果。

3 加工檢驗

JB/T 11999.1-2014標準中M1、M2項所述試件是指切割完整的試件，但有些企業(yè)加工的試件上留有不同程度的工藝凸臺，其認為是工藝問題而非機床問題，這顯然是一種誤解。

3.1 多次切割加工正八棱柱工件的尺寸精度和表面粗糙度

JB/T 11999.1-2014標準中M1項規(guī)定了多次切割加工的正八棱柱工件的尺寸精度和表面粗糙度的檢查，其中，縱、橫剖面的尺寸極限偏差的允差為±0.008；縱、橫剖面的尺寸差的允差為0.010；表面粗糙度的允差為Ra1.6μm。該檢測項目對加工條件的規(guī)定如下：工件材料為鋼，厚度40 mm；加工形狀為正八棱柱，其相對面距離尺寸為20 mm；平均加工速度大于40 mm2/min，且切割次數(shù)不少于2次。測量儀器為千分尺、量塊及電動輪廓儀（表面粗糙度儀）。

（1）縱、橫剖面的尺寸極限偏差的測量

在正八棱柱工件厚度方向上的中間及距兩端面各5 mm的三個位置，測量四組相對平行面間的距離，并分別計算測量尺寸與基本尺寸的差值，取最大正值和絕對值最大的負值作為誤差值。

（2）縱、橫剖面的尺寸差的測量

在正八棱柱工件厚度方向上的中間及距兩端面各5 mm的三個位置，測量四組相對平行面間的距離，取所有尺寸的最大差值作為誤差值。

（3）表面粗糙度的測量

在一加工表面的中間及距離兩端各5 mm的位置分別測量表面粗糙度，并計算平均值。對正八棱柱工件的八個加工面分別進行測量、計算，誤差以最大值計。

3.2 多次切割加工正八棱臺工件的大端尺寸差和錐度偏差

JB/T 11999.1-2014標準中M2項規(guī)定了多次切割加工的正八棱臺工件的大端尺寸差和錐度偏差的檢查，其允差分別為0.020和1′。該檢測項目對加工條件的規(guī)定如下：工件材料為鋼，厚度40 mm；加工形狀為正八棱臺，其大端尺寸大于23 mm，錐度3°；平均加工速度大于30 mm2/min，且切割次數(shù)不少于2次，加工后的表面粗糙度為Ra2.5μm。測量儀器為萬能工具顯微鏡、指示器、量塊、正弦規(guī)。

（1）大端尺寸差的測量

用萬能工具顯微鏡分別測量四組工件大端兩相對平行的對邊距離，取所有尺寸的最大差值作為誤差值。

（2）錐度偏差的測量

如圖5所示，使正弦規(guī)上表面與水平面成3°的斜面，將工件的一個側面與正弦規(guī)上表面緊密接觸，使指示器觸及與該側面相對的側面上的A、B兩點（A、B分別距大、小端面5 mm），并讀出兩點的差值；然后，依次將工件的各個側面與正弦規(guī)上表面緊密接觸進行測量。取得最大差值a后，計算出錐度偏差的誤差值。計算公式為：

錐度偏差＝arctan（│a│/30） （1）

圖5 正八棱臺錐度偏差檢測示意圖

3.3 多次切割精加工孔的間距極限偏差和尺寸差

JB/T 11999.1-2014標準中M3項規(guī)定了多次切割精加工孔的間距極限偏差和尺寸差的檢查，其中，孔間距極限偏差的允差分為二種情況：①對于尺寸90、120 mm為±0.015；② 對于對角線（尺寸150 mm）為±0.020?？椎腦方向和Y方向的尺寸差的允差為0.012。該項目的加工條件如下：工件材料為鋼，厚度15 mm，加工的方孔尺寸不小于10 mm×10 mm；切割次數(shù)不少于2次，加工后的表面粗糙度不大于Ra2.0μm。測量儀器為坐標測量機或光學測量儀器、內徑測量儀器、測頭（針）和測微計等。

如圖6所示，測量孔的間距極限偏差和尺寸差時，可按以下步驟進行：

首先，將工件置于測量儀器的玻璃工作臺中央，使孔間距120、90 mm分別處于儀器X軸和Y軸測量行程的中間。如有基準邊，使工件基準面與儀器X軸運動平行，千分表在工件基準面兩端點的讀數(shù)差不超過0.001 mm；對于無測量基準邊的工件，可用四個孔中任意兩個同一方向的孔的同側邊連線作為測量基準，為減小基準的調整誤差，一般選用孔距為120 mm的任意兩孔作為測量基準。

其次，調整立柱手輪和工作臺X、Y軸的位置，使所選的孔的邊或區(qū)域落入顯微鏡視場中。調整物鏡焦距、目鏡視度直至其影像和分劃板米字線清楚地顯現(xiàn)在視場中。

然后，調整玻璃工作臺左右兩個螺釘，使得在移動工作臺時，兩基準圓弧頂點的影像相對于米字線中央橫線的位置一致（不超過0.001 mm），此時，測量基準視為調平。

最后，移動工作臺X、Y軸，用半寬壓線法分別對沿X、Y方向的每個方孔的加工邊進行壓線，并讀取顯微鏡上的坐標值：AX4，AX2；AY3，AY1；BX4，BX2；BY3，BY1；CX4，CX2；CY3，CY1；DX4，DX2；DY3，DY1。

圖6 四孔加工示意圖

在完成上述步驟后，測量各方孔的間距，并分別求出與設定值的差。其中。對于尺寸90、120 mm的間距，取間距差值的最大正值和絕對值最大的負值作為間距極限偏差的誤差值；對于對角線（尺寸150 mm），取間距差值的較大正值和較小負值作為間距極限偏差的誤差值。同時，測量各方孔X、Y方向的邊長尺寸，取所有尺寸的最大差值作為尺寸差的誤差值。

4 結束語

本文針對部分企業(yè)在貫徹實施JB/T 11999.1-2014《數(shù)控往復走絲型多次切割電火花線切割機床第1部分：精度檢驗》標準時，對某些條款的理解不準確甚至誤解，詳細介紹了該標準的主要檢測項目及其實施過程與方法，期望對企業(yè)進一步理解標準技術內容、掌握實際操作本領提供幫助。同時，希望通過在特種加工機床行業(yè)中進一步加強標準的宣貫培訓，使企業(yè)能更好地執(zhí)行標準，進而推動行業(yè)技術水平和產(chǎn)品質量的有效提升。