标准规范下载简介

GB／T 17421.10-2021 机床检验通则 第10部分：数控机床探测系统测量性能的测定.pdf

铣刀长度设定： 探测刀具长度设定； 机床热偏移（如主轴热偏移）

6.8.2检测设置和步骤

a）阶段1：加工： 1）在机床工作台上放置厚度至少为25mm的试件，加工备用。试件材料应由制造商/供应 商与用户协商确定，或与机床通常加工材料相当。 2 加工一个直径大约$25mm高精度孔，孔的表面粗糙度应保证检测系统的重复性要求。 推荐预钻孔径小于1.25mm的孔，然后再预铣表面小于0.2mm的面。 3） 试件表面用端面加工刀具进行加工，整个表面或局部的表面粗糙度应保证检测探测系统 的重复性要求。 阶段2：检测： 1）将经过认定的探测刀具装到主轴上。 2 用制造商/供应商推荐的检测程序测量孔中心，记录孔中心X轴、Y轴坐标XBOR与YBOR。 3） 用制造商/供应商推荐的检测程序测量加工过的表面，记录铣加工表面Z轴坐标ZPLA。 4）完成正常换刀程序，从b)2)开始重复检测9次，共得到10组XBOR、YoR与ZpLA测量坐标。 如采用机械手自动换模式，在测头返回主轴前，自动换应至少转一个力位并返 回，这样考虑了系统的重复性。 在一些高速铣应用中，刀座没有配备传动夹头。主轴与探测刀具之间的相互角度关 系不受控制。建议探测刀具位置增加约15°来作为对本项目的补充

计算X轴加工与定位综合重复性RcML.xT／CEC 148-2018标准下载，取记录X轴坐标值XBOR范围 计算Y轴加工与定位综合误差EcMI.Y，取记录Y轴坐标值YBOR平均值与编程孔坐标值之差。 计算Y轴加工与定位综合重复性RcML.Y，取记录Y轴坐标值YBOR范围。 计算Z轴加工与定位综合误差EcML.z，取记录Z轴坐标值YpLA平均值与编程坐标值之差， 计算Z轴加工与定位综合重复性ReMI.2，取记录Z轴坐标值ZpLA范围

计算X轴加工与定位综合重复性RcMI.x，取记录X轴坐标值XBOR范围 计算Y轴加工与定位综合误差EcMI.Y，取记录Y轴坐标值YBOR平均值与编程孔坐标值之差。 计算Y轴加工与定位综合重复性RcML.Y，取记录Y轴坐标值YBOR范围。 计算Z轴加工与定位综合误差EcML.z，取记录Z轴坐标值YpLA平均值与编程坐标值之差， IL.2.取记录Z轴坐标值ZpLA范围

6.9时间延迟变化检测

CNC,PLC与探测系统之间不同的相互作用可能会导致不同的时间延迟，反之，会大大降低探测系 统的总体性能。 注3：由于被测工件的位置未知，在圆及球测量趋近方向不完全垂直于被测表面（探测）；因此时间延迟变化检测也 包含可能的残余误差，由探测系统软件对探针触点直径补偿技术导致， 本条款只对探测系统特定性能进行描述，在探测系统复检时，除非检测速度改变，无需重复检验

6.9.2.1检测设置和步骤

步骤如下： 放块规如6.7.5的图7所示并校准方向使块规三个面分别与机床坐标系X轴、Y轴、Z轴垂直 b 分别探测面D、面B、面A上的单点（见图7)设定工件坐标系X轴、Y轴、Z轴原点在块规前右 顶点； 顺次将主轴移动到X5、Y5、Z一4处（图7中测点7前面）； 沿X轴负向单点探测，采集并记录XsPT.TD坐标值； e) 将主轴移动到先前位置X轴方向增加0.010mm处（如：对比前次循环，X轴坐标值应为X5.010)； f） 重复从d)项开始的步骤，采集并记录XsPT.TD坐标值共10次； g） 顺次将主轴移动到Y一5、Z一4、X一5处（图7中测点6前面）： h） 沿Y轴正向单点探测，采集并记录YsPT.TD坐标值； i） 将主轴移动到先前位置Y轴方向减少0.010mm处（如：对比前次循环，Y轴坐标值应为Y一5.010）： j 重复从h)项开始的步骤，采集并记录YsPT.TD坐标值共10次； k） 顺次将主轴移动到Z5、X一5、Y5处（图7中测点4前面）； 1）沿Z轴负向单点探测，采集并记录ZsPT.TD坐标值； 将主轴移动到先前位置Z轴方向增加0.010mm处（如：对比前次循环，Z轴坐标值应为Z5.010)； n) 重复从1)项开始的步骤，采集并记录ZSPT.TD坐标值共10次

放块规如6.7.5的图7所示并校准方向使块规三个面分别与机床坐标系X轴、Y轴、Z轴垂直 分别探测面D、面B、面A上的单点（见图7)设定工件坐标系X轴、Y轴、Z轴原点在块规前右 顶点； 顺次将主轴移动到X5、Y5、Z一4处（图7中测点7前面）； 沿X轴负向单点探测，采集并记录XsPT.TD坐标值； e) 将主轴移动到先前位置X轴方向增加0.010mm处（如：对比前次循环，X轴坐标值应为X5.010)； f） 重复从d)项开始的步骤，采集并记录XsPT.TD坐标值共10次； g） 顺次将主轴移动到Y一5、Z一4、X一5处（图7中测点6前面）： h) 沿Y轴正向单点探测，采集并记录YsPT.TD坐标值； i） 将主轴移动到先前位置Y轴方向减少0.010mm处（如：对比前次循环，Y轴坐标值应为Y一5.010）： j 重复从h)项开始的步骤，采集并记录YsPT.TD坐标值共10次； k) 顺次将主轴移动到Z5、X一5、Y5处（图7中测点4前面）； 1）沿Z轴负向单点探测，采集并记录ZsPT.TD坐标值； m) 将主轴移动到先前位置Z轴方向增加0.010mm处（如：对比前次循环，Z轴坐标值应为Z5.010)； n) 重复从1)项开始的步骤，采集并记录ZsPT.TD坐标值共10次

6.9.2.2结果分析

计算单轴延迟变化误差EsPT,TD,x，取记录的实测值XsPT.TD范围。 注1：EsPT.TD.x值包含6.2.2中单点表面测量重复性RsPT.X。 计算单轴延迟变化误差EsPT.TD.Y，取记录的实测值YsPT.TD范围。 注2：EsPT.TD.值包含6.2.2中单点表面测量重复性RsPT.Y。 计算单轴延迟变化误差EsPT.TD.z，取记录的实测值ZsPT.TD范围。 注3：EsPT.Tm.z值包含6.2.2中单点表面测量重复性RsT.2

5.9.3XY平面圆测量的时间延迟变化检测,EaR.m.x、EaR.m.Y、EaR.m.与EaR.M.r(EcIRck,TimeIxl

本检测在于确定测量工具路径并非准确随动真圆时，探测系统正确测量圆的直径和位置的能力。 本检测适用于能在XY平面测量完整圆的通用探测系统。 某些功能改进型的探测系统能通过检测36个测点确定圆的属性，如直径、圆心和形状误差F，推荐 采用36个测点进行本检测如同2D探测误差检测PFTU.2D（见6.5）。本检测尤其适用于在外形定位未知 情况下确定系统的2D性能（如部分定位）

6.9.3.2检测设置和步骤

步骤如下： a） 将一孔径约25mm的基准圆环放于机床，校准直径和外形，与机床坐标系进行对正，使孔轴线 平行于机床乙轴； 通过探测4个测点测量基准圆环孔中心坐标，建立工件坐标系原点即测量中心； C） 测量并记录基准圆环中心坐标XcIR.TD与YcIR.TD，直径D及（检测采用36个测点探测)形状误差F； d） 重复c)项9次，按表2调整基准圆环的名义位置。圆环本身不动，但是生成的孔测量新探测 路径是假设圆环已经偏移到新位置

6.9.3.3结果分析

所有计算应包括基准测量结果。 计算X轴时间延迟变化误差EcIR.TD.x，对于圆中心定位取测得的XcIR.TD坐标值范围。 注1：EcIR.TD.x值包含6.2.3中圆中心定位重复性RcIR.x 计算Y轴时间延迟变化误差EcIR.TD.Y，对于圆中心定位取测得的YcIR.TD坐标值范围。 注2：EcIR.TD.值包含6.2.3中圆中心定位重复性RcIR.Y。 计算直径延迟变化误差EcIR.TD.D，取测得的直径D值范围。 注3：EcIR.TD.D值包含6.10.3中圆直径重复性RcIR.D 对于采用36个测点的检测，计算时间延迟变化误差，EcIR,TD.F，取测得圆形状误差值F范围，同时 主明最大值EcIR.TD.F.MAx作为报告中F实测值。

XY平面圆测量时间延迟变化检测X轴与Y轴漂利

本检测在于确定测量工具路径并非准确随动外廊时，探测系统正确测量球的直径和位置白 本检测适用于能测量球的通用探测系统

某些功能改进型的测试系统能通过检测25个测点确定球的属性，如直径、球心和形状误差 采用25个测点进行本检测如同3D检测误差检测PFTU.3D（见6.6）。本检测尤其适用于在外廊定 情况下确定系统的3D性能（如部分定位）

5.9.4.2检测设置和步骤

步骤如下： a) 将一直径约25mm的基准球放于机床，校对直径和外形。在机床测量范围内，将工件置于典 型常用位置处； b) 通过探测5个测点测量基准球中心坐标，建立工件坐标系原点即测量中心： C) 测量并记录基准球中心坐标XsPH.TD、YsPH.TD与ZsPH.TD、直径D、及（检测采用25个测点检测） 形状误差F； 重复c)项9次，按表3调整基准球的名义位置。球本身不动，但是生成的外廓测量新探测路 径是假设球已经偏移到新位置

6.9.4.3结果分析

所有计算应包括基准测量结果。 计算X轴时间延迟变化误差EsPH.TD.xX，对于球中心定位取测得的XsPH.TD坐标值范围。 注1：EsPH.TD.x值包含6.2.4中球中心定位重复性RsPH.x 计算Y轴时间延迟变化误差EsPH,TD.Y，对于球中心定位取测得的YsPH.TD坐标值范围。 注2：EsPH.TD.值包含6.2.4中球中心定位重复性RsPH. 计算Z轴时间延迟变化误差EsPH.TD,z，对于球中心定位取测得的ZsPH.TD坐标值范围。 对于球直径测量计算时间延迟变化误差EsPH.TD.D，取测得的直径D值范围 注4：EsPH.TD.D值包含6.10.4中球直径测量重复性RsPH.T 对于采用25个测点的球形状误差测量，计算时间延迟变化误差EsPH.TD.F，取测得球形状误差值F 围，同时注明最大值EsPH.TD.F.MAx作为报告中F实测值。 注5：EsPH.TD.F.MAx值包含6.6.3中3D检测误差PFTU.3D

表3球测量延迟变化检测X轴、Y轴与Z轴漂移

6.10外形尺寸测量性能检测

通用的探测系统能完成两（平和平行的）面（如筋、槽和阶台）之间距离、圆直径（如孔和凸台）及球直 经简单测量。检测结果与标准检具校准尺寸比较，选择的尺寸小于60mm，以适应小机床有限空间探 测系统性能的测试。通过比较提供了有限尺寸测量可追溯性，不应推断设定不同尺工件特征尺寸测量 的可追溯性。 注1：计量后探测系统探针触点有效直径对两平面和平行面、圆和球直径测量影响较大。 注2：在机床测量空间内不同位置检测会产生不同的结果，如，由于机床的几何误差

.10.2薄板（筋）尺寸检测性能检测，EwMX、EwB.Y、

通过探测相对表面上的两个点来测量薄板（筋)或凹槽的尺寸是一种极其简单的操作，（严格地）只 确定两个探测点之间的距离。

6.10.2.2检测设置和步骤

步骤如下： a) 放置一块约50mm标准块规在机床测量范围内，并使其基准面与机床坐标系YZ面对正； b) 用探测系统自带的测量程序测量和记录块规长度Sx共10次； C 校准块规基准面与机床坐标系Zx面对正； d 用探测系统自带的测量程序测量和记录块规长度Sy共10次。

6.10.2.3结果分析

计算薄板沿X轴测量重复性RwEB.x取测得的Sx值范围。 计算薄板沿Y轴测量误差EwEB.Y，取测得的不同Sy值与块规标准尺寸的差值的平均值 计算薄板沿Y轴测量重复性RwEB.y取测得的S值范围

与块规标准尺寸差值的平均值。 计算薄板沿X轴测量重复性RwEB.x取测得的Sx值范围， 计算薄板沿Y轴测量误差EwEB.Y，取测得的不同Sy值与块规标准尺寸的差值的平均值 计算薄板沿Y轴测量重复性RwB取测得的S、值范围

通用的探测系统可通过3个测点 于测量表面（目能）存在的杂质污物 会严重影响中心的定位及直径测量，所以通过 点测量并非首选 ，同时兼顾加工需求

6.10.3.2检测设置和步骤

步骤如下： a）将一孔径约25mm的基准圆环放于机床，校正直径和外形，与机床坐标系进行对正，使孔轴线 平行于机床乙轴； b）测量基准圆环孔中心坐标一次，建立工件坐标系原点即基准圆环测量中心； c）按所选测点数量测量，并记录圆环直径D，共10次

6.10.3.3结果分析

计算圆直径测量误差EcIR.D，取测得的不同D值与基准圆环直径标准尺寸的差值的平均值。 计算圆直径测量重复性RcIR.D，取测得的D值范围。 5.10.4球直径测量性能检测,EspH.p和RsPH.D（EspPHere.Dimeter er)和(RsPHlere.Diameter)

同环直径标准尺寸的差值的

通用的探测系统可通过4个测点或5个测点完成球的测量。由于测量表面（可能)存在的杂质污物 会严重影响中心的定位及直径测量，所以通过4个测点测量并非首选。 本检测测点数量的选择应符合制造商/供应商说明书规定，同时兼顾加工需求

6.10.4.2检测设置和步骤

步骤如下： a） 将一直径约25mm的基准球放于机床，校对直径和外形，放于工件通常就位的位置，并在机床 测量范围内； b） 测量基准球中心坐标一次，建立工件坐标系原点即基准球测量中心； c） 按所选点数测量并记录球直径D，共测10次。

6.10.4.3结果分析

计算球直径测量重复性RsPLD,取测得的D值范围

有些机床装有测头/测头系统用于在机床控制下测量各类旋转力具的长度和/或直径。这些力具设 置系统有时也用于非旋转、几何精度校准刀具（如立体圆柱）的X轴、Y轴、Z轴位置确定或检测损坏的 刀具。 从加工中心的情况看刀具设置系统通常位于机床工作区的边缘处（或机械手附近），为防止由于承 受微小转换力产生的影响刀具设置系统与机床应刚性连接。 注：某些专用的刀具设置系统用于非常小直径刀具长度测定要求很小的转换力。 通常刀具设置系统测头端是圆柱形或菱形（见图8）表面非常耐磨。 测头端校正意味着测头端基准面与机床坐标系相一致，并应符合制造商/供应商说明书规定。 刀具设置系统操作应严格按制造商/供应商说明书规定。另外在刀具旋转状态下检测时，应确保 安全。

（资料性附录） 应用符号的说明

表A.1应用符号的说明

（资料性附录） 扫描测头测量性能

本附录提供了评估接触式探测系统的扫描性能的检测步骤，与数控机床集成在一起，并以预定路径 日描模式使用（见3.4.9）。 本检验是本部分第6章和第7章规定的分散点检测的补充。接触式探测系统不支持分散点测量的 不在本附录涵盖之内。 本部分的第1章至第5章适用于本附录。 检验过程目的不在于揭示造成误差的各种原因。而在于显示环境、机床、探测系统及探测软件对测 量性能的综合影响。 本附录提到的检测适用于验收检测、复检，并在测头或机床磕碰后，或者以下任何探测条件发生变 化时均应再定期进行检测： 测量中的进给速度； 测头系统（尤其测头系统长度）； 检定中的进给速度； 测量中的探测系统的方位角（例如：测头的垂直或水平方位角）； 测头； 标定偏转； 测量范围。

本附录提供了评估接触式探测系统的扫描性能的检测步骤，与数控机床集成在一起，并以预定路径 扫描模式使用（见3.4.9）。 本检验是本部分第6章和第7章规定的分散点检测的补充。接触式探测系统不支持分散点测量的 不在本附录涵盖之内。 本部分的第1章至第5章适用于本附录。 检验过程目的不在于揭示造成误差的各种原因。而在于显示环境、机床、探测系统及探测软件对测 量性能的综合影响。 本附录提到的检测适用于验收检测、复检，并在测头或机床磕碰后，或者以下任何探测条件发生变 化时均应再定期进行检测： 测量中的进给速度； 测头系统（尤其测头系统长度）； 检定中的进给速度； 测量中的探测系统的方位角（例如：测头的垂直或水平方位角）； 测头； 标定偏转； 测量范围。

本部分3.4给出的术语和定义适用于本附录

在机床上的连续扫描系统测量误差源与那些在坐标测量机时的不同。主要区别如下： 机床通常在扫描时不控制测头偏转，这意味着在机床上工件的位置不确定性很可能影响测量 的不确定性。 机床设计目的在于切削而不是测量。在检定和后续的测量所记录的机床位置误差通常在内部 和外部特征不同，造成测量精度之间的差异，如孔和凸台。 采用进给速度和探测系统规定，或制造商/供应商与用户协商的测量范围完成下列检测。 本附录提到的检测对测头系统配置敏感，尤其是测头长度和探针触点直径。对于验收检验，测头配 置应经制造商/供应商与用户协商认可。对于验收检验，只要新的测头配置启用，检测就应进行。 对于采用实时反馈以调整测量路径来控制测头偏转的探测系统，适用范围受限，但对于GB/T16857.4规 定的较短路径测量还可实际应用。对于这类系统，如制造商/供应商与用户达成一致，3D性能扫描检测（见B 5)可以被GB/T16857.4规定的检测替代。尽管这样仍建议做2D性能扫描检测（见B6） 注：3D性能扫描检测包含了GB/T16857.4要求的测量。如要求的话，可以分析3D性能扫描检测数据，按

在机床上的连续扫描系统测量误差源与那些在坐标测量机时的不同。主要区别如下： 机床通常在扫描时不控制测头偏转，这意味着在机床上工件的位置不确定性很可能影响测量 的不确定性。 机床设计目的在于切削而不是测量。在检定和后续的测量所记录的机床位置误差通常在内部 和外部特征不同，造成测量精度之间的差异，如孔和凸台。 采用进给速度和探测系统规定，或制造商/供应商与用户协商的测量范围完成下列检测。 本附录提到的检测对测头系统配置敏感，尤其是测头长度和探针触点直径。对于验收检验，测头配 量应经制造商/供应商与用户协商认可。对于验收检验，只要新的测头配置启用，检测就应进行 对于采用实时反馈以调整测量路径来控制测头偏转的探测系统，适用范围受限，但对于GB/T16857.4规 的较短路径测量还可实际应用。对于这类系统，如制造商/供应商与用户达成一致，3D性能扫描检测（见B 可以被GB/T16857.4规定的检测替代。尽管这样仍建议做2D性能扫描检测（见B6) 注：3D性能扫描检测包含了GB/T16857.4要求的测量。如要求的话，可以分析3D性能扫描检测数据，按

GB/T16857.4要求评定。 3D性能扫描检测一般在外表面进行，而2D性能扫描检测一般在内表面进行。扫描系统安装在机 床上，扫描内表面和外表面产生较大的不确定性差异时，两项检测可以互为补充。推荐两项检测都 进行。 如有可能测头应为可交换型，检定后和每次检测之间，工具交换分度盘至少转一个分度位

当检测影响检测结果时，应经制造商/供应商与用户同意，进行滤出系数操作。在检测报告中予以 说明

测日的于确定当测 检测球时，探测系统测单革检球的能力。检决 适用于具有连续扫描模式的探测系统，在线测量模拟工件位置偏差 在检测时，测头能在完全3D测量范围内操作运行。检测不包括温度变化对位置不确定性的影响 接触扫描系统的使用者应考虑在测量范围内，温度变化对测量结果的影响。 在三轴机床上进行检测，包括机床能在XY、YZ和ZX面进行插补。检测假设测头的Z轴与机床的 乙轴已经校准，这样适用范围更大。 记录检测时间相当于显示出系统速度，它有可能影响精度

B.5.2 球测量过程

见图B.1。步骤如下： a）坐标系原点设在球中心，并与测头的X轴、Y轴和Z轴校准。球的顶点坐标是X=0、Y=0、 Z=r(球的半径); 6） 图中的箭头显示沿目标进行扫描路径实际扫描方向。 沿目标路径进行扫描的进给速度与方向应按照制造商/供应商的推荐

Rxy是制造商/供应商规定的XY平面扫描测量范围。 RzPOs和RzNEG是制造商/供应商规定的Z轴测量范围（分别是正和负部分情况）。 R是RxYy、RzPOs和RzNEG中最小者

在经制造商/供应商与用户同意情况下3D性能扫描检测可以使用滤出系数。如使用滤出系数应 检测报告中予以说明（见B.4）。 对于每一个球测量，过程如下： 用全部8次扫描端点中心点用高斯（最小二乘法）计算球（相关特征）的中心位置和直径。记录 这些值作为中心坐标XsC.3D、YsC.3D、ZsC.3D和球的直径DsC.3D 一对于每一个扫描测量点，计算到球心坐标的半径距离r[按照项a)。 计算扫描探测误差FsC.3D，为计算的半径距离r的极差。 用上述数据，处理如下： a）计算3D扫描位置再现性Esc.3D.POS，为从测量点1记录的球心位置开始在测量点2至测量点 10所有记录的球心位置XsC.3D、YsC.3D、ZsC.3D的最大距离。 b 计算3D扫描直径误差EsC.3D.DIA，为从探针触点直径与校准过的球直径之和，任何10次DsC.3 测量的最大偏差。如扫描系统能提供探针触点直径的检定数据，这个数据可作为参考使用 否则应使用探针触点公称直径。 计算3D扫描形状误差EsC.3D.FORM为任何10次FsC.3D形状值的最大值。 注：在3D扫描形状误差EsC.3D.FORM包括检测球的形状误差。 1 记录3D扫描时间Ts

统计算基准环的直径，位置和 形状的能力。本检测适用于那些能测量基准环，并在线测量时模拟工件位置偏差的探测系统。

在检测中，测头运行在其全部2D测量范围内

检测中，测头运行在其全部2D测量范围内。

B.6.2基准环测量过程

时针方可 第二次扫描按逆时针方向2018甬DX-11 宁波市海绵城市建设工程施工与质量验收技术导则，第三次扫描按顺时针方向等 沿目标路径进行扫描的进给速度与方向，应按制造商/供应商的规定

B.6.3检测设置和步骤

选定一个基准环，其形状和大小均校准，孔径约30mm与机床坐标系对准，使圆环孔轴线平行 于机床的乙轴。 b） 在规定的测量范围用户可以任意选择基准环安装位置。但不要将基准环放置在用于探测系 统标定的位置。 C 在探测系统标定前探针触点，基准球和基准环应清洗干净，确保不会留有影响测量或检验结果 的残余污物。 d） 确保探测系统按制造商/供应商使用说明书进行标定。 e） 通过测量4个或更多个分散点确定基准环的中心坐标。确立工件坐标系的原点在基准环的测 量中心。 f） 采用表B.2设定目标的标定位置，采用连续扫描方式，测量基准环9次。 g 对每一次测量，用扫描系统内置的数据分析圆测量，记录中心坐标XsC.2D、Ysc.2D、直径DscC.2D和 它的形状FsC.2D h） 记录检测Tsc.2D所需时间，从第一次测量的第一步扫描开始（在中间点）至最后一次测量的最 后一步扫描结束（在中间点）算起

表B.22D性能扫描检测X轴、Y轴和Z轴漂移

注：在检测过程中基准环本身不动：基准环测量时生成的扫描路径线是假设基准环外廓位于规定的标定位置

a）计算2D扫描位置再现性Esc.2D.POs，为从测量点1记录的基准环中心位置开始在测量点2至测 量点9所有记录的中心位置的最大距离： b）计算2D扫描直径误差Esc.2D.DIAGB 27950-2020 手消毒剂通用要求，为与校准过的基准环直径任何9次测量的最大偏差； c）计算2D扫描形状误差EsC.2D.FORM为任何9次FsC.2D形状值的最大值； 注：在2D扫描形状误差EscC.2D.FORM包括基准环的形状误差