GB/T 17421的本部分规定了三种热变形检验，即：-- 环境温度变化误差（ETVE）检验；-- 由主轴旋转引起的热变形检验；-- 由线性轴移动引起的热变形检验。由线性轴移动引起的热变形检验（见第7章）仅适用于数控机床并用来量化轴线的热膨胀及收缩对定位精度和重复定位精度的影响程度。由于实际原因，在第7章描述的检验方法适用于线性轴线行程至2000mm的机床，如果用于轴线行程大于2000mm的机床，那么在每个轴的正常工作范围内选定一个有代表的2000mm长度来进行检验。应当注意，对于本部分所描述的检验没有给出具体的公差值。 GB/T 17421.3-2009 机床检验通则 第3部分：热效应的确定 GB/T17421.3-2009 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS 25.080.01
中华人民共和国国家标准　
GB/T17421.3—2009/ISO230-3:2001机床检验通则
第3部分：热效应的确定
Test code for machine tools--Part 3 :Determination of thermal effects(ISO230-3:2001,IDT)
2009-04-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2010-01-01实施
GB/T17421.3—2009/ISO230-3:2001前言
规范性引用文件
术语和定义
简要说明
5环境温度变化误差（ETVE)的检验6由主轴旋转引起的热变形.·
7由线性轴线运动引起的热变形
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
参考文献
位移传感器信息
需要的位移传感器数量的指南
机床环境温度的指南
GB/T17421《机床检验通则》分为以下九个部分：第1部分：在无负荷或精加工条件下机床的几何精度；GB/T17421.3—2009/ISO230-3:2001一第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定；—第3部分：热效应的确定；
第4部分：数控机床的圆检验；
—第5部分：噪声发射的确定；
第6部分：对角线位移检验；
一第7部分：回转轴线的几何精度检验；第8部分：振动级别的确定；
第9部分：GB/T17421机床检验系列标准的测量不确定性评估的基本方程式。本部分为GB/T17421的第3部分。本部分等同采用ISO230-3：2001《机床检验通则第3部分：热效应的确定》（英文版）。本部分与ISO230-3：2001相比，编辑性修改内容如下：将“国际标准的本部分”改为“本部分”；一用小数点符号“.”代替作为小数点的逗号“，”；一删除了国际标准的前言和引言；一一对ISO230-3：2001引用的其他国际标准，有被采用为我国标准的用我国标准代替对应的国际标准，未被采用为我国标准的仍采用国际标准；第2章规范性引用文件中用ISO1：2002《产品几何量技术规范（GPS）产品几何量技术规范的标准基准温度和检验》替换ISO230-3:2001中引用的ISO1：1975《工业长度测量的标准基准温度》；
将适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述。本部分的附录A、附录B和附录C为资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国金属切削机床标准化技术委员会（SAC/TC22)归口。本部分起草单位：沈阳机床(集团)有限责任公司、北京机床研究所、北京铣床研究所、天水星火机床有限责任公司。
本部分主要起草人：王兴海、李祥文、张维、张连娣、胡瑞琳、李维谦、王惠芳。本部分为首次发布。
1范围
GB/T17421.3—2009/ISO230-3:2001机床检验通则第3部分：热效应的确定GB/T17421的本部分规定了三种热变形检验，即：环境温度变化误差ETVE)检验；
一由主轴旋转引起的热变形检验；由线性轴移动引起的热变形检验。由线性轴移动引起的热变形检验（见第7章)仅适用于数控机床，并用来量化轴线的热膨胀及收缩对定位精度和重复定位精度的影响程度。由于实际原因，在第7章描述的检验方法适用于线性轴线行程至2000mm的机床，如果用于轴线行程大于2000mm的机床，那么在每个轴的正常工作范围内选定一个有代表的2000mm长度来进行检验。应当注意，对于本部分所描述的检验没有给出具体的公差值。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T17421的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T17421.1-1998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(eqvISO230-1:1996)
GB/T17421.2一2000机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定(eqvISO230-2:1997)
GB/T17421.4--2003机床检验通则第4部分：数控机床的圆检验（ISO230-4：1996，IDT）ISO1:2002产品几何量技术规范（GPS）产品几何量技术规范的标准基准温度和检验3术语和定义
下列术语和定义适用于GB/T17421的本部分。3.1
机床标尺machinescale
与机床成为一体用来测量机床线性轴线或旋转轴线位置的测量系统。3.2
名义热膨胀差值（NDE）nominaldifferentialthermalexpansion由于非20℃的温度所引起的被测物体的估计热膨胀值和检验仪器的估计热膨胀值之差。3.3
名义热膨胀差值的不确定度（unDe）uncertaintyofnominaldifferentialthermalexpansion由被测物体和检验仪器的热膨胀系数不确定度引起的综合热不确定度。注：其值由被测物体名义热膨胀不确定度的平方与检验仪器名义热膨胀不确定度的平方两者之和的均方根得出。3.4
环境温度变化误差[ETVE\］environmentaltemperaturevariationerror指在机床性能测量过程中的任意时间段，只是对由环境温度引起的可能的最大测量不确定度进行1）在此条定义中，按国际标准组织术语要求，应使用术语“偏差（deviation）”代替“误差（error)）”，然而由于使用ETVE的历史长久，作为对国际标准组织术语的一个例外，委员会同意保留这一术语。1
GB/T17421.3--2009/S0230-3:2001评估。
注：在本部分中，符号ETVE(z.8C)表示ETVE值是沿Z方向，并且环境温度变化为8℃时获得的值。3.5
环境温度变化误差引起的不确定度（uzrve）incertaintydueto environmental temperaturevariation error指在机床性能测量过程中，由于环境温度的变化而使机床发生变化引起的标准不确定度。注1：其值由ETVE的平方除以12的均方根得出。注2：由环境温度变化误差引起的机床不确定度的评估按照第5章环境检验进行。3.6
综合标准热不确定度2）（ucr）combinedstandardthermaluncertainty指在长度测量时由于非20℃稳定均匀的环境温度下引起的综合不确定度。注1：综合标推热不确定度由环境温度变化误差的不确定度（uETVe）、温度测E的不确定度（uTM）和名义热膨胀差值（uNDE）的平方和的均方根得出。注2：综合标准热不确定度的评定详逆见ISO/TR160153.7
dx1,60
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部P1位置处测得的位移范围。
指在整个主轴运转时间（t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向上，在距主轴端部P1位置处测得的位移范围。
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。
指在整个主轴运转时间（t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿X轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部P1位置处测得的位移范围。
指在整个主轴运转时间（t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部P1位置处测得的位移范围。
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。
2）此术语等同于ISO/TR16015[1]中的定义由热效应引起的综合标准尺寸不确定度”。2
GB/T17421.3—2009/IS0230-3:2001指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Y轴方向，在距主轴端部P2位置处测得的位移范围。
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Z轴方向测得的位移范围。3.16
指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，沿Z轴方向测得的位移范围。3.17
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕X轴转动的角度偏差范围。3.18
指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕X轴转动的角度偏差范围。3.19
指在最初60min内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕Y轴转动的角度偏差范围。3.20
指在整个主轴运转时间(t)内检验主轴旋转引起的热变形时，测得的绕Y轴转动的角度偏差范围。3.21
在检验周期内，沿十X轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.22
在检验周期内，沿一X轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.23
在检验周期内，沿十X轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.24
在检验周期内，沿一X轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.25
在检验周期内，沿十Y轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.26bZxz.net
在检验周期内，沿一Y轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.27
在检验周期内，沿十Y轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3
GB/T17421.3-—2009/S0230-3:20013.28
在检验周期内，沿Y轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.29
在检验周期内，沿十Z轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.30
在检验周期内，沿一Z轴方向上在目标位置1处测得总的热漂移范围。3.31
在检验周期内，沿十Z轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。3.32
在检验周期内，沿一Z轴方向上在目标位置2处测得总的热漂移范围。4简要说明
4.1计摄单位
在GB/T17421的本部分中，所有的线性尺寸和偏差都以毫米（mm)表示。所有的角度大小都以度(°)表示。角度偏差通常以比值表示。但在有些情况下为了清晰起见，可用微弧度（μrad)或角度秒(\)表示，其换算关系见下式：
0.010/1000=10μrad~2
温度以摄氏度(℃）表示。
4.2参照GB/T17421.1—1998标准说明使用本部分时应参照GB/T17421.1一1998，尤其是机床检验前的安装和检验仪器的推荐精度。4.3推荐的检验工具和检验仪器
本部分推荐的检验仪器仅为示例。可以使用相同指示量和具有相同精度的其他检验仪器。为第5章、第6章和第7章检验推荐使用的检验仪器和检验工具如下：a）具有合适测量范围、分辨率、热稳定性和精度的位移测量系统（如：用于测量由线性轴移动引起热变形的激光于涉仪，测量环境或主轴旋转引起热变形的电容、电感或可伸缩接触式位移传感器）。
具有足够分辨率和精度的温度传感器（如：热电偶，电阻式或半导体温度计）。b）
数据采集装置，如：所有通道可连续监视和绘图的多通道图像记录仪，或计算机数据处理系统。c）
在此系统中所有通道至少每5min采样一次”，并可存储数据，便于以后分析。注：如巢无适用的计算机系统，可用人工进行数据处理。检验棒，最好用钢材制造，并应符合有关标准的规定，或经由供应商/制造商和用户双方协商规d)
定，见GB/T17421.1-1998的A.3。用来安装位移传感器的夹具，最好用钢材制造，并应符合有关标准的规定，或经由供应商/制造e）
商和用户双方协商规定。夹具的设计应使由温度梯度引起的局部热变形达最小。在可能情况下，轴线的位移传感器（见图1、图2和图3)可以直接靠在主轴端部，以减少检验热膨胀的影响。
3）有些温度补偿系统显示的循环时间小于5min，在这样的场合，监测频率应相应地增加。4
环境空气温度传感器
主轴轴承温度传感器；
检验棒；
位移传感器：
夹具；
用螺栓固定在工作台上的夹具。+B
GB/T17421.3—2009/IS0230-3：2001图1在立式加工中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图一环境空气温度传感器；
主轴轴承温度传感器。
图2在卧式加工中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图5
GB/T 17421.3-2009/ISO 230-3:2001一环境空气温度传感器；
2—主轴轴承温度传感器；
检验撑：
4—位移传感器；
5——夹具；
6-—刀架；
7卡盘。
图3在斜床身车削中心上ETVE和由主轴旋转引起的结构热变形的典型试验安装图测量仪器的精度应定期校验，例如，通过传感器漂移进行检验（见A.5）。检验开始前，测量仪器应进行热平衡。4.4机床检验前的条件
机床在装配后，应按照机床供应商/制造商说明书的要求充分运行，并且必须作记录。在机床检验前，所有必要的调平、几何调整和功能检验都应完成。机床及附属装置应处于动力接通状态，轴线处于“保持”位置，主轴不旋转。应按供应商/制造商的规定或按检验仪器的说明通电足够的时间，以便内部热源达到稳定状态。机床与检验仪器应避免受到气流和外部辐射(如上置的加热装置或者光线等)的影响。所有检验应在机床无负荷下进行。对于工件和刀具各自具有独立运转主轴的机床，应按照第5章和第6章的检验方法，在机床上一个共用的固定位置分别对每个主轴进行检验。如果机床具有一些靠硬件或软件的补偿能力或设施（如采用气冷或液冷）可使热效应达到最小，则在检验时所使用的补偿手段和设施都应作记录。
按照在本部分中出现的先后顺序依次进行。4.6检验的环境温度
根据ISO1：2002的规定，所有线性测量都应在室温为20℃时进行，并且要求在测量仪器和被测物6
GB/T17421.3—2009/IS0230-3:2001体（如：机床）与周围环境达到热平衡时进行测量。如果测量时环境温度没有保持在20℃，应使用热膨胀差值（NDE)对测量系统和被测物体（机床)之间的测量结果进行修正，以符合20℃室温的测量条件。如：在使用激光干涉仪进行线性位移的典型测量中，测量时应记录激光束周围的环境温度和机床标尺的温度，并计算激光干涉仪预期的长度变化值（由于环境温度和压力发生变化，激光的波长发生变化)和机床标尺预期的长度变化值（由于环境温度变化造成）。两者长度变化值之差为名义热膨胀差值（NDE），并用名义热膨胀差值修正激光干涉仪原先测得的数据，而得到20℃的线性位移偏差。然而，本部分的目的是鉴别机床在各种变化环境温度条件下的性能，对NDE修正要求不严格。NDE修正仅用于检验仪器和机床上放置工件的常用部位之间测量。机床正常操作应使用其内置NDE的修正，附加的NDE仅用于测量的修正，而不应对机床标尺的热变形进行校正。5环境温度变化误差(ETVE)的检验5.1总则
环境温度变化误差（ETVE)的检验目的是揭示环境温度变化对机床的影响和评估对其他性能测量期间的热感应误差。本检验不应用作机床之间的比较。ETVE应按GB/T17421的本部分中5.2叙述的漂移检验方法来测定。如果测量仪器的校正实施需要对环境因素（诸如气温和压力）进行补偿，那么这些补偿应该被使用。如果测量仪器具有NDE修正功能，那么这些功能应该被使用。把所提供的监测原材料温度的传感器安放在机床上放置工件的常用部位。这些装置的使用情况应作记录为便于机床通过验收（机床达到规定的精度），建议机床供应商/制造商提供有关环境温度的指南。一般性的指南可以包括诸如：平均室温、偏离平均室温变化的最大幅度和频率范围以及环境的温度梯度。用户的责任是：在机床的安装地点提供一个可以进行验收的温度环境，以便在此温度环境下对机床进行操作和性能检验。如果用户按照机床供应商/制造商指南的要求提供了相应的温度环境，而机床达不到规定性能要求，那么责任就由机床的供应商/制造商承担。在机床测量过程中由热效应引起的总的不确定度被定义为综合标准热不确定度。当性能测量环境条件和ETVE检验的环境条件可比较时，综合标准热不确定度（见3.6)可以通过所描述的检验进行评估。综合标准热不确定度不应超过用户和机床供应商/制造商协商规定的数值。5.2检验方法
图1、图2和图3分别给出了立式加工中心、卧式加工中心和车削中心典型的测量仪器安装方式的例子。位移传感器牢固地装在夹持工件和夹持刀具区域上的非旋转部位，以便测量：a）机床轴线沿平行于三个相互垂直坐标轴线方向进行运动，测量夹持刀具的部件和夹持工件的部件之间相对位移。安装测量装置的确切位置应同检验结果一起记录下来。b）绕机床X轴线和Y轴线的倾斜或旋转。与主轴前轴承相隔最近的机床结构的温度、机床相邻区域的空气温度，以及与主轴端部等高区域的温度应至少每5min采样一次。测量与机床相隔一个适当距离的环境温度也非常必要，以避免由于机床的一些热源（例如：液压元件）引起的对周围空气温度的影响。尽管所测量温度不完全与所测位移有关，但它可预示出在环境温度变化下机床结构的热变形。注：为了保证ETVE的结果一致性，有必要监视ETVE的检验过程，这样一旦测量环境发生显著变化，就能够被发现。
一旦安装完成，应允许在尽可能长的时间内连续进行漂移测量，以使在正常的性能测量条件下偏差最小。当测量工作是阶段性进行（如测量仪器相对一测量基准的定期重新调整）时，持续检验时间应超过一段时间（超过时间为检验时重复调整的时间），或经过机床的供应商/制造商和用户协商规定的时间。5.3检验结果的说明
通常以图表的形式将热变形和温度与时间的关系打印出来（示例见图4）。但这个打印的结果不应4）有些温度补偿系统显示的循环时间小于5min，在这样的场合，监测频率应相应地增加。7
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