“eAx for HMC ZzxBm_XzxYxySt”看起来是一条很奇特的字符串，其实是识别机床性能误差源所需的一个精确符号。有一家公司正在努力评价和提高其加工效果，由这一实例所代表的命名惯例为该公司所做的努力带来了有条不紊的秩序和清晰的概念。正确地识别误差，对理解体积性能和误差预算之类的概念至关重要。

我们每个人都有名字，没有这些名字，相互之间很难交流。“eAx”也是一个名字。Independent Quality Labs公司（简称IQL公司）将其称之为Parametric Error Name（参数误差的代名词，以下简称PEN）。IQL公司坐落在美国Rockville市，是一家专门帮助制造商纠正机床内部因eAx一类误差所引起的固有错误。以一种确切且具有逻辑性的方法来命名这些误差的一个系统，让IQL公司能够更加有效地与其机床及生产能力进行沟通联络，生产出能够满足公差尺寸要求的零件。在这一实例中，eAx是代表一个机床Y-Z轴平面角度误差的代名词。这一特殊的误差可以使轴在运动过程中发生轻微的扭曲，并突然偏离行程方向。

正如这一特殊的PEN在某一轴运动平面中造成了一种误差那样，该轴与机床其他轴之间的关系也需要通过其名称才能加以识别。否则就不清楚究竟哪些地方发生了误差，或不知道会对机床的整体精度产生何种影响。HMC（卧式加工中心）ZzxBm_XzxYxySt，主要用于描述一台比较复杂的卧式加工中心。实际上，由于现有机床的配置形式是无限的，每种配置形式的各轴之间关系是不同的，因此，创建这些名称的系统必须为识别这些关系创建无数合适的、符合逻辑的名称。

IQL公司拥有这样一套系统，其名称被统称为IQL Subclass Nomenclature子分类命名系统。不同类型（子分类）的机床名称按照其各轴的不同布局形式分类。每一独特的名称阐述了各轴的分布形式，以及在这些形式中工件将安装于什么位置。HMC ZzxBm_XzxYxySt 这串字符代表了机床中某一根轴的结构，如图1所示，为每一类型的机床配置提供了一个确切的名称，更容易满足可视化要求并解决其结构内部固有误差所造成的错误。事实上，这根轴Y-Z平面上的角度误差（其名称叫eAx）看起来可能有点麻烦，因为影响到该机床配置中其他轴的垂直度。

Robert Buz Callaghan先生是IQL公司的高级工程师和该公司的创始人，已有20多年的丰富经验，非常了解坐标测量机和机床的特性（图2）。他解释了为什么PEN和Subclass Nomenclature子分类命名系统十分重要的原因：“机床是复杂的机电结构设备，其结构内部的固有误差决定了所生产的零件质量是否能符合特定的公差要求，以及达到设计的预定功能。我们必须能够清楚地解释这些错误，这样才能更好地了解并有效地进行处理。”

Callaghan先生说，了解机床的精度误差具有很大的实际价值。例如当加工工艺无法提供所需要的结果时，精度误差能够帮助制造商诊断其根本原因，有助于为新的工作或新的生产任务制订计划，能够使加工车间获取更多信息，以做出采购决策。

对精度问题的直接探讨

按照Callaghan先生的说法，IQL公司的机床误差及各类机床相关子目录的精密命名系统，建立在ISO标准和ANSI标准定义和命名惯例的基础之上。公司所采用的系统是这些标准所建议的一种改良和扩展系统。他说：“这些标准提供了一个良好的开端，但还不能将所有误差包括在内，也不能很容易地将各种新型机床进行分类。”

IQL公司所采用的其他一些修改方案非常简单实用，如采用大小写字母和下标之类的字符形式表示，可使名称更容易在页面上阅读和解释。确保加、减号始终如一的正确使用，以指示正确的方向，也是该系统的一个关键部分。Callaghan先生仔细地介绍了适当使用PEN和子分类名称的优势：“众多的PEN可以传达一个重要启示：即使是最普通类型的机床，也涉及到不同类型的运动误差问题。”他指出，大多数机床用户只考虑到机床精度中的三项测量值——即沿着X、Y和Z轴方向上的线性运动定位。这意味着对机床精度和工艺能力的理解过于简单化。例如，这一观点忽视了线性轴运动过程中由滚动、节距和偏转所引起的角度误差。

在许多方面，机床易于受到不准确性的错误影响，这对于误差造型这类概念来说十分重要。因为当机床各轴处于运动状态时，这一误差造型技术可捕捉到正在发生的全部图像。

Callaghan先生解释说：“在现实中，机床的许多部件在运动时会出现很多细微的扭曲、转动和倾斜现象，然而其所产生的误差会使刀具的方向造成微小的偏移。”这类偏移往往会影响零件的加工质量。诊断导致误差的情况和随后纠正误差的能力，具有一个很大的优势，即在很大程度上有助于机床生产出符合公差尺寸要求的零件。他最后总结说：“这个行业必须有一套可给误差命名的适当方法，以便清楚地描述在机床性能的一个综合性模型中所体现的所有误差。”

有关子分类系统的名称，也就是各机床配置类型的名称，可以由同样的点组成。在考虑分类时，至少有两个关键的看法连接到一起。其中一个是：机床各轴的布局有多种方式，而这些不同的安排可以体现出不同的性能特点。例如，在一种机床上，某些类型的误差与另一些误差相比可能会更加普遍，或具有更大的影响。Callaghan先生解释说：“无论立式加工中心是龙门式的还是C形框架式的，都会影响到我们究竟需要考虑哪些误差。”同样，另一个影响加工精度的基本区别是：机床所提供的旋转运动是否采用工件倾斜和旋转方式，或是主轴头采用倾斜和旋转方式。

一个密切相关的见解是：各轴之间的关系对了解机床的性能至关重要。在这一领域中，专家将这些关系称之为“动态链”，而Callaghan先生更喜欢使用“轴堆叠”这一术语，因为它更有助于传递相关的概念。在IQL公司的命名法中，每个子类的名称，基本上是一个轴运动方式平面的顺序列表，按照它们出现的先后顺序排列。Callaghan先生说：“每个子类的名称创建了一个被描述机床的情况。只要牢记这一图像，这类特殊机床的误差模型就更容易成为可视化图形。”如果机床不能提供所期望的结果，那么这一误差模型将有助于机床操作员或车间经理看到问题究竟出在什么地方。

名称中包括的内容

首先来看一看“eAx”的含义：在IQL公司的命名系统中，“e”表示一个运动误差。该系统规定，这个误差将以被测偏差双向平均值带宽的形式给出（通常为一个正/负值）；“A”表明这是一个角度误差；而“x”则表示该轴在沿着X轴方向运动时所发生的误差。这一类型机床的其他PEN也将采用同样的方式命名。机床的一个误差模型，通常以一个表格的形式列出PEN和数值，这一类型的机床需要28个PEN才能识别所有可能的运动误差。

如前所述，子分类系统的名称表明，这是一台卧式机床，配有一套可从一边向另一边运动的工作台及一套旋转工作台，用于夹紧固定工件。立柱上配有可上下运动的滑枕，带动主轴和刀具向内和向外运动。

Callaghan先生描述了正确设置这些名称的一个情景：“让我们假设有一个车间，必须将一个在机床上运行加工的工件搬运到另一台工作范围合适的不同类型机床上加工。如果从第二台机床上加工出来的零件不符合第一台机床所能够达到的公差尺寸要求，那么该车间就需要了解造成这种结果的原因。查看这两台机床的误差模型，将会给我们提供一个线索，应该检查哪一个运动误差。如果指定在原来的机床上加工一个新的工件，那么就会出现另一种情景，机床的某些加工特点不能满足公差尺寸要求。在这种情况下，误差模型又将会指导我们找出误差的来源。”

有关体积问题的探讨

Callaghan先生说，凡是对机床运动误差越来越熟悉的车间，能够更好地掌握机床计量学中的更复杂概念。这些概念中的其中之一就是体积性能问题，即在对线性误差和角度误差起主要作用的整个工作范围内，对机床精度提出一个综合性的评价（图3）。随着“误差认知度”的提高，可为车间提供更高价值的另一个概念是关于误差预算的问题，这是一种纠正误差的明智管理方法。

体积性能概念通常是指“体积精度”，正如Callaghan先生所指出的那样，体积性能是一个中性术语，并不意味着已知数据的准确性或不准确性。目前对体积性能的关注度已越来越高。例如，许多车间正在寻求大型机床来加工制造大型工件，使其更接近公差尺寸的要求。风力涡轮发电机部件和下一代喷气式客机机身部件的发展是引起关注的一个原因。其他加工车间开始转向在卧式机床上采用夹具来生产整排的高精度小型零件，加工时很少需要操作员的干预。3D轮廓的5轴加工也日益普及，这也是一个重要因素。这些案例说明，要求采用一台机床生产出几何形状符合公差尺寸要求的零件，即使零件的特点或零件的位置超越了其所能达到的工作范围。

按照Callaghan先生的说法，一台机床的体积性能在很大程度上取决于轴运动中的角度误差。他说：“在工厂中，机床制造商必须采取措施，通过控制良好的生产工艺，尽可能减少节距、偏移和滚动误差。”当机床就位的时候，机床操作员必须确信机床在安装的时候，已经对其水平度进行了适当的调整并已很好地固定在基础之上。同样，他们也必须了解机床的体积性能，掌握有关适当执行日常维护工作的知识及校验技术。Callaghan先生强调说：“角度误差是制造3D优质零件的关键，如果对角度误差不能加以控制，就无法达到良好的重复生产精度，自动化生产将会失败。”

精度成本的管理

IQL公司的专业之一是帮助其客户开发生产工艺的误差预算。误差预算是一种对所有误差来源进行计算的方法，正如Callaghan先生所说的那样，错误预算的分析非常珍贵，因为将影响公差的所有因素都结合到一个易于理解的框架之中。

工艺中误差的累积可以通过按各种不同误差源划分的列表方式来表示（图4）。从概念上来说，误差预算可如图4开始做起。竖列代表一个工艺所必须达到的整体能力，每个部分代表了造成误差的一个变量等级，而误差会逐步累积，并会消耗工艺所允许的一切，以满足期望值的需要。各个部分的尺寸与每一等级变量的总体累积误差，对于一个功能齐全且稳定的工艺来说，图例中所示的百分比非常典型。也就是说，采用这一工艺，可使其生产的零件特点符合公差尺寸要求。

正如Callaghan先生所指出的那样，在设计或评价一个加工工艺时，计划人员应该对这一竖列中每部分做预算。例如热变量，相对来说其对误差有很大影响，包括外部因素，例如空气温度或通过窗户的阳光对机床立柱的影响；同时包括内部因素，例如像驱动电动机或电气装置所产生的热量。同样，机床的体积定位性能也必须做出适当预算。定位性能必须保持相当的紧密度。这意味着，如果不考虑其他变量，那么就必须保持比指示精度更高的精度。

对于每个零件的公差而言，还可以进行一个误差预算。Callaghan先生说：“如果出现了性能问题，我们可以使用这一工具，帮助车间决定采取最有效和最正确的行动。”例如，IQL公司的方法涉及到如何识别最难以实现的特点和公差，通常将这些称之为“生产关键”，或简称为CTM。机床的误差预算以其对每个CTM的最大影响，用于性能参数的识别。这些都是非常关键的性能参数，Callaghan先生将其看作获得成功的必要因素。在拥有一台现有机床设备的情况下，该车间能够观察由IQL公司开发的误差模型，并做出合理的决策。例如，应着重解决参数误差问题，限制与特定零件特点相关的机床能力。这样，一个监控参数误差以维持工艺控制的策略也就可以建立起来了。根据Callaghan先生的经验，证明这些策略是十分有效且经济的，常常可以让一个车间在修复现有一台机床的基础上，继续购置一台新机床。

同样，车间从增加能力的观点出发，能够使用误差预算的方式，进一步细化一台新机床的规格要求。针对与CTM相关的PEN的规格要求，可以保证其得到成功的应用。关于机床性能的争论不太可能发生，当所要求的工艺能力显示出来时，这些争论的问题能够较容易地得到解决。

清醒的思考和认识

“误差预算能够显示出清醒思考的价值及有关机床性能的明确交流，”Callaghan先生总结说，“PEN和子分类系统名称提供了一个精确的词汇，采用这个词汇就可以更加清楚地思考和探讨问题了。”