大型數控機床驗收的幾個問題

   時間:2014-03-13 22:25:25
大型數控機床驗收的幾個問題簡介
對集機、電、液、氣於一體的進口大型數控機床(含加工中心)的驗收,無論是預驗收、還是最終驗收,都是十分重要的。它是對機床設計、製造、安裝調試的……
大型數控機床驗收的幾個問題正文

  對集機、電、液、氣於一體的進口大型數控機床(含加工中心)的驗收,無論是預驗收、還是最終驗收,都是十分重要的。它是對機床設計、製造、安裝調試的質量,特別是對機床精度的總體檢驗。它直接關係到機床的功能、可靠性、加工精度和綜合加工能力。 
  然而在實際驗收中,常常會出現一些帶有技術性或管理性的問題。如果不能得到及時的正確處理,將會影響到機床的驗收質量。
1 定位精度的檢測 
  檢測機床的定位精度,常用標準有兩種: 
  ·德國VDI/DGQ3441標準(機床運行精度和定位精度的統計方法)。 
  ·美國AMT標準(美國機械製造技術協會制定)。 
  用兩個標準,測量數據的整理均採用數理統計方法。即沿平行於坐標軸的某一測量軸線選取任意幾個定位點(一般為5~15個),然後對每個定位點重複進行多次定位(一般為5~13次)。可單向趨近定位點,也可以從兩個方向分別趨近,然後對測量數據進行統計處理,求出算術平均值。進而求出平均值偏差、標準差、分散度。分散度代表重複定位精度,它和平均值偏差一起構成定位精度,兩者之和是在任意兩點間定位時可能達到的最大定位偏差。 
  由於被測坐標軸長度不盡相同,因而其定位精度的線性允差的給定方式不應是單一的,而應有所區別。國標GB10931-89數字控制機床位置精度的評定方法中規定,軸線定位精度線性允差的給定方式主要有以下幾種: 
  ·在全行程上規定允差; 
  ·根據被測對象長度分段規定允差; 
  ·用局部公差方式規定允差; 
  既規定局部公差,同時也規定全行程允差。 
  東方汽輪機廠從德國科堡(COBURG)公司進口工作台5m×17m的數控龍門銑床(下稱龍門銑),共有X、Y、Z、W四個坐標軸。只有Z軸長度小於2m、最長的X軸全行程為17.70m;從義大利貝拉爾蒂(BRERADI)公司進口的鏜桿直徑?250mm的落地式數控鏜銑床,X軸(立柱移動)長23m,Y軸(鏜頭升降)長7m。這些坐標的軸線定位精度的線性允差值均按全行程允差給定。龍門銑X軸全行程允差為P=14+L/250(µm) (1) 
  式中L——測量行程全長,mm 
  P——定位允許偏差,µm 
  X軸實際測量行程L=17210mm。共測11點,點間距為1721mm。按公式(1)計算,其最大允差值為 
  P=14+17210/250=82.84µm=0.093(mm) (2) 
  因為給定的是全行程允差,只要其任意長度上的允差等於或小於P值,定位精度都是合格的。 
  上例說明,對於龍門銑、落地鏜銑床、重型轉子數控車床,X軸這樣長的坐標軸,僅僅在全行程上規定允差是不夠的。而應按線性允差給定方式d規定允差:既規定局部公差,同時也規定全行程允差。由於有了任意長度上的定位允差,如任意2000mm,不僅可滿足常用工作長度上的定位精度,也有利於提高全行程的定位精度。 
  由此可知,訂購機床時知道坐標軸定位精度的線性允差的給定方式,根據工藝需要提出所購機床線性允差的給定方式,並列入合同條款是非常重要的。
2 關於負荷運轉試驗 
  負荷試驗是檢驗機床是否達到設計規定的承載能力,及其在負荷狀態下各機構工作是否正常,其工作的平穩性、準確性、可靠性是否達到規定要求的重要手段。有人擔心負荷試驗會損壞機床,降低甚至破壞機床精度。 
  根據標準規定,負荷試驗前後均應檢驗機床的幾何精度。工作精度試驗亦放在負荷試驗後進行。其目的均是對機床的進一步檢驗。 
  如前述龍門銑、負荷試驗是在極限狀態下進行的。滑枕伸出1m(技術規範規定,滑枕伸出1m可傳遞額定功率),功率達120kW(額定功率95kW)。試驗后測試滑枕兩個方向的垂直度,其誤差值比靜態時還小了。從美國莫林(MOLINE)公司進口的MF195型數控多頭鑽床,按規定裝上10隻Ø38mm鑽頭做加工100隻孔的負荷試驗。完成後用10隻Ø25mm鑽頭,做連續鑽削500隻孔的鑽削精度試驗。精度要求(Ø25+0.125-0.05)mm,實測為(Ø25+0.020)mm。實踐證明,負荷試驗不會損壞機床,不會降低機床精度。 
  對於預驗收時已做過負荷試驗,對整體發運到用戶的小型機床或加工中心,最終驗收時可考慮免做。而對於解體發運到用戶的大型機床,最終驗收時負荷試驗不可免做。因為重新安裝、調試、試車和預驗收時的環境等條件已不相同。預驗收合格,不能等同於最終驗收合格。
3 關於幾何精度的檢驗器具 
  數控機床幾何精度基本上都要比普通機床高,普通機床用的檢具、量具,往往因自身精度低,滿足不了檢測要求。 
  如龍門銑,檢測附件銑頭HS350C主軸在0°、90°、180°、270°相對於滑枕的垂直度時,允差0.02mm/500mm。用科堡機床公司帶的長1050mm、Ø105mm的檢驗棒,其各向母線直線度誤差均小於0.005mm。從羅馬尼亞阿莫斯(ARMUS)機床公司進口的數控5m立車,銑刀架滑枕需檢測同樣精度。自製一檢驗棒,母線直線度誤差大於0.03mm,超出檢測精度值,無法使用。 
  在檢測龍門銑銑頭相對工作台的垂直度,如檢測義大利貝拉爾蒂鏜床立柱移動相對於工作台的垂直度時,需用1.5m×2m、直線度誤差≤0.01mm、角度誤差為2″的直角尺。 
  針對這一普遍存在的問題,解決辦法有兩個: 
  ·在機床訂貨時提出哪些量檢具由製造廠提供,列入合同條款。 
  ·用切削加工替代精度檢驗。對於那些必須檢而又無替代量檢具的精度項目,如圖1 HSD350C精檢項目,可採用切削加工方法替代。將試件放在坐標測量儀上,測量其相關平面的垂直度。
   1.檢驗棒 2.百分表 3.平板、工作台 4.附件銑頭 5.滑枕
  圖1 HSD350C檢測示意圖
4 床身導軌縱向直線度的調整 
  大型數控機床,如數控龍門銑床、落地式鏜銑床,重型數控轉子車床等,其床身較長,多由數段組成。其床身導軌在垂直平面內直線度的調整,一般都按機床精度檢驗標準規定調成中凸曲線。把導軌人為地調成中凸形狀,其實質是一種預載。用預載產生的預應力,抵抗工作台、工件的重力及切削加工產生的垂直切削分力,使工作台或刀架拖板在切削過程中處於水平狀態,進而保證工件加工面的平直度。 
  大型數控機床安裝在恆溫環境中,如上述調成中凸形狀,使用中是沒有問題的。但安裝在常溫環境中,如環境溫度為0~5℃或5~10℃時,其導軌該如何調整?由於環境溫度變化,床身上、下有溫度差存在,形成自上而下的溫度梯度。夏季導軌上表面溫度高,下表面溫度低。溫度差t1-t2使上表面伸長大於下表面,呈上拱形狀。而到冬季,剛好相反。由於t2-t1的溫度差存在,下表面的收縮大於上表面,導軌呈下撓形狀。機床維修實踐也證實了這一點:溫度較高時(夏天)導軌上拱;溫度較低時(冬天),導軌凹心。 
  1996年7月安裝龍門銑床時,基準導軌在垂直面內的直線度調成中凸0.076mm。其當時導軌上表面溫度為28℃,下表面為26.5℃。 
  1997年11下旬複測基準導軌在垂直面內的直線度誤差,導軌下撓0.31mm(圖2)。此時導軌上表面溫度為10℃,下面為5℃。 
  為克服由於導軌上下溫差所導致的導軌直線度誤差,可使用數段成一體的床身,不使用其連接處用螺栓產生塑性變形,使其成為彈性的連接。環境溫度變化時能伸縮自如,目的是使床身連接處成為鉸交點,使每段床身成為轉角不連續的簡支梁。這樣才能使導軌調成中凸更方便,而每段床身變形也更自如。如某龍門銑床床身全長35m,每段長7m,共5段,高度為700mm。上下表面溫差Δt=5℃。床身是在自由狀態下調平的,溫差引起的變形為 
  d=aL2·Dt/(8H)=8.7×10-6×70002×5/(8×700)=0.3806 
  式中d——溫差引起的變形,mm 
  a——鑄鐵線膨脹係數,取a=8.7×10-6 
  L——每段床身長度,mm 
  H——床身高度,mm 
  Dt——上、下表面溫差,℃ 
  其理論計算值和複測值基本相符。當最大溫差值Δt=1.5℃,導軌呈中凸。 
  機床導軌下撓值太大,將影響機床的運行精度,如產生低速重載下的爬行。 
  為此,將導軌調成微凸。h=0.03mm(圖3)這個微凸值,在環境溫度較低時(冬季)機床運行精度得到保證。而當環境溫度較高時(夏季)呈中凸最大值。dmax=0.03+(dL·Dt)/(8H)=0.144mm,其對加工精度亦不構成影響,因為在重力、切削力作用下,中凸值會明顯減小,從而保證了一年四季機床的運行精度。

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