2017年5月23日 大型加工中心精度變動(dòng)原因分析及應(yīng)對(duì)措施 進(jìn)口大型精工加工中心是國(guó) 家花費(fèi)巨資引進(jìn)的設(shè)備，具有精 度高、性能可靠及加工范圍大等 技術(shù)特點(diǎn)，擁有這類機(jī)床的多少 往往是一個(gè)企業(yè)精密加工能力的 象征。保證集機(jī)、電、液和氣于 一體的進(jìn)口大型精工加工中心的 正常使用，及時(shí)掌握機(jī)床的精度 變化范圍，保持機(jī)床精度，使之 能加工出合格的高精度產(chǎn)品是維 修工作的重點(diǎn)，也是提高機(jī)床有 效利用率的前提之一。然而在實(shí) 際使用過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)一些 帶有技術(shù)性或管理性的問(wèn)題，這 些問(wèn)題如果不能得到及時(shí)、正確 處理，將會(huì)影響到機(jī)床的正常使 用，甚至降低機(jī)床使用壽命，給 企業(yè)帶來(lái)不可挽回的損失。2010年以來(lái)，我單位先后引 進(jìn)2臺(tái)德國(guó)進(jìn)口海科特HEC1600 臥式加工中心、4臺(tái)捷克TOS WHQ13 CNC臥式鏜銑加工中 心，******軸加工行程達(dá)到3.5m， 海科特HEC160定位精度為 0.008mm, TOS WHQ13 CNC定 位精度為0.01mm,都屬本企業(yè)重點(diǎn)精密機(jī)床。然而第一批4臺(tái)機(jī)床 初期投入使用的一年多時(shí)間內(nèi)， 產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，機(jī)床精度變 化異常，保修期內(nèi)國(guó)外廠家到現(xiàn) 場(chǎng)維修周期長(zhǎng)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大 壓力。分析影響機(jī)床精度變化的 因素，并及時(shí)找到有效的解決方 法，迫在眉睫。按照合同要求，前期安裝的 4臺(tái)進(jìn)口加工中心在安裝驗(yàn)收時(shí) 都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的幾何精度檢測(cè)、 定位精度和重復(fù)定位精度檢測(cè)及 NASA試件加工檢測(cè)合格，為什 么在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)精度 下降的問(wèn)題呢？研究分析認(rèn)為： 機(jī)床基礎(chǔ)沉降不均勻和環(huán)境溫度 變化后機(jī)床床身變形導(dǎo)致機(jī)床幾 何精度下降的兩大因素，而除了 機(jī)床本身精度變動(dòng)之外，不合理 的加工程序也可能帶來(lái)產(chǎn)品的質(zhì) 量不合格，下面逐一分析。0.機(jī)床基礎(chǔ)制作因新建車間地塊原為農(nóng)田， 地質(zhì)疏松，考慮到如按機(jī)床設(shè)計(jì) 廠方提供的地基圖未打樁基，可 能較薄弱。為此，我們專門聘請(qǐng) 了江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測(cè)有 限公司對(duì)其中兩臺(tái)機(jī)床的地基做 了沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)設(shè)備選擇、基 準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)注等具體做法如下。(1)沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備（見(jiàn)表1)。 名稱 規(guī)格型號(hào) 出廠編號(hào) 儀器編號(hào) 鑒定有效期 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 DSZ2 251877 100881 2012.10.20 平板測(cè)維器 FS1 106119 100871 2012.10.20 銦鋼尺 BGYC—1 — 100861 2012.10.20 (2)基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的 點(diǎn)位布置。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范技 術(shù)要求，在建筑物壓力影響范圍 以外布設(shè)埋置基準(zhǔn)點(diǎn)，并保證其 穩(wěn)定可靠和持久保存。根據(jù)實(shí)際 情況在該工程周圍共埋設(shè)沉降監(jiān) 測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè)，編號(hào)為BM1，其 中BM為起始點(diǎn)。該試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ) 共布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)9個(gè)，編號(hào)有東 南角為1號(hào)點(diǎn)，按順時(shí)針編制9號(hào)點(diǎn)，具體點(diǎn)位置如圖1所示。TOS臥式加工中心機(jī)床床身 為T形聯(lián)接，Z軸床身與Z軸床身 在7、8及3、4點(diǎn)用螺拴固定聯(lián) 接。在圖中的布局為：A"軸床身 沿1、9點(diǎn)放置，Z軸床身沿5、 7、8點(diǎn)放置，從維修人員檢測(cè)導(dǎo) 軌直線度的數(shù)據(jù)看出，義導(dǎo)軌的 直線度變化都為中間凹。為由的直 線度變化都為圖中5點(diǎn)位置上翹， 整體也為中間凹。江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測(cè) 有限公司在2011年9月19~29日期 間，每隔2天共5次對(duì)地基9點(diǎn)進(jìn)行 沉降量檢測(cè)，9點(diǎn)的累計(jì)沉降量如 表2所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.26 0.03 0.26 0.05 -0.27 0.03 0.18 0.15 -0.02 從表2數(shù)據(jù)中分析判斷：監(jiān)測(cè) 點(diǎn)的沉降和機(jī)床床身實(shí)際變化曲 線并無(wú)關(guān)聯(lián)。并且，在第二批機(jī) 床的地基施工圖1中我們加厚了混 凝土層，加粗加密了混凝土內(nèi)鋼 筋。經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：同型號(hào)的兩 臺(tái)海科特加工中心在經(jīng)過(guò)相同一 段使用期后，幾何精度變動(dòng)規(guī)律 一致。經(jīng)過(guò)這一系列的觀察，基 本可排除地基沉降不均而引起機(jī) 床導(dǎo)軌彎曲、精度下降的可能。這里需要特別指出的是：精 密機(jī)床地基必須嚴(yán)格按照機(jī)床生 產(chǎn)廠提供的地基圖施工，在夏季 施工養(yǎng)護(hù)期內(nèi)多澆水，冬季施工養(yǎng)護(hù)期注意防寒，基礎(chǔ)表面嚴(yán)禁 有二次找平層，防止表面脫殼。 在機(jī)床安裝前還應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行超 過(guò)機(jī)床本身重量的預(yù)壓測(cè)試。1.環(huán)境溫度變化因素條件所限，目前我們的大型 加工中心都安裝在常溫環(huán)境中使 用。有研究表明：工作過(guò)程中機(jī) 床床身上、下存在溫度差，形成 自上而下的溫度梯度，夏季導(dǎo)軌 上表面溫度高，下表面溫度低。 溫度差U-〖2)使上表面伸長(zhǎng)大 于下表面，呈上拱形狀。而到冬 季，剛好相反。由于（^一?2)的 溫度差存在，下表面的收縮大于 上表面，導(dǎo)軌呈下?lián)闲螤睢＿@一 現(xiàn)象給精密機(jī)床的精度穩(wěn)定性帶 來(lái)不利影響，以其中一臺(tái)海科特 機(jī)床的維修實(shí)踐說(shuō)明：在2012年 我們的維修人員分別在氣溫變化 達(dá)10'C以上的4、5月和10月、11 月檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，機(jī)床導(dǎo)軌直線度變 動(dòng)明顯，其中A軸在3m的移動(dòng)范 圍內(nèi)水平變化最高可達(dá)0.06mm, 而安裝時(shí)的調(diào)試水平精度要求僅 為 0.003mm。海科特機(jī)床廠家在關(guān)于機(jī)床 最高加工精度的最好工作條件的 聲明中提到：機(jī)床應(yīng)該安裝在空 調(diào)車間和非常合格的地基上，地 基在施工前需要檢查當(dāng)?shù)氐耐寥?條件，并需要由專業(yè)的工程公司 施工。對(duì)照下面的這張我公司所在 城市的年平均溫度變化圖與2015 年的機(jī)床調(diào)整記錄表發(fā)現(xiàn)：其中 一臺(tái)固資編號(hào)604699002的捷克 WHQ13CNC (TOS)在溫度變化 大的3月、4月、5月和10月精度發(fā) 生的變化情況如圖2、表3所示 序號(hào) 日期 固資編號(hào) 設(shè)備型號(hào)（主要參數(shù)） 溫度/'C 是否調(diào)整 1 2012.1.31 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 10 否 2 2012.2.24 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 10 是 5 2012.4.25 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 25 是 7 2012.7.11 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 28 否 9 2012.8.4 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 28 是 10 2012.9.24 604602015 捷克WHQ13CNC (TOS) 25 是 11 2012.2.24 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 10 否 14 2012.3.16 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 10 是 16 2012.4.25 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 25 是 18 2012.5.11 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 25 是 20 2012.7.13 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 29 是 21 2012.10.10 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 20 是 22 2012.11.13 604699002 捷克WHQ13CNC (TOS) 13 是 24 2012.2.21 604699003 捷克WHQ13CNC (TOS) 11 是 25 2012.4.28 604699003 捷克WHQ14CNC (TOS) 26 是 26 2012.9.28 604699003 捷克WHQ14CNC (TOS) 28 是 27 2012.2.13 604699004 捷克WHQ13CNC (TOS) 11 是 28 2012.4.27 604699004 捷克WHQ13CNC (TOS) 25 是 29 2012.10.30 604699004 捷克WHQ13CNC (TOS) 15 是 2.應(yīng)對(duì)措施(1)購(gòu)置必要的檢測(cè)工具： 如00級(jí)的大理石直尺、方尺、精 密電子水平儀（0.001)和球桿儀等。(2)縮短機(jī)床精度檢測(cè)周 期，在加工零件精度要求高時(shí)提 前檢測(cè)機(jī)床，發(fā)現(xiàn)精度走失時(shí)及 時(shí)恢復(fù)。如2012年，維修人員共 計(jì)對(duì)6臺(tái)大型加工中心進(jìn)行了 50余 次檢測(cè)。(3)立足自身維修力量，培 養(yǎng)一支高技能的維修隊(duì)伍。(4)掌握電子水平儀、球桿 儀等精密量?jī)x測(cè)量技術(shù)。經(jīng)過(guò)培 訓(xùn)，熟練地利用球桿儀可在1h內(nèi) 檢測(cè)出機(jī)床幾何精度是否降低。 三四個(gè)人能在2天時(shí)間內(nèi)恢復(fù)一臺(tái) 海科特機(jī)床安裝水平。對(duì)海科特機(jī)床做精度調(diào)整時(shí) 需注意：海科特機(jī)床帶自身冷卻 液空調(diào)，操作工應(yīng)經(jīng)常根據(jù)環(huán)境 溫度變化設(shè)定冷卻水溫度，減小 導(dǎo)軌上下溫差，從而保證機(jī)床的 高精度加工。維修人員在調(diào)整機(jī) 床幾何精度時(shí)，一定要事先打開(kāi) 冷卻水開(kāi)關(guān)開(kāi)機(jī)預(yù)熱，保證調(diào)整 好的精度和加工時(shí)一致。3.加工程序的合理性以圖3所示零件為例說(shuō)明： 此零件需要精鏜3組6個(gè)均布的 0147H6的銷孔與0530r6mm軸承 擋和4420mm外圓兩擋的公共軸線之間有較高的位置度要求，工 藝要求為0.05 mm。(1 )原加工路徑（見(jiàn)圖1)，刀具快速定位到三組銷孔擬 合圓的圓心1，然后快速移動(dòng)到A 孔，加工完A孔快速定位到B孔， 加工完B孔后又快速移動(dòng)到C孔， 此方案路線沒(méi)有考慮消除反向間 隙對(duì)孔位置加工的影響。(2 ) 0530mm的外圓鏜刀重量約為13kg，刀具長(zhǎng)度 約325mm，0147mm內(nèi)孔鏜刀 重量約為4kg，刀具長(zhǎng)度約為 220mm，鏜桿伸出主軸長(zhǎng)度為 30mm。所以因刀具自重而產(chǎn)生 的力矩不相等，會(huì)導(dǎo)致鏜桿下垂 程度不等，從而影響三銷銷孔的 位置度。4.改進(jìn)措施通過(guò)對(duì)加工路線、加工過(guò)程 及試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，作出以 下改進(jìn)。(1)程序優(yōu)化：******加工路線如圖5所示。機(jī)床精度及刀具系統(tǒng)：改 變鏜桿伸出長(zhǎng)度，消除鏜桿因自 重產(chǎn)生的下垂不一致的不良現(xiàn) 象，0530mm外圓鏜刀鏜桿伸出 長(zhǎng)度縮短30mm為0, 0147mm鏜 刀鏜桿伸出長(zhǎng)度加長(zhǎng)120mm至 150mm，這樣兩把刀的重力所 產(chǎn)生的力矩相同；另外使加工時(shí) 兩把刀所用機(jī)床導(dǎo)軌部分縮小在 100mm范圍內(nèi)，消除了部分機(jī)床 精度原因所產(chǎn)生的加工誤差。(2)加工過(guò)程細(xì)節(jié)改進(jìn)：① 仔細(xì)清潔主軸刀具定位面，消除 因碎鐵屑等雜物造成的兩把刀具 定位不同。②粗加工后松開(kāi)工件 的加緊裝置，消除粗加工應(yīng)力和 夾緊變形。③選擇鋒利的刀片， 以免因刀片磨損嚴(yán)重導(dǎo)致孔、內(nèi) 圓產(chǎn)生形狀誤差。④加工過(guò)程連 續(xù)完成，減小溫差的影響。(3)優(yōu)化改善前后的試驗(yàn)檢 測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比：對(duì)同一工件利用兩 種不同的加工工藝方法加工，并 通過(guò)雷尼紹探頭在線測(cè)量得出檢 測(cè)數(shù)據(jù)，如表4、表5所示。表4改善前工件銷孔中心位置監(jiān)測(cè)結(jié)果 A孔 B孔 C孔 M30 (半徑) /mm 430.022 429.975 430.013 120 (。） 120.002 5 120.001 119.996 5 表5改善后工件銷孔中心位置監(jiān)測(cè)結(jié)果 A孔 B孔 C孔 詔30 (半徑） /mm 430.006 3 430.001 429.996 120 (。） 120.000 6 120.0 119.999 4 上例說(shuō)明：零件加工精度不 僅和機(jī)床本身制造與安裝精度相 關(guān)，更與合理設(shè)計(jì)加工工藝路線 關(guān)系密切。5.結(jié)語(yǔ)大型精密加工中心類機(jī)床在 常溫條件下使用，受季節(jié)溫度變 化影響，機(jī)床精度保持期較短。 嚴(yán)格按地基圖正確施工，保證地 基質(zhì)量滿足機(jī)床安裝要求，這是 決定機(jī)床能否正常使用的前提。 立足于自身，培養(yǎng)一支精干的維 修隊(duì)伍，準(zhǔn)備必要的精密檢測(cè)器具，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，縮短對(duì)機(jī)床精度 的檢測(cè)周期，定期恢復(fù)機(jī)床安裝 精度，這些措施是生產(chǎn)能否正常 開(kāi)展的保證。生產(chǎn)工藝人員優(yōu)化 加工工藝路線，操作者精益求 精，以保證進(jìn)口機(jī)床發(fā)揮******的 作用。 ? 上一篇 關(guān)于復(fù)合加工中心的床身部件下一篇 ? DECKEL FP4A-T立式加工中心電氣改造工程