大型加工中心精度變動原因分析及應(yīng)對措施
進(jìn)口大型精工加工中心是國 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) 際使用過程中,，常常會出現(xiàn)一些 帶有技術(shù)性或管理性的問題，這 些問題如果不能得到及時(shí),、正確 處理,，將會影響到機(jī)床的正常使 用，甚至降低機(jī)床使用壽命,，給 企業(yè)帶來不可挽回的損失,。2010年以來，我單位先后引 進(jìn)2臺德國進(jìn)口?？铺豀EC1600 臥式加工中心,、4臺捷克TOS WHQ13 CNC臥式鏜銑加工中 心，******軸加工行程達(dá)到3.5m,， ?？铺豀EC160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)量問題頻發(fā),，機(jī)床精度變 化異常，保修期內(nèi)國外廠家到現(xiàn) 場維修周期長,，給生產(chǎn)帶來很大 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臺進(jìn)口加工中心在安裝驗(yàn)收時(shí) 都經(jīng)過了嚴(yán)格的幾何精度檢測、 定位精度和重復(fù)定位精度檢測及 NASA試件加工檢測合格,，為什 么在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)會出現(xiàn)精度 下降的問題呢,？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)床本身精度變動之外,，不合理 的加工程序也可能帶來產(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 了江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測有 限公司對其中兩臺機(jī)床的地基做 了沉降監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)備選擇,、基 準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)注等具體做法如下,。(1)沉降監(jiān)測設(shè)備（見表1)。 名稱 規(guī)格型號 出廠編號 儀器編號 鑒定有效期 自動安平水準(zhǔn)儀 DSZ2 251877 100881 2012.10.20 平板測維器 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) 測基準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè),，編號為BM1，其 中BM為起始點(diǎn),。該試驗(yàn)臺基礎(chǔ) 共布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)9個(gè)，編號有東 南角為1號點(diǎn),，按順時(shí)針編制9號點(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 有限公司在2011年9月19~29日期 間,，每隔2天共5次對地基9點(diǎn)進(jìn)行 沉降量檢測,，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 點(diǎn)的沉降和機(jī)床床身實(shí)際變化曲 線并無關(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)過觀察發(fā)現(xiàn)：同型號的兩 臺?？铺丶庸ぶ行脑诮?jīng)過相同一 段使用期后，幾何精度變動規(guī)律 一致,。經(jīng)過這一系列的觀察,，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)對基礎(chǔ)進(jìn)行超 過機(jī)床本身重量的預(yù)壓測試,。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 來不利影響,，以其中一臺?？铺?機(jī)床的維修實(shí)踐說明：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 月檢測發(fā)現(xiàn),，機(jī)床導(dǎo)軌直線度變 動明顯,，其中A軸在3m的移動范 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。?？铺貦C(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 一臺固資編號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 日期 固資編號 設(shè)備型號（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)對措施(1)購置必要的檢測工具： 如00級的大理石直尺,、方尺、精 密電子水平儀（0.001)和球桿儀等,。(2)縮短機(jī)床精度檢測周 期,，在加工零件精度要求高時(shí)提 前檢測機(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6臺大型加工中心進(jìn)行了 50余 次檢測。(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 儀等精密量儀測量技術(shù),。經(jīng)過培 訓(xùn),，熟練地利用球桿儀可在1h內(nèi) 檢測出機(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 ?？铺貦C(jī)床安裝水平,。對海科特機(jī)床做精度調(diào)整時(shí) 需注意：?？铺貦C(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 冷卻水開關(guān)開機(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孔后又快速移動到C孔， 此方案路線沒有考慮消除反向間 隙對孔位置加工的影響,。(2 ) 0530mm的外圓鏜刀重量約為13kg,，刀具長度 約325mm，0147mm內(nèi)孔鏜刀 重量約為4kg,，刀具長度約為 220mm,，鏜桿伸出主軸長度為 30mm。所以因刀具自重而產(chǎn)生 的力矩不相等,，會導(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)措施通過對加工路線,、加工過程 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 長度縮短30mm為0, 0147mm鏜 刀鏜桿伸出長度加長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 測數(shù)據(jù)對比：對同一工件利用兩 種不同的加工工藝方法加工,，并 通過雷尼紹探頭在線測量得出檢 測數(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)備必要的精密檢測器具,，加強(qiáng)監(jiān)測，縮短對機(jī)床精度 的檢測周期,，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。