快速檢查機(jī)床性能

主動(dòng)檢查機(jī)床性能有兩個(gè)目的：零故障和不間斷生產(chǎn)。機(jī)床性能完全檢測(cè)是機(jī)床維護(hù)和/或機(jī)床質(zhì)量控制的一部分。二十多年來，機(jī)床車間管理人員就一直使用激光測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)床誤差測(cè)量和標(biāo)定。
 
　　測(cè)量一個(gè)簡(jiǎn)單的三軸加工中心的第一步是測(cè)量18個(gè)位移誤差參數(shù)，即每軸的6個(gè)誤差參數(shù)。機(jī)床主軸沿移動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能產(chǎn)生線性位移誤差、水平及垂直方向上的直線度偏移以及三個(gè)旋轉(zhuǎn)誤差：偏擺角、俯仰角、滾擺角。兩軸之間的垂直度也必須測(cè)量。這樣，描述機(jī)床的全部幾何性能總共需要測(cè)量21個(gè)參數(shù)。

　　幾何誤差通常由單參數(shù)激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量，對(duì)于不是簡(jiǎn)單的線性位移誤差的測(cè)量，就需要安裝配置各種光學(xué)附件，但一次安裝運(yùn)動(dòng)只能 測(cè)量一軸的一個(gè)誤差參數(shù)，整個(gè)幾何特征測(cè)量需要21次安裝及測(cè)量行程。一次安裝及測(cè)量需要1個(gè)小時(shí)，所以整個(gè)測(cè)試至少需要3個(gè)工作日。 

　　很多車間不愿意犧牲工作時(shí)間做這些傳統(tǒng)測(cè)試，經(jīng)理們也會(huì)容忍性能較差的機(jī)床制造的廢品，因?yàn)樗麄兿嘈叛矍巴�機(jī)及人員專門培訓(xùn)費(fèi)用要高于定期機(jī)床檢測(cè)所取得的長(zhǎng)期效益。

　　最糟糕的情況是，車間結(jié)果檢查發(fā)現(xiàn)工件超差后才會(huì)做性能測(cè)量。此時(shí)，車間通過激光測(cè)量試圖發(fā)現(xiàn)事實(shí)背后的根本原因。由此引起的意外機(jī)床停機(jī)要求重新規(guī)劃生產(chǎn)流程，并且為了進(jìn)行機(jī)械調(diào)整可能損失好幾天的時(shí)間。
  
　　如果車間打算用一種折中的方法避免這樣的問題，即只做所需測(cè)試的一部分，通常只做線性測(cè)試，測(cè)量的數(shù)據(jù)可以檢測(cè)到螺距及刻度誤差，但是象軸垂直度、磨損或?qū)к墰]對(duì)齊等問題仍舊看不出。另外，沒有俯仰角或直線度數(shù)據(jù)，無法診斷出影響空間定位的誤差。

　　六自由度測(cè)量的快速機(jī)床誤差評(píng)估（RMTEA） 可以解決這個(gè)問題，大量減少測(cè)試時(shí)間，這樣小車間也可以提前控制加工過程，最終通向零故障以及更少對(duì)事后檢查的依賴。
 
   隨著三軸加工中心主軸沿著運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)，測(cè)試結(jié)果將顯示線性位移誤差、水平及垂直直線度偏差以及三個(gè)角度誤差：便擺角、俯仰角、滾擺角誤差。 

    垂直度誤差，或機(jī)床軸相互之間的垂直度也必須測(cè)量。 
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　　RMTEA的關(guān)鍵元件是一個(gè)激光傳感器，它把來自激光頭的光束分成三束：反射鏡把光束返回到激光頭，由此可得到線性位移讀數(shù)，第二束光用來測(cè)量直線度偏差或在垂直于移動(dòng)軸的兩個(gè)方向的移動(dòng)，第三束光穿過一個(gè)起微型自準(zhǔn)直儀作用的光學(xué)件，得到偏擺角和俯仰角 ，滾擺角誤差由一個(gè)差分電子水平儀測(cè)量，激光頭定位參考水平儀，該水平儀是多軸傳感器的一部分。 

　　傳統(tǒng)的安裝在三腳架上激光頭需要調(diào)整很多光學(xué)件。RMTEA調(diào)整過程約需半個(gè)小時(shí)，激光頭的一般吸附在機(jī)床工作臺(tái)上，僅有的調(diào)整是安裝機(jī)床主軸上的多軸傳感器。傳感器安裝在主軸上可以保證檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)誤差和從工具端部看到的誤差一樣。一般不需去掉機(jī)床保護(hù)裝置就可 安裝，減少安裝時(shí)間至10到15分鐘。

　　對(duì)齊后，主軸沿著第一個(gè)測(cè)量軸（X軸）按增量移動(dòng)定位，在每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)處都會(huì)記錄6個(gè)定位誤差 。如果增加五棱鏡測(cè)量Y軸和Z軸，可確定各軸之間的垂直度及18個(gè)定位誤差。利用這種方法，每次30到45分鐘，測(cè)量5個(gè)測(cè)回可測(cè)21個(gè)誤差參數(shù)。整個(gè)三軸機(jī)床評(píng)估時(shí)間降低到3到4個(gè)小時(shí)，減少85%的測(cè)量時(shí)間。 
 
　　為了有效分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)，必須經(jīng)常測(cè)量機(jī)床特性，因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)激光系統(tǒng)測(cè)量機(jī)床特性很耗時(shí)間，并且需要非常專業(yè)的測(cè)量專家，所以制造商可能一年也就測(cè)試一次機(jī)床。管理人員沒有數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)機(jī)床何時(shí)無法再滿足精度要求，如果機(jī)床性能故障點(diǎn)計(jì)算錯(cuò)誤，那么機(jī)床標(biāo)定或者過勤，或者在重新標(biāo)定前出現(xiàn)廢品。

　　象波音、Caterpillar及GM公司這樣的行業(yè)先驅(qū)正逐步把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到他們的制造加工中。 波音公司的機(jī)床安裝專家 Robert Dickman 說，一旦波音幫助開發(fā)的補(bǔ)償軟件可以和所有公司的NC-CNC機(jī)床兼容，API 系統(tǒng)可以減少機(jī)床80%的停機(jī)時(shí)間。（文章開頭的圖片展示Dickman 正在測(cè)量一臺(tái)CNC修改的精密鏜床）。Dickman 說，現(xiàn)在公司可以把原先超差的使用非常頻繁的加工機(jī)床，提前做測(cè)試。 

　　GM 已經(jīng)在其遍布北美的模具制造廠應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)。通過把所有主要加工機(jī)床的性能綜合評(píng)估以及改進(jìn)，生產(chǎn)出來的模具質(zhì)量已經(jīng)大幅度提高，減少了90%的手工修整。

　　機(jī)床標(biāo)定及改造服務(wù)供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)RMTEA可節(jié)省時(shí)間，使他們具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。改造公司可以把工作做的更快。位于伊利諾斯Rockford 的 Bourne & Koch 最近做了一個(gè)機(jī)床改造，要求測(cè)量精度非常高，使用的就是RMTEA，而沒有使用其通常的激光測(cè)量，完成該項(xiàng)目用了8個(gè)月，提前工期4個(gè)月。 

　　預(yù)測(cè)機(jī)床性能下降低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測(cè)保養(yǎng)項(xiàng)目，以及最小化加工中斷的維修規(guī)劃，都從RMTEA大大獲利，性能惡化預(yù)測(cè)可以通過過去測(cè)量的數(shù)據(jù)趨勢(shì)來分析。

　　例如，假設(shè)一臺(tái)精密磨床必須保持每次測(cè)試時(shí)的線性定位精度為 0μm/m，如果按這種方法持續(xù)惡化，用戶可以在初始鑒定9個(gè)月后安排重新標(biāo)定。

　　用戶不必僅限于線性定位分析。即使簡(jiǎn)單的工具路徑，也應(yīng)該為直線度、角度、垂直度建立單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)。假定一加工平板表面有0.03mm的平面度要求，為磨削這一表面需要一個(gè)線性路徑，但線性定位能力達(dá)不到這個(gè)要求，如果機(jī)床無法保證直線度滿足平面度的要求，該機(jī)床就不能用于該工件的磨削加工。

　　通過機(jī)床性能分級(jí)，管理人員可以讓現(xiàn)有的不同性能的機(jī)床滿足工件精度要求。管理人員必須有每個(gè)機(jī)床的最近的測(cè)量數(shù)據(jù)，因?yàn)闄C(jī)床性能隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化，并且如果不是定期檢測(cè)，依據(jù)哪個(gè)機(jī)床的哪個(gè)工件作出決定將不是很理想。由于RMTEA允許經(jīng)常數(shù)據(jù)采集，性能推斷變得更加準(zhǔn)確，所以機(jī)床的使用更加高效。

　　使用 RMTEA，車間可以每個(gè)季度就進(jìn)行一次完整的特性測(cè)量，增加的數(shù)據(jù)使得趨勢(shì)分析更加可靠。保證需要維修之前機(jī)床的利用率最大化，減少?gòu)U品，較少地依賴事后檢查過程。

　　現(xiàn)代組裝車間通常按照ISO 9000等標(biāo)準(zhǔn)，更新自己的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以保證生產(chǎn)過程。 機(jī)床幾何定位能力評(píng)估在質(zhì)量評(píng)估中占據(jù)主要地位，且激光干涉儀是基本使用工具。為了采集所有數(shù)據(jù)并最小化加工中斷，六自由度同時(shí)測(cè)量可保證滿足質(zhì)量要求，并以最有效的方式利用加工資源。