如何選擇加工中心

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2244


為適應(yīng)用戶的不同需要，國(guó)際市場(chǎng)上推出了品種繁多的加工中心。一方面對(duì)用戶帶來方便，擴(kuò)大了選購(gòu)加工中心的范圍，特別是專業(yè)性較強(qiáng)的用戶，可選購(gòu)到適合本公司使用的機(jī)床。但對(duì)那些專業(yè)性并不很強(qiáng)的用戶帶來麻煩，要在基本性能相似的機(jī)床中去進(jìn)行決擇，以便選購(gòu)到適合本公司使用要求且廉價(jià)的加工中心。通常，用戶在選購(gòu)加工中心之前，首先要從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

所謂經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)主要是指機(jī)床的價(jià)格，所需配購(gòu)任選附件的價(jià)格和售后服務(wù)費(fèi)用等。技術(shù)評(píng)價(jià)是對(duì)加工中心的技術(shù)性能作全面評(píng)價(jià)。只有充份掌握某種型號(hào)加工中心的技術(shù)性能之后，才能對(duì)它的“成本性能”作出較為完滿的結(jié)論。通常，對(duì)加工中心進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)的項(xiàng)目可分為以下3大類：

·      規(guī)格其中包括加工空間的尺寸大小，主軸轉(zhuǎn)速范圍，進(jìn)給速度范圍，規(guī)范刀具的大小和范圍，數(shù)控裝置的能力和任選附件種類的多少等。

·      性能其中包括靜態(tài)精度、加工精度、移動(dòng)精度、定位精度、熱變形狀況和抗振動(dòng)性能等。

   其它其中包括與系統(tǒng)的適應(yīng)性，維修保養(yǎng)是否方便，技術(shù)支持體制和安全性等。

近幾年來，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)開發(fā)了一些對(duì)機(jī)床性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，并制訂了靜態(tài)精度加工精度、定位精度、重復(fù)精度、熱變形及圓周運(yùn)動(dòng)等試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。為了便于大家了解和應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)，本文將對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)和定位精度試驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容作一介紹。

圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)及其應(yīng)用

圓周運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)方法

在ISO230/4圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中共規(guī)是了3種試驗(yàn)方法。

·      用一維測(cè)頭和基準(zhǔn)圓筒的方法。

·      用兩維測(cè)頭和基準(zhǔn)圓板的方法。

·      用球棒方法。

圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的應(yīng)用范圍很廣，可用于購(gòu)入新機(jī)床之后的入廠檢驗(yàn)，定期保養(yǎng)檢查時(shí)的測(cè)試，還可用于對(duì)數(shù)值控制各種參數(shù)的調(diào)整等。

特別是在利用圓孤插補(bǔ)指令進(jìn)行加工時(shí)，它可發(fā)揮巨大的作用。即使在幾何形狀誤差中，可從軌方便也看出垂直度的狀況。還有是測(cè)量側(cè)隙，即使是按照定位精度試驗(yàn)?zāi)菢訙y(cè)量進(jìn)給停止位置的靜態(tài)方法，實(shí)際上也是利用進(jìn)給速度來測(cè)量側(cè)隙。這是一個(gè)很重要的特點(diǎn)。利用圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)可對(duì)以下項(xiàng)目作出判斷。

·      圓度精度其中包用圓弧插補(bǔ)加工時(shí)的工件圓度，轉(zhuǎn)換象限時(shí)的凸搭大�。ㄍ怀鲞\(yùn)動(dòng)的程度），滾珠絲杠的安裝精度（出現(xiàn)周期性誤差）。

·      側(cè)隙精度即兩根軸之間的側(cè)隙的大�。▽�(shí)際上是用進(jìn)給速度進(jìn)行評(píng)價(jià)）。

·      幾何形狀精度即垂直度誤差的大小和直線度誤差的大小。

·      定位精度即兩根軸定位精度的一致性程度及對(duì)間距誤差進(jìn)行修正的大小。

·      數(shù)值控制的調(diào)整程度即對(duì)伺服增益的調(diào)整程度（位置環(huán)增益、速度環(huán)增益）和跟誤差（速度上升時(shí)的半徑縮小狀況）。

圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用

對(duì)機(jī)床性能進(jìn)行評(píng)價(jià)圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)是從使用G編碼的G02和G03的3個(gè)平面，即XY平面、YZ平面和ZX平面內(nèi)圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果了解：

·      在幾何形狀運(yùn)動(dòng)誤差范圍內(nèi)的垂直度和直線度。

·      在數(shù)控裝置參數(shù)設(shè)定范圍內(nèi)，對(duì)增益（位置環(huán)增益、速度環(huán)增益），間距誤差補(bǔ)和側(cè)隙誤差補(bǔ)償是否適當(dāng)。

·      伺服機(jī)構(gòu)的固有半徑縮小。

·      其它誤差，如防護(hù)罩伸縮和其它運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)等的編碼、支架等是否有物理性干涉。

預(yù)計(jì)今后將用于交付機(jī)床的最初階段對(duì)進(jìn)給速度和測(cè)量半徑等各種變化加以測(cè)定。如果一臺(tái)機(jī)床看上去有明顯的誤差，其原因不外乎是有側(cè)隙、垂直度出現(xiàn)誤差、位置環(huán)增益不一致和半徑縮小等4個(gè)方面。特別是最近對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的小直徑立銑刀進(jìn)給時(shí)，其速度比以往的速度高得多，因而圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)成為一種重要的評(píng)價(jià)因子。對(duì)被加工工件精度的預(yù)測(cè)從圓周運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié)果可以很好地掌握被加工件的圓度狀況。

當(dāng)用旋轉(zhuǎn)刀具切削時(shí)，將出現(xiàn)大于刀具半徑的平均化效果，往往辨認(rèn)不出用圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)所獲的微小凹凸現(xiàn)象。這是因?yàn)楸磺邢鞴ぜ艿毒吆颓行嫉挠绊懰斐傻�。而由圓周精度運(yùn)動(dòng)所得到的軌不包含這種影響。

但從來自用戶的圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果和用圓度測(cè)量?jī)x測(cè)出的結(jié)果來看，圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果并不很準(zhǔn)確，而用切削方法可獲得較精確的結(jié)果*C因而有人提出不再使用圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的意見。產(chǎn)生上述問題的主要原因是在用圓度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量時(shí)要使用低通濾波器。如果用15和25波峰截止時(shí)就與圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果不相吻合。用500波峰截止時(shí)則完全可以取得一致。最近，在加工小零件和小型模具部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)用上述數(shù)控裝置參數(shù)設(shè)定對(duì)半徑縮小的影響大于小半徑圓周運(yùn)動(dòng)軌的機(jī)床幾何形狀誤差。

但目前很難購(gòu)買到可測(cè)量小半徑的裝置，所以希望開發(fā)廉價(jià)的測(cè)量裝置。選購(gòu)加工中心對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)軌的調(diào)查根據(jù)使用目的，事先對(duì)機(jī)床的圓周運(yùn)動(dòng)軌進(jìn)行調(diào)查，則可以對(duì)該機(jī)床是否能滿足加工精度要求作出判斷，并對(duì)整個(gè)圓的形狀，調(diào)換象限時(shí)突搭的大小，微小的振動(dòng)成份，周期性誤差、由間距誤差補(bǔ)償形成的臺(tái)階差等固有差值加以確認(rèn)。

可以直率地說，這些都是技術(shù)能力引發(fā)的差值。例如頻繁地實(shí)施間距誤差補(bǔ)償，那么就可發(fā)現(xiàn)間距誤差補(bǔ)償處軌的臺(tái)階差。當(dāng)這種臺(tái)階差值大到不能忽略時(shí)，那么說明這種間距誤差補(bǔ)償方法不適當(dāng)�？梢哉f是因?yàn)椴捎昧苏`差大的滾珠絲杠和刻度尺所致。這種事前進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)軌的調(diào)查，可以清楚地顯示出機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)和裝配技術(shù)，如導(dǎo)準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，以及它們與數(shù)控參數(shù)的復(fù)雜聚合度特征。

定位精度試驗(yàn)定位精度試驗(yàn)的重要性按照ISO230/2標(biāo)準(zhǔn)的定位精度試驗(yàn)，是在整個(gè)移動(dòng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)（對(duì)長(zhǎng)度小于2,000mm的軸而言），對(duì)指定的最少5點(diǎn)，最多21點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行定位，然后對(duì)求出的經(jīng)5次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的各目標(biāo)位置的設(shè)定值與實(shí)際停止位置的偏差值進(jìn)行評(píng)價(jià)。將用激光測(cè)長(zhǎng)儀所獲得的離差平均值及其離散作為指標(biāo)，求出測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)離差σ，按指定項(xiàng)目求出評(píng)價(jià)值。評(píng)價(jià)項(xiàng)目共有最大逆轉(zhuǎn)差B=max[1Bil]、平均反復(fù)差B=1/mBi、單方向反復(fù)精度R↑=max[Ri↑]與R↓=max[Ri↓]和雙向反復(fù)精度R=max[R1]等10項(xiàng)。

欲求出這些評(píng)價(jià)值并不是一件很簡(jiǎn)單的事情。但這些評(píng)價(jià)值不僅能證明它與加工精度的相關(guān)性，還可以認(rèn)別各項(xiàng)目與尺寸精度關(guān)系的密切程度。定位精度利用的數(shù)據(jù)是列于表格中的各種參數(shù)。如果對(duì)以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的表示方法不甚理解，那么很可能徒勞地選擇了過高精度的機(jī)床。若在自己工場(chǎng)中安裝好機(jī)床、以后直接對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，就有可能無法測(cè)出其最初的精度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)是的基本條件是全面地綜合了用戶和制造廠的意見而確定的。其中有進(jìn)給速度（包括快速進(jìn)給和特定的進(jìn)給速度），預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)條件（如何預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)？用何種進(jìn)給條件實(shí)施？）以及測(cè)量環(huán)境溫度（如何設(shè)置恒溫寶？恒溫寶的溫度如何？）等。這些項(xiàng)目事先都應(yīng)該加以確定。上面已經(jīng)講過，在選擇機(jī)種時(shí)都要對(duì)產(chǎn)品樣本中的數(shù)值加以比較。但必須注意的是列于產(chǎn)品樣本中的數(shù)值幾乎不說明是在怎樣條件下獲得的。但在實(shí)際使用中，很可能用戶所具備的條件與制造廠的條件不一致，致使測(cè)試結(jié)果與樣本中的數(shù)值不相符合。

試驗(yàn)條件之一是預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)條件。有的機(jī)床的一根軸需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)幾個(gè)小時(shí)之后才能穩(wěn)定。而在工場(chǎng)中，通常經(jīng)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)之后即開始測(cè)量。有時(shí)由于機(jī)床逐漸冷而出現(xiàn)目標(biāo)位置之間距離不斷縮短的現(xiàn)象。為了得到穩(wěn)定的結(jié)果，在未經(jīng)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，用非常短的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。

按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定測(cè)量5次，然后進(jìn)行反復(fù)測(cè)量。這樣基本上可以掌握機(jī)床的穩(wěn)定狀態(tài)。定位精度試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用定位精度試驗(yàn)的結(jié)果可以作為間距誤差補(bǔ)償和側(cè)隙補(bǔ)償值加以應(yīng)用。上面所介紹的定位精度試驗(yàn)結(jié)果與被加工件的尺寸精度和位置精度有直接的關(guān)系。ISO標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)雙向定位反復(fù)精度的重視程度甚于單方向定位時(shí)的反復(fù)精度。因?yàn)閷?duì)于目標(biāo)位置來講，當(dāng)工件從正方向和負(fù)方向分別接近刀具時(shí)的尺寸離散程度大于從一個(gè)方向接近刀具的離散程度。例如在加工立方體的側(cè)面時(shí)，顯示出兩個(gè)平面之間尺寸估算值的精度最差。

總之，在選擇機(jī)種時(shí)所實(shí)施的定位精度試驗(yàn)，希望在完全適合于用戶使用狀能下進(jìn)行，并使用所獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果。定位精度試驗(yàn)的問題定位精度試驗(yàn)中的主要問題是沒有在完全適合于用戶使用狀態(tài)的條件下進(jìn)行測(cè)定。特別是在大批量的續(xù)生產(chǎn)時(shí)，為了加工大量零件機(jī)床需運(yùn)轉(zhuǎn)很長(zhǎng)時(shí)間。在這個(gè)期間是否始終能穩(wěn)定在與定位精度試驗(yàn)所得結(jié)果相同的位置處是一個(gè)很大的問題。這種現(xiàn)象對(duì)以往數(shù)控機(jī)床加工精度要求為10um水平時(shí)，還沒有多大問題。

而現(xiàn)在產(chǎn)品的加工精度要求達(dá)到超微米的水平，那就不能忽視由于機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)中溫度變化而引發(fā)的定位精度變化。所以現(xiàn)在特別強(qiáng)調(diào)購(gòu)入新機(jī)床之后，必須在與實(shí)際加工狀態(tài)相符合的條件下進(jìn)行定位精度試驗(yàn)。

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