數(shù)控機(jī)床驗(yàn)收的幾大問題

 對集機(jī)、電、液、氣于一體的進(jìn)口大型數(shù)控機(jī)床（含加工中心）的驗(yàn)收，無論是預(yù)驗(yàn)收、還是最終驗(yàn)收，都是十分重要的。它是對機(jī)床設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試的質(zhì)量，特別是對機(jī)床精度的總體檢驗(yàn)。它直接關(guān)系到機(jī)床的功能、可靠性、加工精度和綜合加工能力。 

    然而在實(shí)際驗(yàn)收中，常常會出現(xiàn)一些帶有技術(shù)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(jī)床的驗(yàn)收質(zhì)量。

1 定位精度的檢測 

    檢測機(jī)床的定位精度，常用標(biāo)準(zhǔn)有兩種： 

    ·德國VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)（機(jī)床運(yùn)行精度和定位精度的統(tǒng)計(jì)方法）。 

    ·美國AMT標(biāo)準(zhǔn)（美國機(jī)械制造技術(shù)協(xié)會制定）。 

    用兩個標(biāo)準(zhǔn)，測量數(shù)據(jù)的整理均采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。即沿平行于坐標(biāo)軸的某一測量軸線選取任意幾個定位點(diǎn)（一般為5～15個），然后對每個定位點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行多次定位（一般為5～13次）。可單向趨近定位點(diǎn)，也可以從兩個方向分別趨近，然后對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，求出算術(shù)平均值。進(jìn)而求出平均值偏差、標(biāo)準(zhǔn)差、分散度。分散度代表重復(fù)定位精度，它和平均值偏差一起構(gòu)成定位精度，兩者之和是在任意兩點(diǎn)間定位時可能達(dá)到的最大定位偏差。 

    由于被測坐標(biāo)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(yīng)是單一的，而應(yīng)有所區(qū)別。國標(biāo)GB10931-89數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評定方法中規(guī)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(guī)定允差； 

    ·根據(jù)被測對象長度分段規(guī)定允差； 

    ·用局部公差方式規(guī)定允差； 

    既規(guī)定局部公差，同時也規(guī)定全行程允差。 

    東方汽輪機(jī)廠從德國科堡（COBURG）公司進(jìn)口工作臺5m×17m的數(shù)控龍門銑床（下稱龍門銑），共有X、Y、Z、W四個坐標(biāo)軸。只有Z軸長度小于2m、最長的X軸全行程為17.70m；從意大利貝拉爾蒂（BRERADI）公司進(jìn)口的鏜桿直徑��250mm的落地式數(shù)控鏜銑床，X軸（立柱移動）長23m，Y軸（鏜頭升降）長7m。這些坐標(biāo)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(shí)際測量行程L=17210mm。共測11點(diǎn)，點(diǎn)間距為1721mm。按公式（1）計(jì)算，其最大允差值為 

    P=14+17210/250=82.84µm=0.093（mm） （2） 

    因?yàn)榻o定的是全行程允差，只要其任意長度上的允差等于或小于P值，定位精度都是合格的。 

    上例說明，對于龍門銑、落地鏜銑床、重型轉(zhuǎn)子數(shù)控車床，X軸這樣長的坐標(biāo)軸，僅僅在全行程上規(guī)定允差是不夠的。而應(yīng)按線性允差給定方式d規(guī)定允差：既規(guī)定局部公差，同時也規(guī)定全行程允差。由于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，也有利于提高全行程的定位精度。 

    由此可知，訂購機(jī)床時知道坐標(biāo)軸定位精度的線性允差的給定方式，根據(jù)工藝需要提出所購機(jī)床線性允差的給定方式，并列入合同條款是非常重要的。

2 關(guān)于負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn) 

    負(fù)荷試驗(yàn)是檢驗(yàn)機(jī)床是否達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的承載能力，及其在負(fù)荷狀態(tài)下各機(jī)構(gòu)工作是否正常，其工作的平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性、可靠性是否達(dá)到規(guī)定要求的重要手段。有人擔(dān)心負(fù)荷試驗(yàn)會損壞機(jī)床，降低甚至破壞機(jī)床精度。 

    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，負(fù)荷試驗(yàn)前后均應(yīng)檢驗(yàn)機(jī)床的幾何精度。工作精度試驗(yàn)亦放在負(fù)荷試驗(yàn)后進(jìn)行。其目的均是對機(jī)床的進(jìn)一步檢驗(yàn)。 

    如前述龍門銑、負(fù)荷試驗(yàn)是在極限狀態(tài)下進(jìn)行的�；�枕伸出1m（技術(shù)規(guī)范規(guī)定，滑枕伸出1m可傳遞額定功率），功率達(dá)120kW（額定功率95kW）。試驗(yàn)后測試滑枕兩個方向的垂直度，其誤差值比靜態(tài)時還小了。從美國莫林（MOLINE）公司進(jìn)口的MF195型數(shù)控多頭鉆床，按規(guī)定裝上10只Ø38mm鉆頭做加工100只孔的負(fù)荷試驗(yàn)。完成后用10只Ø25mm鉆頭，做連續(xù)鉆削500只孔的鉆削精度試驗(yàn)。精度要求（Ø25+0.125-0.05）mm，實(shí)測為（Ø25+0.020）mm。實(shí)踐證明，負(fù)荷試驗(yàn)不會損壞機(jī)床，不會降低機(jī)床精度。 

    對于預(yù)驗(yàn)收時已做過負(fù)荷試驗(yàn)，對整體發(fā)運(yùn)到用戶的小型機(jī)床或加工中心，最終驗(yàn)收時可考慮免做。而對于解體發(fā)運(yùn)到用戶的大型機(jī)床，最終驗(yàn)收時負(fù)荷試驗(yàn)不可免做。因?yàn)橹匦掳惭b、調(diào)試、試車和預(yù)驗(yàn)收時的環(huán)境等條件已不相同。預(yù)驗(yàn)收合格，不能等同于最終驗(yàn)收合格。

3 關(guān)于幾何精度的檢驗(yàn)器具 

    數(shù)控機(jī)床幾何精度基本上都要比普通機(jī)床高，普通機(jī)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°相對于滑枕的垂直度時，允差0.02mm/500mm。用科堡機(jī)床公司帶的長1050mm、Ø105mm的檢驗(yàn)棒，其各向母線直線度誤差均小于0.005mm。從羅馬尼亞阿莫斯（ARMUS）機(jī)床公司進(jìn)口的數(shù)控5m立車，銑刀架滑枕需檢測同樣精度。自制一檢驗(yàn)棒，母線直線度誤差大于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臺的垂直度，如檢測意大利貝拉爾蒂鏜床立柱移動相對于工作臺的垂直度時，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(jī)床訂貨時提出哪些量檢具由制造廠提供，列入合同條款。 

    ·用切削加工替代精度檢驗(yàn)。對于那些必須檢而又無替代量檢具的精度項(xiàng)目，如圖1 HSD350C精檢項(xiàng)目，可采用切削加工方法替代。將試件放在坐標(biāo)測量儀上，測量其相關(guān)平面的垂直度。

                  1.檢驗(yàn)棒 2.百分表 3.平板、工作臺 4.附件銑頭 5.滑枕

                            圖1 HSD350C檢測示意圖



4 床身導(dǎo)軌縱向直線度的調(diào)整 

    大型數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控龍門銑床、落地式鏜銑床，重型數(shù)控轉(zhuǎn)子車床等，其床身較長，多由數(shù)段組成。其床身導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度的調(diào)整，一般都按機(jī)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定調(diào)成中凸曲線。把導(dǎo)軌人為地調(diào)成中凸形狀，其實(shí)質(zhì)是一種預(yù)載。用預(yù)載產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力，抵抗工作臺、工件的重力及切削加工產(chǎn)生的垂直切削分力，使工作臺或刀架拖板在切削過程中處于水平狀態(tài)，進(jìn)而保證工件加工面的平直度。 

    大型數(shù)控機(jī)床安裝在恒溫環(huán)境中，如上述調(diào)成中凸形狀，使用中是沒有問題的。但安裝在常溫環(huán)境中，如環(huán)境溫度為0～5℃或5～10℃時，其導(dǎo)軌該如何調(diào)整？由于環(huán)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(dǎo)軌上表面溫度高，下表面溫度低。溫度差t1-t2使上表面伸長大于下表面，呈上拱形狀。而到冬季，剛好相反。由于t2-t1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�。機(jī)床維修實(shí)踐也證實(shí)了這一點(diǎn)：溫度較高時（夏天）導(dǎo)軌上拱；溫度較低時（冬天），導(dǎo)軌凹心。 

    1996年7月安裝龍門銑床時，基準(zhǔn)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度調(diào)成中凸0.076mm。其當(dāng)時導(dǎo)軌上表面溫度為28℃，下表面為26.5℃。 

    1997年11下旬復(fù)測基準(zhǔn)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差，導(dǎo)軌下?lián)?.31mm（圖2）。此時導(dǎo)軌上表面溫度為10℃，下面為5℃。 

    為克服由于導(dǎo)軌上下溫差所導(dǎo)致的導(dǎo)軌直線度誤差，可使用數(shù)段成一體的床身，不使用其連接處用螺栓產(chǎn)生塑性變形，使其成為彈性的連接。環(huán)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(diǎn)，使每段床身成為轉(zhuǎn)角不連續(xù)的簡支梁。這樣才能使導(dǎo)軌調(diào)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(tài)下調(diào)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——鑄鐵線膨脹系數(shù)，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(jì)算值和復(fù)測值基本相符。當(dāng)最大溫差值Δt=1.5℃，導(dǎo)軌呈中凸。 

    機(jī)床導(dǎo)軌下?lián)现堤�大，將影響機(jī)床的運(yùn)行精度，如產(chǎn)生低速重載下的爬行。 

    為此，將導(dǎo)軌調(diào)成微凸。h=0.03mm（圖3）這個微凸值，在環(huán)境溫度較低時（冬季）機(jī)床運(yùn)行精度得到保證。而當(dāng)環(huán)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(gòu)成影響，因?yàn)樵谥亓�、切削力作用下，中凸值會明顯減小，從而保證了一年四季機(jī)床的運(yùn)行精度。