快速檢查機床性能

主動檢查機床性能有兩個目的：零故障和不間斷生產(chǎn)。機床性能完全檢測是機床維護和/或機床質(zhì)量控制的一部分。二十多年來，機床車間管理人員就一直使用激光測量系統(tǒng)進行機床誤差測量和標定。
 
　　測量一個簡單的三軸加工中心的第一步是測量18個位移誤差參數(shù)，即每軸的6個誤差參數(shù)。機床主軸沿移動軸運動時，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量。這樣，描述機床的全部幾何性能總共需要測量21個參數(shù)。

　　幾何誤差通常由單參數(shù)激光測量系統(tǒng)測量，對于不是簡單的線性位移誤差的測量，就需要安裝配置各種光學(xué)附件，但一次安裝運動只能 測量一軸的一個誤差參數(shù)，整個幾何特征測量需要21次安裝及測量行程。一次安裝及測量需要1個小時，所以整個測試至少需要3個工作日。 

　　很多車間不愿意犧牲工作時間做這些傳統(tǒng)測試，經(jīng)理們也會容忍性能較差的機床制造的廢品，因為他們相信眼前停機及人員專門培訓(xùn)費用要高于定期機床檢測所取得的長期效益。

　　最糟糕的情況是，車間結(jié)果檢查發(fā)現(xiàn)工件超差后才會做性能測量。此時，車間通過激光測量試圖發(fā)現(xiàn)事實背后的根本原因。由此引起的意外機床停機要求重新規(guī)劃生產(chǎn)流程，并且為了進行機械調(diào)整可能損失好幾天的時間。
  
　　如果車間打算用一種折中的方法避免這樣的問題，即只做所需測試的一部分，通常只做線性測試，測量的數(shù)據(jù)可以檢測到螺距及刻度誤差，但是象軸垂直度、磨損或?qū)к墰]對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。

　　六自由度測量的快速機床誤差評估（RMTEA） 可以解決這個問題，大量減少測試時間，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事后檢查的依賴。
 
   隨著三軸加工中心主軸沿著運動軸的運動，測試結(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角度誤差：便擺角、俯仰角、滾擺角誤差。 

    垂直度誤差，或機床軸相互之間的垂直度也必須測量。 
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　　RMTEA的關(guān)鍵元件是一個激光傳感器，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)，第二束光用來測量直線度偏差或在垂直于移動軸的兩個方向的移動，第三束光穿過一個起微型自準直儀作用的光學(xué)件，得到偏擺角和俯仰角 ，滾擺角誤差由一個差分電子水平儀測量，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)整過程約需半個小時，激光頭的一般吸附在機床工作臺上，僅有的調(diào)整是安裝機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的運動誤差和從工具端部看到的誤差一樣。一般不需去掉機床保護裝置就可 安裝，減少安裝時間至10到15分鐘。

　　對齊后，主軸沿著第一個測量軸（X軸）按增量移動定位，在每一個測量點處都會記錄6個定位誤差 。如果增加五棱鏡測量Y軸和Z軸，可確定各軸之間的垂直度及18個定位誤差。利用這種方法，每次30到45分鐘，測量5個測回可測21個誤差參數(shù)。整個三軸機床評估時間降低到3到4個小時，減少85%的測量時間。 
 
　　為了有效分析數(shù)據(jù)趨勢，必須經(jīng)常測量機床特性，因為用傳統(tǒng)激光系統(tǒng)測量機床特性很耗時間，并且需要非常專業(yè)的測量專家，所以制造商可能一年也就測試一次機床。管理人員沒有數(shù)據(jù)來預(yù)測機床何時無法再滿足精度要求，如果機床性能故障點計算錯誤，那么機床標定或者過勤，或者在重新標定前出現(xiàn)廢品。

　　象波音、Caterpillar及GM公司這樣的行業(yè)先驅(qū)正逐步把這項技術(shù)應(yīng)用到他們的制造加工中。 波音公司的機床安裝專家 Robert Dickman 說，一旦波音幫助開發(fā)的補償軟件可以和所有公司的NC-CNC機床兼容，API 系統(tǒng)可以減少機床80%的停機時間。（文章開頭的圖片展示Dickman 正在測量一臺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床，提前做測試。 

　　GM 已經(jīng)在其遍布北美的模具制造廠應(yīng)用了這項技術(shù)。通過把所有主要加工機床的性能綜合評估以及改進，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。

　　機床標定及改造服務(wù)供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)RMTEA可節(jié)省時間，使他們具有競爭優(yōu)勢。改造公司可以把工作做的更快。位于伊利諾斯Rockford 的 Bourne & Koch 最近做了一個機床改造，要求測量精度非常高，使用的就是RMTEA，而沒有使用其通常的激光測量，完成該項目用了8個月，提前工期4個月。 

　　預(yù)測機床性能下降低于設(shè)計標準的預(yù)測保養(yǎng)項目，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)測可以通過過去測量的數(shù)據(jù)趨勢來分析。

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

　　用戶不必僅限于線性定位分析。即使簡單的工具路徑，也應(yīng)該為直線度、角度、垂直度建立單獨的標準。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線性路徑，但線性定位能力達不到這個要求，如果機床無法保證直線度滿足平面度的要求，該機床就不能用于該工件的磨削加工。

　　通過機床性能分級，管理人員可以讓現(xiàn)有的不同性能的機床滿足工件精度要求。管理人員必須有每個機床的最近的測量數(shù)據(jù)，因為機床性能隨著時間的推移會發(fā)生變化，并且如果不是定期檢測，依據(jù)哪個機床的哪個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確，所以機床的使用更加高效。

　　使用 RMTEA，車間可以每個季度就進行一次完整的特性測量，增加的數(shù)據(jù)使得趨勢分析更加可靠。保證需要維修之前機床的利用率最大化，減少廢品，較少地依賴事后檢查過程。

　　現(xiàn)代組裝車間通常按照ISO 9000等標準，更新自己的質(zhì)量控制標準，以保證生產(chǎn)過程。 機床幾何定位能力評估在質(zhì)量評估中占據(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，六自由度同時測量可保證滿足質(zhì)量要求，并以最有效的方式利用加工資源。