王鳳娟

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 三門峽 472000)

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基于球桿儀檢測(cè)VDL1000加工中心精度及修復(fù)的研究

王鳳娟

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 三門峽 472000)

基于QC20-W無線球桿儀的誤差檢測(cè)理論，對(duì)VDL1000加工中心工作臺(tái)上的3個(gè)不同位置實(shí)施精度檢測(cè)與分析，通過數(shù)據(jù)采集與分析并尋找出了影響該機(jī)床精度的主要因素，分析了這些誤差產(chǎn)生的原因以及對(duì)機(jī)械零件加工精度的主要影響，并提出了相應(yīng)的解決措施，進(jìn)行精度修復(fù)。

加工中心；無線球桿儀；精度檢測(cè)；誤差分析

0　引言

我院VDL1000加工中心經(jīng)過多年的使用后，機(jī)床精度嚴(yán)重失準(zhǔn)，存在加工零件精度不合格，尺寸誤差比較大，嚴(yán)重影響零件的生產(chǎn)和加工。為恢復(fù)加工中心的加工精度，提高零件加工質(zhì)量，作者對(duì)國內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行查閱和研究。目前，對(duì)機(jī)床加工精度檢測(cè)的方法比較多，可以使用傳統(tǒng)的步距規(guī)檢測(cè)法、表測(cè)法和試切法等，但是都具有一定的局限性，而且檢測(cè)的精準(zhǔn)度相對(duì)較低，工作效率也相對(duì)低。隨著科技發(fā)展，球桿儀作為現(xiàn)代檢測(cè)工具，越來越被廣泛的使用。

本文主要采用無線球桿儀對(duì)VDL1000加工中心的加工精度進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，通過采集無線球桿儀的伸縮桿長(zhǎng)度數(shù)值變化，分析出該加工中的各項(xiàng)主要誤差，尋找出機(jī)床精度失準(zhǔn)的原因，并對(duì)該機(jī)床進(jìn)行修復(fù)。

1　VDL1000加工中心的綜合誤差

VDL1000加工中心的坐標(biāo)系統(tǒng)是三坐標(biāo)軸，物體沿某一坐標(biāo)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生6個(gè)自由度，如圖1所示。X、Y、Z軸的3個(gè)坐標(biāo)位置，每個(gè)軸具有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)誤差和1個(gè)直線度誤差。因此，三軸加工中心的3個(gè)坐標(biāo)軸方向上共有18項(xiàng)誤差分量，再加上3個(gè)軸間的3個(gè)垂直度誤差，共計(jì)有21項(xiàng)幾何誤差量。

圖1　某軸的誤差量

2　制定球桿儀的測(cè)試方案與安裝

VDL1000加工中心是Fanuc系統(tǒng)，大連機(jī)床廠生產(chǎn)于2009年，已經(jīng)在我校使用7年。目前該機(jī)床的加工精度降低，不能滿足加工要求，如孔的圓度不合格等問題。

基于上述問題，制定如下測(cè)試方案。

(1) 對(duì)加工中心3個(gè)不同的坐標(biāo)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

(2) 先進(jìn)行G02運(yùn)行，在進(jìn)行G03運(yùn)行；

(3)只對(duì)機(jī)床的X、Y平面進(jìn)行檢測(cè)。

基于球桿儀的測(cè)試原理，對(duì)該機(jī)床進(jìn)行精度檢測(cè)，其安裝如圖2所示。球桿儀的一端與加工中心工作臺(tái)上的磁性精密球座相連，另一端與加工中心主軸上的磁性球座相連。使用雷尼紹20軟件的快速檢測(cè)模式對(duì)加工中心X、Y平面進(jìn)行圓周誤差測(cè)試。

圖2　球桿儀在加工中心的安裝圖

測(cè)試參數(shù)如下：

(1)球桿儀的檢測(cè)長(zhǎng)度為100mm，起始角度為00，終止角度為3600，躍程為1800，運(yùn)行1為順時(shí)針方向，運(yùn)行2為逆時(shí)針方向；

(2)球桿儀運(yùn)行時(shí)的進(jìn)給率為F1000 mm/min；

(3)加工中心工作臺(tái)的行程為1020×560mm。

3球桿儀檢測(cè)加工中心的誤差與分析及精度修復(fù)

(1)球桿儀檢測(cè)加工中心的綜合誤差

首先，預(yù)熱加工中心，空運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)；

其次，檢查機(jī)床XY平面上3個(gè)點(diǎn)位置，其各檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置分別為(820mm, 280mm)、(510mm, 280 mm)、(200mm, 280mm)；

最后，檢測(cè)綜合誤差結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。

圖3　坐標(biāo)(X820mm,Y280mm)的測(cè)量數(shù)據(jù)

圖4　坐標(biāo)(X510mm,Y280mm)的測(cè)量數(shù)據(jù)

圖5　坐標(biāo)(X200mm,Y280mm)的測(cè)量數(shù)據(jù)

(2)加工中心的綜合誤差分析

通過上述測(cè)量數(shù)據(jù)，可以分析出影響加工中心精度的主要誤差，如表1所示。其主要誤差項(xiàng)及所占總誤差的百分比，依次為X軸的周期誤差，Y軸的反向躍沖，X軸的橫向間隙，Y軸的橫向間隙。

表1　主要誤差項(xiàng)及所占總誤差的百分比

(3)加工中心的精度修復(fù)

首先，對(duì)影響加工中心精度的主要誤差項(xiàng)進(jìn)行分析。其次，檢查X軸和Y軸的滾珠絲杠和機(jī)床導(dǎo)軌，發(fā)現(xiàn)X軸滾珠絲杠的螺紋有嚴(yán)重磨損，Y軸的機(jī)床導(dǎo)軌中存在間隙，Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩不夠。最后，更換X軸滾珠絲杠，同時(shí)不但調(diào)整了滾珠絲杠與位置反饋系統(tǒng)安裝的偏心，還對(duì)應(yīng)式傳感器進(jìn)行了調(diào)整，以消除X軸的周期誤差；調(diào)整了Y軸機(jī)床導(dǎo)軌的間隙，以消除X、Y軸的橫向間隙，防止插補(bǔ)切削時(shí)加工的孔不圓；更換Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以消除Y軸的反向躍沖，使之某一方向運(yùn)動(dòng)后，再進(jìn)行反方向移動(dòng)時(shí)，避免出現(xiàn)短時(shí)的停頓及不平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，從而解決了圓弧插補(bǔ)時(shí)刀具路徑時(shí)能夠圓滑過渡。

4　再次檢測(cè)加工中心精度

經(jīng)過上訴修復(fù)后，使用球桿儀對(duì)加工中心進(jìn)行檢查，其誤差項(xiàng)及數(shù)據(jù)如表2所示，其主要誤差項(xiàng)及所占總誤差的百分比，依次為X軸的周期誤差，Y軸的反向躍沖，X軸的橫向間隙，Y軸的橫向間隙，其數(shù)值都有所下降，同時(shí)提高了該機(jī)床的加工精度。雖然Y軸的反向躍沖所占的百分比稍大，但是已不影響加工。垂直度誤差數(shù)值下降較少也可以忽略不計(jì)，因?yàn)閮奢S的夾角小于900，說明該加工中心并沒有產(chǎn)生過度磨損。

表2　主要誤差項(xiàng)及所占總誤差的百分比

5　結(jié)論

通過使用QC20-W無線球桿儀快速地診斷VDL1000加工中心的精度，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，分析出影響機(jī)床精度的主要方面，并對(duì)其進(jìn)行更換部件和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床精度的修復(fù)，進(jìn)一步提高了零件的加工質(zhì)量。檢測(cè)數(shù)據(jù)的正確性和修復(fù)機(jī)床精度方法的有效性。于是凸顯了使用現(xiàn)代測(cè)量手段作用，不但能夠?qū)崿F(xiàn)快速而且準(zhǔn)確地檢測(cè)出機(jī)床的加工精度，提高工作效率和生產(chǎn)效率，同時(shí)為廣大同行提供了可借鑒的操作方案。

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(編輯李秀敏)

Based on the Ball-bar Detection VDL1000 Precision Machining Center and the Study of Repair

WANG Feng-juan

(Department of Mechanical & Electrical Engineering,Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia Henan 472000, China)

The principle of error detection based on the QC20-W ball-bar, the VDL1000 machining center different locations were detected. We can find out the main factors to influence the geometric accuracy of CNC machine tools. The error producing reasons and influence for machining precision were analyzed , the solving measurements also proposed and repairing the restoration of the VDL1000 machining center.

machining center；radio club；accuracy detection；error analysis

1001-2265(2016)09-0143-02DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.041

2015-10-22；

2015-11-13

王鳳娟(1984—)，女，河南鹿邑人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造，(E-mail)3296460136@qq.com。

TH166;TG659

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