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        基于i5 系統(tǒng)的TD500A 鉆攻中心精度試驗(yàn)分析

        2022-04-07 09:58:22
        制造技術(shù)與機(jī)床 2022年4期
        關(guān)鍵詞:分析系統(tǒng)

        陳 帥

        (通用技術(shù)集團(tuán)大連機(jī)床有限責(zé)任公司,遼寧 大連 116600)

        TD500A 立式鉆攻中心[1]是為適應(yīng)市場(chǎng)需求而開發(fā)研制的新一代鉆攻中心產(chǎn)品,該機(jī)床適用于小型零件批量加工,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)床身結(jié)構(gòu)、立柱結(jié)構(gòu)和工作臺(tái)結(jié)構(gòu)等,盡量減輕移動(dòng)部件重量,進(jìn)而達(dá)到更優(yōu)效果。i5 系統(tǒng)[2]被譽(yù)為“工業(yè)界的Android系統(tǒng)”因其操作編程簡(jiǎn)單方便,可進(jìn)行直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等直接補(bǔ)償操作,因而得到廣泛應(yīng)用。

        TD500A 機(jī)床帶有全封閉式防護(hù)罩、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng),具有自動(dòng)化程度高、可靠性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單便捷、宜人、整體造型美觀大方以及機(jī)電一體化程度高等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)床還可以選配數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),增加第四回轉(zhuǎn)軸,回轉(zhuǎn)臺(tái)在系統(tǒng)控制下能完成各種分度回轉(zhuǎn)工作,且回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上可安裝板、盤等其他形狀復(fù)雜的被加工零件,也可以利用與之配套的尾座、安裝棒和軸類等被加工零件,實(shí)現(xiàn)等分或不等分的孔、槽或者連續(xù)特殊曲面的加工,并能保證很高的加工精度。為了驗(yàn)證i5 系統(tǒng)應(yīng)用于該機(jī)床在精度方面的可靠性,選用雷尼紹激光干涉儀[3]對(duì)其定位精度及重復(fù)定位精度[4-7]等重要指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

        1 試驗(yàn)地點(diǎn)及試驗(yàn)條件

        試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在大連機(jī)床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用所試驗(yàn)室進(jìn)行,試驗(yàn)機(jī)床用調(diào)平墊鐵調(diào)好水平,未用地腳螺釘固定,測(cè)試儀器選用經(jīng)國家指定計(jì)量部門檢定的雷尼紹激光干涉儀,機(jī)床潤(rùn)滑裝置按機(jī)床使用說明書要求注入指定牌號(hào)潤(rùn)滑油和液壓油。整機(jī)效果如圖1 所示。

        圖1 TD500A 立式鉆攻中心

        2 線性軸定位精度和重復(fù)定位精度測(cè)量

        2.1 試驗(yàn)步驟

        (1)了解機(jī)床各軸行程,選擇機(jī)床任一軸進(jìn)行鏡頭架設(shè),調(diào)整干涉鏡、反射鏡于合理位置。

        (2)架設(shè)雷尼紹激光鏡頭,通過手輪方式移動(dòng)各個(gè)行程軸進(jìn)行對(duì)光校驗(yàn),使激光設(shè)備達(dá)到最佳(5 個(gè)指示燈全亮)工作狀態(tài)。

        (3)將激光設(shè)備與電腦進(jìn)行連接,對(duì)電腦進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,且與機(jī)床系統(tǒng)程序匹配。

        (4)調(diào)整機(jī)床參數(shù),清零螺距補(bǔ)償參數(shù),生成機(jī)床運(yùn)行程序,且試運(yùn)行,確認(rèn)無誤后準(zhǔn)備試驗(yàn)(此過程應(yīng)對(duì)試驗(yàn)軸進(jìn)行預(yù)熱)。

        (5)通過無補(bǔ)償測(cè)量結(jié)果生成補(bǔ)償數(shù)據(jù),通過U 盤將數(shù)據(jù)拷入機(jī)床系統(tǒng)中,確認(rèn)螺距補(bǔ)償生效后進(jìn)行5 次測(cè)量,對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

        (6)其余軸重復(fù)相同操作,將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        雷尼紹激光干涉儀工作圖如圖2 所示。

        圖2 雷尼紹激光干涉儀工作圖

        2.2 i5 系統(tǒng)補(bǔ)償特點(diǎn)

        (1)i5 系統(tǒng)可通過設(shè)置參數(shù)自動(dòng)生成運(yùn)行程序。

        (2)補(bǔ)償數(shù)據(jù)通過U 盤直接傳入機(jī)床系統(tǒng)。

        (3)i5 系統(tǒng)是雙向補(bǔ)償無需進(jìn)行額外設(shè)定。這在一定程度上節(jié)約了時(shí)間,且操作智能簡(jiǎn)便化。

        3 試驗(yàn)結(jié)果分析

        根據(jù)《GB/T 18400.4—2010 加工中心檢驗(yàn)條件第4 部分 線性和回轉(zhuǎn)軸線的定位精度和重復(fù)定位精度檢驗(yàn)》以及《GB/T 17471.2—2000 機(jī)床檢驗(yàn)通則 第2 部分:數(shù)控軸線定位精度和重復(fù)定位精度的確定》線性軸定位精度和重復(fù)定位精度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

        表1 線性軸線行程至2 000 mm的定位精度的公差

        3.1 X 軸精度分析

        通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出X軸原始狀態(tài)下(無補(bǔ)償)定位精度及重復(fù)精度如圖3 所示。

        圖3 X 軸無補(bǔ)償定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        圖3 中可見:定位精度A為0.015 365 mm,單向定位精度A↑為0.012 462 mm、A↓為0.013 683 mm,單向重復(fù)R↑為0.002 234 mm、R↓為0.002 400 mm,系統(tǒng)偏差E為0.013 780 mm,均偏差范圍M為0.011 280 mm,反向差值B為0.002 980 mm,通過對(duì)照軸線行程至2 000 mm的定位精度的公差表可知:X軸所有精度都在要求范圍內(nèi),但也接近于公差上線,為了達(dá)到更加效果,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償并做出補(bǔ)償后定位精度與重復(fù)精度補(bǔ)償曲線如圖4 所示。

        圖4 X 軸補(bǔ)償后定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        經(jīng)過對(duì)X軸進(jìn)行補(bǔ)償通過曲線分析可知:定位精度A為0.002 145 mm,單向定位精度A↑為0.002 145 mm、A↓為0.001 931 mm,單向重復(fù)R↑為0.002 090 mm、R↓為0.001 706 mm,系統(tǒng)偏差E為0.000 760 mm,均偏差范圍M為0.000 660 mm,反向差值B為0.000 260 mm。其中定位精度A變?yōu)樵瓉淼?.14倍,精度提高了86%;單向定位精度A↑和A↓分別變?yōu)樵瓉淼?.17 倍和0.14 倍,精度分別提高了83%和86%;單向重復(fù)R↑和R↓分別變?yōu)樵瓉淼?.93 倍和0.71 倍,精度分別提高了4.5%和29%;系統(tǒng)偏差E變?yōu)樵瓉淼?.055 倍,精度提高了94%;均偏差范圍M變?yōu)樵瓉淼?.058 倍,精度提高了94%;反向差值B變?yōu)樵瓉淼?.087 倍,精度提高了91%。說明i5 系統(tǒng)應(yīng)用于TD500A 鉆攻中心X軸效果明顯。

        3.2 Y 軸精度分析

        現(xiàn)對(duì)Y軸做無補(bǔ)償測(cè)量并生成定位精度和重復(fù)精度分析曲線,如圖5 所示。

        圖5 中可見:Y軸定位精度A為0.040 663 mm,單向定位精度A↑、A↓分別為0.037 269 mm和0.037 663 mm,單向重復(fù)R↑、R↓均為0.003 038 mm,系統(tǒng)偏差E為0.038 060 mm,均偏差范圍M為0.054 970 mm,反向差值B為0.004 320 mm。為了達(dá)到更加效果,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行螺距補(bǔ)償并做出補(bǔ)償后定位精度與重復(fù)精度補(bǔ)償曲線,如圖6 所示。

        圖5 Y 軸無補(bǔ)償定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        圖6 中可見:定位精度A為0.003 248 mm,單向定位精度A↑為0.003 068 mm,A↓為0.003 201 mm,單向重復(fù)R↑為0.003 064 mm,R↓為0.003 041 mm,系統(tǒng)偏差E為0.000 540 mm,均偏差范圍M為0.000 420 mm,反向差值B為0.000 260 mm。其中定位精度A變?yōu)樵瓉淼?.08 倍,精度提高了92%;單向定位精度A↑和A↓均別變?yōu)樵瓉淼?.08 倍,精度均提高了91%;單向重復(fù)R↑和R↓與補(bǔ)償前無明顯變化,但均低于要求值;系統(tǒng)偏差E變?yōu)樵瓉淼?.014 倍,精度提高了98%,均偏差范圍M變?yōu)樵瓉淼?.007倍,精度提高了99%,反向差值B變?yōu)樵瓉淼?.06倍,精度提高了94%。通過補(bǔ)償后的精度數(shù)值看出補(bǔ)償后效果明顯,使其精度達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)要求。

        圖6 Y 軸補(bǔ)償定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        3.3 Z 軸精度分析

        通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)分析得出Z軸原始狀態(tài)下定位精度及重復(fù)精度如圖6 所示。

        圖7 可見:定位精度A為0.014 361 mm,單向定位精度A↑為0.012 113 mm、A↓為0.012 011 mm,單向重復(fù)R↑為0.000 867 mm、R↓為0.001 180 mm,系統(tǒng)偏差E為0.013 760 mm,均偏差范圍M為0.011 500 mm,反向差值B為0.002 640 mm,通過對(duì)照軸線行程至2 000 mm的定位精度的公差表可知:Z軸所有精度都在要求范圍內(nèi),為了達(dá)到更加效果,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償并做出補(bǔ)償后定位精度與重復(fù)精度補(bǔ)償曲線如圖8 所示。

        圖7 Z 軸無補(bǔ)償定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        圖8 Z 軸補(bǔ)償定位精度和重復(fù)精度分析曲線

        圖8 可見,經(jīng)過對(duì)Z軸進(jìn)行補(bǔ)償通過數(shù)據(jù)分析可知:定位精度A為0.001 746 mm,單向定位精度A↑為0.001 746 mm、A↓為0.001 633 mm,單向重復(fù)R↑為0.001 035 mm,R↓為0.000 716 mm,系統(tǒng)偏差E為0.001 240 mm,均偏差范圍M為0.001 140 mm,反向差值B為0.000 260 mm。其中定位精度A變?yōu)樵瓉淼?.12 倍,精度提高了87%;單向定位精度A↑和A↓分別變?yōu)樵瓉淼?.14 倍和0.13 倍,精度分別提高了85%和86%;單向重復(fù)R↑和R↓分別變?yōu)樵瓉淼?.19 倍和0.61 倍,R↓精度提高了39%;系統(tǒng)偏差E變?yōu)樵瓉淼?.09 倍,精度提高了91%,均偏差范圍M變?yōu)樵瓉淼?.09 倍,精度提高了90%,反向差值B變?yōu)樵瓉淼?.1 倍,精度提高了89%。通過補(bǔ)償后的精度數(shù)值看出補(bǔ)償后優(yōu)化效果明顯,使其精度達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)要求。

        4 結(jié)語

        應(yīng)用于筆者公司自主生產(chǎn)TD500A 立式鉆攻中心機(jī)床中的i5 系統(tǒng)經(jīng)過補(bǔ)償在線性軸定位精度等方面上有很大提升。

        (1)定位精度A:X軸精度提高86%,Y軸精度提高92%,Z軸精度提高87%,平均提高88.33%。

        (2)重復(fù)定位精度B:X、Y、Z三軸無明顯變化,但均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)反向差值B:X軸精度提高91%,Y軸精度提高94%,Z軸精度提高89%,平均提高91.33%。

        (4)均偏差范圍M:X軸精度提高94%,Y軸精度提高99%,Z軸精度提高90%,平均提高94.33%。

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