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        摘要：本文介紹了大型加工中心精度變化的原因，主要探討了機(jī)床基礎(chǔ)及環(huán)境溫度變化與加工程序?qū)Ξa(chǎn)品加工精度的影響，提出了應(yīng)對(duì)溫度變化對(duì)機(jī)床產(chǎn)生不利影響的主要措施，從而在常溫環(huán)境下提高了大型精密機(jī)床的使用效率。
   
       進(jìn)口大型數(shù)控加工中心是國(guó)家花費(fèi)巨資引進(jìn)的設(shè)備，具有精度高、性能可靠及加工范圍大等技術(shù)特點(diǎn)，擁有這類(lèi)機(jī)床的多少往往是一個(gè)企業(yè)精密加工能力的象征。保證集機(jī)、電、液和氣于一體的進(jìn)口大型數(shù)控加工中心的正常使用，及時(shí)掌握機(jī)床的精度變化范圍，保持機(jī)床精度，使之能加工出合格的高精度產(chǎn)品是維修工作的重點(diǎn)，也是提高機(jī)床有效利用率的前提之一。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)一些帶有技術(shù)性或管理性的問(wèn)題，這些問(wèn)題如果不能得到及時(shí)、正確處理，將會(huì)影響到機(jī)床的正常使用，甚至降低機(jī)床使用壽命，給企業(yè)帶來(lái)不可挽回的損失。2010年以來(lái)，我單位先后引進(jìn)2臺(tái)德國(guó)進(jìn)口海科特HEC1600臥式加工中心、 4 臺(tái)捷克 T O SWHQ13 CNC臥式鏜銑加工中心，最大軸加工行程達(dá)到3.5m，海科特 HEC160 定位精度為0.008mm，TOS WHQ13 CNC定位精度為0.01mm，都屬本企業(yè)重點(diǎn)精密機(jī)床。

       然而第一批4臺(tái)機(jī)床初期投入使用的一年多時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，機(jī)床精度變化異常，保修期內(nèi)國(guó)外廠家到現(xiàn)場(chǎng)維修周期長(zhǎng)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大壓力。分析影響機(jī)床精度變化的因素，并及時(shí)找到有效的解決方法，迫在眉睫。
 
       按照合同要求，前期安裝的4臺(tái)進(jìn)口加工中心在安裝驗(yàn)收時(shí)都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的幾何精度檢測(cè)、定位精度和重復(fù)定位精度檢測(cè)及NASA試件加工檢測(cè)合格，為什么在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)精度下降的問(wèn)題呢？研究分析認(rèn)為：機(jī)床基礎(chǔ)沉降不均勻和環(huán)境溫度變化后機(jī)床床身變形導(dǎo)致機(jī)床幾何精度下降的兩大因素，而除了機(jī)床本身精度變動(dòng)之外，不合理
的加工程序也可能帶來(lái)產(chǎn)品的質(zhì)量不合格，下面逐一分析。
 
       1. 機(jī)床基礎(chǔ)制作
 
       因新建車(chē)間地塊原為農(nóng)田，地質(zhì)疏松，考慮到如按機(jī)床設(shè)計(jì)廠方提供的地基圖未打樁基，可能較薄弱。為此，我們專(zhuān)門(mén)聘請(qǐng)了江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測(cè)有限公司對(duì)其中兩臺(tái)機(jī)床的地基做了沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)設(shè)備選擇、基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)注等具體做法如下。
 
      （1）沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備（見(jiàn)表1）。

                                                              表 1
  
     

       （2）基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位布置。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范技術(shù)要求，在建筑物壓力影響范圍以外布設(shè)埋置基準(zhǔn)點(diǎn)，并保證其穩(wěn)定可靠和持久保存。根據(jù)實(shí)際情況在該工程周?chē)猜裨O(shè)沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè)，編號(hào)為BM1，其中B M為起始點(diǎn)。該試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)共布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)9個(gè)，編號(hào)有東南角為1號(hào)點(diǎn)，按順時(shí)針編制9號(hào)點(diǎn)，具體點(diǎn)位置如圖1所示。
  
  

      
 
                       圖1 建筑物沉降監(jiān)測(cè)分布略圖
   
       TOS臥式加工中心機(jī)床床身為T(mén)形聯(lián)接，X軸床身與Z軸床身在7、8及3、4點(diǎn)用螺栓固定聯(lián)接。在圖中的布局為：X軸床身沿1、9點(diǎn)放置，Z軸床身沿5、7、8點(diǎn)放置，從維修人員檢測(cè)導(dǎo)軌直線(xiàn)度的數(shù)據(jù)看出，X導(dǎo)軌的直線(xiàn)度變化都為中間凹。Z軸的直線(xiàn)度變化都為圖中5點(diǎn)位置上翹，整體也為中間凹。
 
      江蘇方建工程質(zhì)量鑒定檢測(cè)有限公司在2011年9月19～29日期間，每隔2天共5次對(duì)地基9點(diǎn)進(jìn)行沉降量檢測(cè)，9點(diǎn)的累計(jì)沉降量如表2所示。
 
                      表 2 （單位：mm）
  
     
  
      從表2數(shù)據(jù)中分析判斷：監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降和機(jī)床床身實(shí)際變化曲線(xiàn)并無(wú)關(guān)聯(lián)。并且，在第二批機(jī)床的地基施工圖1中我們加厚了混凝土層，加粗加密了混凝土內(nèi)鋼筋。經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：同型號(hào)的兩臺(tái)海科特加工中心在經(jīng)過(guò)相同一段使用期后，幾何精度變動(dòng)規(guī)律一致。經(jīng)過(guò)這一系列的觀察，基本可排除地基沉降不均而引起機(jī)床導(dǎo)軌彎曲、精度下降的可能。

      這里需要特別指出的是：精密機(jī)床地基必須嚴(yán)格按照機(jī)床生產(chǎn)廠提供的地基圖施工，在夏季施工養(yǎng)護(hù)期內(nèi)多澆水，冬季施工養(yǎng)護(hù)期注意防寒，基礎(chǔ)表面嚴(yán)禁有二次找平層，防止表面脫殼。在機(jī)床安裝前還應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行超過(guò)機(jī)床本身重量的預(yù)壓測(cè)試。
 
      2. 環(huán)境溫度變化因素
 
      條件所限，目前我們的大型加工中心都安裝在常溫環(huán)境中使用。有研究表明：工作過(guò)程中機(jī)床床身上、下存在溫度差，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(zhǎng)大于下表面，呈上拱形狀。而到冬季，剛好相反。由于（t1－t2）的溫度差存在，下表面的收縮大于上表面，導(dǎo)軌呈下?lián)闲螤睢＿@一
現(xiàn)象給精密機(jī)床的精度穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，以其中一臺(tái)海科特機(jī)床的維修實(shí)踐說(shuō)明：在2012年我們的維修人員分別在氣溫變化達(dá)10℃以上的4、5月和10月、11月檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，機(jī)床導(dǎo)軌直線(xiàn)度變動(dòng)明顯，其中X軸在3m的移動(dòng)范圍內(nèi)水平變化最高可達(dá)0.06mm，而安裝時(shí)的調(diào)試水平精度要求僅為0.003mm。
 
      海科特機(jī)床廠家在關(guān)于機(jī)床最高加工精度的最好工作條件的聲明中提到：機(jī)床應(yīng)該安裝在空調(diào)車(chē)間和非常合格的地基上，地基在施工前需要檢查當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件，并需要由專(zhuān)業(yè)的工程公司施工。
 
     對(duì)照下面的這張我公司所在城市的年平均溫度變化圖與2015年的機(jī)床調(diào)整記錄表發(fā)現(xiàn)：其中一臺(tái)固資編號(hào)604699002的捷克WHQ13CNC（TOS）在溫度變化大的3月、4月、5月和10月精度發(fā)生的變化情況如圖2、表3所示。
 
 
      表3 2012年機(jī)床水平調(diào)整次數(shù)統(tǒng)計(jì)
  
     

      以上數(shù)據(jù)表明：機(jī)床環(huán)境溫度變化給機(jī)床的精度保持帶來(lái)很不利的影響
  
  
     
  
            圖2 2012年常州月平均溫度變化曲線(xiàn)
 
 
        3. 應(yīng)對(duì)措施
 
     （1）購(gòu)置必要的檢測(cè)工具：如00級(jí)的大理石直尺、方尺、精密電子水平儀（0.001）和球桿儀等。
     （2）縮短機(jī)床精度檢測(cè)周期，在加工零件精度要求高時(shí)提前檢測(cè)機(jī)床，發(fā)現(xiàn)精度走失時(shí)及時(shí)恢復(fù)。如2012年，維修人員共計(jì)對(duì)6臺(tái)大型加工中心進(jìn)行了50余次檢測(cè)。
     （3）立足自身維修力量，培養(yǎng)一支高技能的維修隊(duì)伍。
     （4）掌握電子水平儀、球桿儀等精密量?jī)x測(cè)量技術(shù)。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，熟練地利用球桿儀可在1h內(nèi)檢測(cè)出機(jī)床幾何精度是否降低。三四個(gè)人能在2天時(shí)間內(nèi)恢復(fù)一臺(tái)海科特機(jī)床安裝水平。
  
      對(duì)海科特機(jī)床做精度調(diào)整時(shí)需注意：海科特機(jī)床帶自身冷卻液空調(diào)，操作工應(yīng)經(jīng)常根據(jù)環(huán)境溫度變化設(shè)定冷卻水溫度，減小導(dǎo)軌上下溫差，從而保證機(jī)床的高精度加工。維修人員在調(diào)整機(jī)床幾何精度時(shí)，一定要事先打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)開(kāi)機(jī)預(yù)熱，保證調(diào)整好的精度和加工時(shí)一致。
 
      4. 加工程序的合理性
 
      以圖3所示零件為例說(shuō)明：此零件需要精鏜3組6個(gè)均布的φ 147H6的銷(xiāo)孔與φ 530r6mm軸承擋和φ 420mm外圓兩擋的公共軸線(xiàn)之間有較高的位置度要求，工藝要求為0.05mm。
  

      
  
                          圖3 行星架工序圖
 

       （1 ）原加工路徑（見(jiàn)圖4），刀具快速定位到三組銷(xiāo)孔擬合圓的圓心1，然后快速移動(dòng)到A孔，加工完A孔快速定位到B孔，加工完B孔后又快速移動(dòng)到C孔，此方案路線(xiàn)沒(méi)有考慮消除反向間隙對(duì)孔位置加工的影響。
       （ 2 ）φ 530mm 的外圓鏜刀重量約為 13kg ，刀具長(zhǎng)度約325mm，φ 147mm內(nèi)孔鏜刀重量約為 4kg ，刀具長(zhǎng)度約為220mm，鏜桿伸出主軸長(zhǎng)度為30mm。所以因刀具自重而產(chǎn)生的力矩不相等，會(huì)導(dǎo)致鏜桿下垂程度不等，從而影響三銷(xiāo)銷(xiāo)孔的位置度。
  

       
  
                圖4 改善前刀具移動(dòng)軌跡
   
       5. 改進(jìn)措施
    
       通過(guò)對(duì)加工路線(xiàn)、加工過(guò)程及試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，作出以下改進(jìn)。

      （1）程序優(yōu)化：最佳加工路線(xiàn)如圖5所示。
 

      機(jī)床精度及刀具系統(tǒng)：改變鏜桿伸出長(zhǎng)度，消除鏜桿因自重產(chǎn)生的下垂不一致的不良現(xiàn)象，φ 530mm外圓鏜刀鏜桿伸出長(zhǎng)度縮短30mm為0，φ 147mm鏜刀鏜桿伸出長(zhǎng)度加長(zhǎng)120mm至150mm，這樣兩把刀的重力所產(chǎn)生的力矩相同；另外使加工時(shí)兩把刀所用機(jī)床導(dǎo)軌部分縮小在100mm范圍內(nèi)，消除了部分機(jī)床精度原因所產(chǎn)生的加工誤差。
 
      （2）加工過(guò)程細(xì)節(jié)改進(jìn)：①仔細(xì)清潔主軸刀具定位面，消除因碎鐵屑等雜物造成的兩把刀具定位不同。②粗加工后松開(kāi)工件的加緊裝置，消除粗加工應(yīng)力和夾緊變形。③選擇鋒利的刀片，以免因刀片磨損嚴(yán)重導(dǎo)致孔、內(nèi)圓產(chǎn)生形狀誤差。④加工過(guò)程連續(xù)完成，減小溫差的影響。
 
      （3）優(yōu)化改善前后的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比：對(duì)同一工件利用兩種不同的加工工藝方法加工，并通過(guò)雷尼紹探頭在線(xiàn)測(cè)量得出檢測(cè)數(shù)據(jù)，如表4、表5所示。
 
 

               圖5 改善后刀具移動(dòng)軌跡

       表4 改善前工件銷(xiāo)孔中心位置監(jiān)測(cè)結(jié)果
  
      
  
           表5 改善后工件銷(xiāo)孔中心位置監(jiān)測(cè)結(jié)果
  
      
  
      上例說(shuō)明：零件加工精度不僅和機(jī)床本身制造與安裝精度相關(guān)，更與合理設(shè)計(jì)加工工藝路線(xiàn)關(guān)系密切。
 
      6. 結(jié)語(yǔ)
  
      大型精密加工中心類(lèi)機(jī)床在常溫條件下使用，受季節(jié)溫度變化影響，機(jī)床精度保持期較短。嚴(yán)格按地基圖正確施工，保證地基質(zhì)量滿(mǎn)足機(jī)床安裝要求，這是決定機(jī)床能否正常使用的前提。立足于自身，培養(yǎng)一支精干的維修隊(duì)伍，準(zhǔn)備必要的精密檢測(cè)器具，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，縮短對(duì)機(jī)床精度的檢測(cè)周期，定期恢復(fù)機(jī)床安裝精度，這些措施是生產(chǎn)能否正常開(kāi)展的保證。生產(chǎn)工藝人員優(yōu)化加工工藝路線(xiàn)，操作者精益求精，以保證進(jìn)口機(jī)床發(fā)揮最大的作用。