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基于球桿儀檢測 VDL1000 加工中心精度及修復(fù)的研究

2018-2-21 來源：三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院作者：王鳳娟

摘要: 基于 QC20 － W 無線球桿儀的誤差檢測理論，對 VDL1000 加工中心工作臺上的 3 個不同位置實施精度檢測與分析，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)。

關(guān)鍵詞: 加工中心; 無線球桿儀; 精度檢測; 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，作者對國內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行查閱和研究。目前，對機(jī)床加工精度檢測的方法比較多，可以使用傳統(tǒng)的步距規(guī)檢測法、表測法和試切法等，但是都具有一定的局限性，而且檢測的精準(zhǔn)度相對較低，工作效率也相對低。

隨著科技發(fā)展，球桿儀作為現(xiàn)代檢測工具，越來越被廣泛的使用。本文主要采用無線球桿儀對 VDL1000 加工中心的加工精度進(jìn)行實施檢測，通過采集無線球桿儀的伸縮桿長度數(shù)值變化，分析出該加工中的各項主要誤差，尋找出機(jī)床精度失準(zhǔn)的原因，并對該機(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)動時，其運(yùn)動會產(chǎn)生 6 個自由度，如圖 1 所示。X、Y、Z 軸的 3 個坐標(biāo)位置，每個軸具有1 個轉(zhuǎn)動誤差和 1 個直線度誤差。因此，三軸加工中心的 3 個坐標(biāo)軸方向上共有 18 項誤差分量，再加上 3個軸間的 3 個垂直度誤差，共計有 21 項幾何誤差量。

2 、制定球桿儀的測試方案與安裝

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，制定如下測試方案。

( 1) 對加工中心 3 個不同的坐標(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) 只對機(jī)床的 X、Y 平面進(jìn)行檢測。

基于球桿儀的測試原理，對該機(jī)床進(jìn)行精度檢測，其安裝如圖 2 所示。球桿儀的一端與加工中心工作臺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 軟件的快速檢測模式

對加工中心 X、Y 平面進(jìn)行圓周誤差測試。

測試參數(shù)如下:

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

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

( 3) 加工中心工作臺的行程為 1020 × 560mm。

3 、球桿儀檢測加工中心的誤差與分析及精度修復(fù)

( 1) 球桿儀檢測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;其次，檢查機(jī)床 XY 平面上 3 個點(diǎn)位置，其各檢測點(diǎn)的坐標(biāo)位置分別為( 820mm，280mm) 、( 510mm，280mm) 、( 200mm，280mm) ;最后，檢測綜合誤差結(jié)果如圖 3、圖

4、圖 5 所示。

( 2) 加工中心的綜合誤差分析

通過上述測量數(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。

( 3) 加工中心的精度修復(fù)

首先，對影響加工中心精度的主要誤差項進(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)動電機(jī)的扭矩不夠。最后，更換

X 軸滾珠絲杠，同時不但調(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)切削時加工的孔不圓; 更換 Y 軸驅(qū)動電機(jī)，以消除 Y 軸的反向躍沖，使之某一方向運(yùn)動后，再進(jìn)行反方向移動時，避免出現(xiàn)短時的停頓及不平穩(wěn)的運(yùn)動，從而解決了圓弧插補(bǔ)時刀具路徑時能夠圓滑過渡。

4 、再次檢測加工中心精度

經(jīng)過上訴修復(fù)后，使用球桿儀對加工中心進(jìn)行檢查，其誤差項及數(shù)據(jù)如表 2 所示，其主要誤差項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，因為兩軸的夾角小于 900，說明該加工中心并沒有產(chǎn)生過度磨損。

5 、結(jié)論

通過使用 QC2 0 -W 無線球桿儀快速地診斷VDL1000 加工中心的精度，依據(jù)測量數(shù)據(jù)，分析出影響機(jī)床精度的主要方面，并對其進(jìn)行更換部件和調(diào)整，實現(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)代測量手段作用，不但能夠?qū)崿F(xiàn)快速而且準(zhǔn)確地檢測出機(jī)床的加工精度，提高工作效率和生產(chǎn)效率，同時為廣大同行提供了可借鑒的操作方案。

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