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基于球桿儀檢測 VDL1000 加工中心精度及修復的研究

2018-2-21 來源：三門峽職業技術學院作者：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，通過數據采集與分析并尋找出了影響該機床精度的主要因素，分析了這些誤差產生的原因以及對機械零件加工精度的主要影響，并提出了相應的解決措施，進行精度修復。

關鍵詞: 加工中心; 無線球桿儀; 精度檢測; 誤差分析

0 引言

我院 VDL1000 加工中心經過多年的使用后，機床精度嚴重失準，存在加工零件精度不合格，尺寸誤差比較大，嚴重影響零件的生產和加工。

為恢復加工中心的加工精度，提高零件加工質量，作者對國內外相關資料進行查閱和研究。目前，對機床加工精度檢測的方法比較多，可以使用傳統的步距規檢測法、表測法和試切法等，但是都具有一定的局限性，而且檢測的精準度相對較低，工作效率也相對低。

隨著科技發展，球桿儀作為現代檢測工具，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行實施檢測，通過采集無線球桿儀的伸縮桿長度數值變化，分析出該加工中的各項主要誤差，尋找出機床精度失準的原因，并對該機床進行修復。

1 、VDL1000 加工中心的綜合誤差

VDL1000 加工中心的坐標系統是三坐標軸，物體沿某一坐標系進行運動時，其運動會產生 6 個自由度，如圖 1 所示。X、Y、Z 軸的 3 個坐標位置，每個軸具有1 個轉動誤差和 1 個直線度誤差。因此，三軸加工中心的 3 個坐標軸方向上共有 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，大連機床廠生產于2009 年，已經在我校使用 7 年。目前該機床的加工精度降低，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 個不同的坐標位置進行數據采集;

( 2) 先進行 G02 運行，在進行 G03 運行;

( 3) 只對機床的 X、Y 平面進行檢測。

基于球桿儀的測試原理，對該機床進行精度檢測，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 平面進行圓周誤差測試。

測試參數如下:

( 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，運行 1 為順時針方向，運行 2 為逆時針方向;

( 2) 球桿儀運行時的進給率為 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

( 1) 球桿儀檢測加工中心的綜合誤差

首先，預熱加工中心，空運轉 1 小時;其次，檢查機床 XY 平面上 3 個點位置，其各檢測點的坐標位置分別為( 820mm，280mm) 、( 510mm，280mm) 、( 200mm，280mm) ;最后，檢測綜合誤差結果如圖 3、圖

4、圖 5 所示。

( 2) 加工中心的綜合誤差分析

通過上述測量數據，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

首先，對影響加工中心精度的主要誤差項進行分析。其次，檢查 X 軸和 Y 軸的滾珠絲杠和機床導軌，發現 X 軸滾珠絲杠的螺紋有嚴重磨損，Y 軸的機床導軌中存在間隙，Y 軸驅動電機的扭矩不夠。最后，更換

X 軸滾珠絲杠，同時不但調整了滾珠絲杠與位置反饋系統安裝的偏心，還對應式傳感器進行了調整，以消除X 軸的周期誤差; 調整了 Y 軸機床導軌的間隙，以消除X、Y 軸的橫向間隙，防止插補切削時加工的孔不圓; 更換 Y 軸驅動電機，以消除 Y 軸的反向躍沖，使之某一方向運動后，再進行反方向移動時，避免出現短時的停頓及不平穩的運動，從而解決了圓弧插補時刀具路徑時能夠圓滑過渡。

4 、再次檢測加工中心精度

經過上訴修復后，使用球桿儀對加工中心進行檢查，其誤差項及數據如表 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

值都有所下降，同時提高了該機床的加工精度。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生過度磨損。