ＭＡＧ加工中心幾何精度檢測與調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)
2021-5-13 來源： 上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司 作者：孔海龍
摘要：加工中心的精度是保證零部件加工精度的首要條件：根據(jù)加工中心幾何精度檢測原理，通過測量數(shù)據(jù)整理分析，及幾何精度調(diào)整的主要步驟，完成機床各軸的精準(zhǔn)定位，以確保機床加工精度滿足實際加工需求。
關(guān)鍵詞：加工中心；幾何精度；關(guān)鍵技術(shù)
０引言
近幾年很多企業(yè)購買國外高端加工中心設(shè)備用于產(chǎn)品的加工，對提高產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要作用。加工高精度產(chǎn)品時，必須靠加工中心自身的精度來保證產(chǎn)品的加工精度。因此，加工中心本身的精度要遠高于加工產(chǎn)品的精度，通常高出一個量級。
加工中心的精度包括幾何精度、重復(fù)定位精度、定位精度等。隨著加工中心設(shè)備長時間的運行，必然導(dǎo)致加工中心設(shè)備精度不斷下降，從而無法保證加工產(chǎn)品的精度要求。因此，設(shè)備維修人員應(yīng)掌握加工中心幾何精度的調(diào)整方法，滿足加工中心對 精度的需求。
１、ＭＡＧ加工中心機械坐標(biāo)系統(tǒng)
要掌握加工中心幾何精度的調(diào)整方法，首先需要理解ＭＡＧ加工中心機械坐標(biāo)系統(tǒng)。精密加工中心通常有５個軸，其中Ｚ軸的正方向，定義為固定機床床身的底部并平行于主軸、遠離主軸端的方向。如圖１所示，確定Ｚ軸位置后，根據(jù)笛卡爾右手坐標(biāo) 系，中指方向為ｚ軸，食指方向為ｚ軸，大拇指方向為ｙ軸，繞ｙ軸旋轉(zhuǎn)的方向為ｓ軸，與ｚ軸平行且垂直ｘ－ｙ平面的為主軸。
圖１ ＸＳ３２１加工中心
２、機械零點的建立
以ＭＡＧ ３２１加工中心零點為實例，建立機床機械零點，見圖２。其中X表示X軸可移動的范圍，Xh表示B軸半徑的距離，X。表示ｘ軸零點起始位置，ｙ表示ｙ軸可移動的范圍，ｙ。表示ｙ軸零點起始位置，ｙ1表示主軸在Y0位置的中心點與床 身底部的距離，N表示主軸的中心與ｂ軸臺面的距離，Z表示Z軸可移動的范圍，Z0表示Z軸零點起始位置，Z1表示主軸前端面與ｂ軸中心的距離。h1表示B軸臺面與床身底部的距離。
圖2 機床繼續(xù)零點示意
３、幾何精度檢測常用工具
（１）２個高精度水平儀。
（２）千分表（精要求１uｍ）。
（３）方形和三角形大理石（精度要高）。
（４）標(biāo)準(zhǔn)檢棒（長度和直徑根據(jù)機床而定）。
（５）固定支架。
４、幾何精度檢測主要步驟及調(diào)整方法
４．１機床水平調(diào)整
首先使用用高精度水平儀對機床２個方向進行水平調(diào)整,這是幾何精度調(diào)整的基本條件，否則以下步驟的調(diào)整就無意義。
４．２機床幾何精度調(diào)整步驟
（１）調(diào)整機床Ｘ與Y方向的水平。
（２）Z軸與X軸的垂直度。
（３）Y軸與Ｚ軸的垂直度。
（４）Y軸與X軸的垂直度。
（５）ｙ軸與主軸的垂直度。
（６）主軸與Ｘ軸的垂直度。
（７）Z軸與主軸的平行度。
（８）B軸平面度。
（９）B軸蓋板跳動。
４．３ Ｚ軸與．Ｙ軸垂直度調(diào)整方法（圖３）
（１）將大理石水平固定在B軸的支架上。
（２）將千分表固定在主軸上，移動Ｘ／Ｚ軸．利用千分表將大理石調(diào)至水平：
（３）移動Ｚ軸，調(diào)整大理石Ｚ方向 M1、M2點的千分表讀數(shù)為零，即大理石與機床的Ｚ方向平行。
圖3 Z軸與X軸垂直度檢測
（４）將千分表接觸大理石的M3點并至零位，移動X軸至M4，讀取千分表數(shù)值，與標(biāo)準(zhǔn)范圍值（＜１０um）進行比較。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，校正機床Ｘ方向位置。
４．４ ｙ軸與ｚ軸垂直度調(diào)整方法（圖４）
圖4 Y軸與Z軸垂直度檢測
（１）將千分表固定在主軸上，移動Ｚ軸，用千分表將大理石側(cè)面調(diào)置水平并與Ｚ軸平行。
（２）移動Ｚ軸，調(diào)整大理石下側(cè)方向M1、M2點的千分表為零，即大理石與機床的Z方向平行。
（３）將千分表接觸大理石Ｍ３點并將千分表歸零，移動Y軸至M４點。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜丨０ Uｍ），調(diào)整主軸固定在ｙ方向上側(cè)滑塊塾片厚度。
４．５ ｙ軸與ｘ軸垂直度調(diào)整方法（圖５）
圖５ ｙ軸與軸垂直度檢測
（１）將大理石豎直放在B軸調(diào)整塊上。
（２）將千分表固定在主軸上，移動；ｒ軸，用千分表將大理石下側(cè)面Ｍ３、Ｍ４的千分表為零，即大理石與ｘ軸平行。
（３）將千分表接觸大理石M1點并將千分表歸零，移動Y軸至M2點。若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜１０ Uｍ），調(diào)整ｙ軸支架方向下側(cè)滑塊墊片的厚度。
４．６ ｙ軸與主軸垂直度調(diào)整方法（圖６）
圖6 Y軸與主軸垂直度檢測
（１）將大理石豎直放在Ｂ軸調(diào)整塊上。
（２）將千分表固定在主軸上，移動Ｚ軸，用千分表將大理石下側(cè)面調(diào)置水平與Ｚ軸平行。
（３）同上操作，移動Ｆ軸，調(diào)整大理石垂直方向與機床的Ｆ方向平行。
（４）用千分表測量大理石的下側(cè)／！點并將千分表歸零，轉(zhuǎn)動主軸１８０。方向，讀取千分表Ｂ點數(shù)值，若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜１０um），調(diào)整主軸固定在ｙ方向上下側(cè)滑塊墊片厚度。
４．７主軸與Ｘ軸垂直度調(diào)整方法（圖７）
（１）將支架固定在Ｂ軸上，并將大理石水平放在支架上。
（２）將千分表固定在主軸上，移動X／Ｚ軸，用千分表將大理石調(diào)置水平。
圖7 主軸與X軸垂直度檢測
（３）移動；Ｔ軸，調(diào)整大理石的Ａ：方向與機床的Ｘ方向平行。
（４）將固定千分表的圓形支架固定在主軸上。
（５）用千分表測量大理石的左側(cè)Ｍ1點并將千分表歸零，旋轉(zhuǎn)主軸１８０°，讀取千分表似M2點數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜１０uｍ），調(diào)整主軸固定在Y方向滑塊墊片厚度。
４．８Ｚ軸與主軸平行度調(diào)整方法（圖８）
圖8 Z軸與主軸的平行度檢測
（１）測量主軸檢棒A點：沿Ｚ方向距離主軸３０ｍｍ處。
（２）測量主軸檢棒B點：沿Ｚ方向距離主軸１８０ｍｍ處。
（３）測量檢棒水平位置與豎直位置最高點，分別將測量A點千分表歸零，移動Ｚ軸至測量B點，分別讀取千分表數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜uｍ）），調(diào)整主軸滑塊墊片厚度。
４．９ Ｂ軸平面度調(diào)整方法（圖９）
圖9 B軸平面度檢測
將千分表支架固定一在主軸上，將測量點１處的千分表歸零，移動Z、X軸至測量點２、３、４處，讀取千分表數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜２０Uｍ），調(diào)整Ｚ軸滑塊墊片厚度４．１０ Ｂ軸蓋板跳動的調(diào)整方法（圖１０）
圖10 B軸蓋板跳動檢測
將千分表支架固定在主軸上，將測量點A處的千分表歸零，手動轉(zhuǎn)動B軸，分別測量點B、C、D處，讀取千分表數(shù)值。若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜１０Uｍ），調(diào)整Ｂ軸蓋固定位置。
５、幾何精度檢測方法的應(yīng)用
某臺已運行１０年的ＭＡＧ ＸＳ３２１加工中心加工工件缸孔，再經(jīng)過珩磨機加工后，測量缸孔圓度、圓柱度超差。檢查機床的夾具、主軸、絲杠、導(dǎo)軌未發(fā)現(xiàn)問題，將Ｓ軸夾具拆下檢查可能會影響加工精度的項目，檢測數(shù)據(jù)見表１。
表１ ＭＡＧ ＸＳ３２１加工中心幾何精度檢測值 um
結(jié)論：主軸與軸的垂直度及ｙ軸與ｘ軸垂直度已超標(biāo)準(zhǔn)范圍，但考慮到該設(shè)備已運行１０年，符合質(zhì)量要求。B軸平面度２點已嚴重超出范圍，根據(jù)機床結(jié)構(gòu)原理分析，判斷是機床右側(cè)Ｚ軸滑塊或滑軌磨損導(dǎo)致超差，更換機床右側(cè)Ｚ軸滑塊后， 加工工件測量合格。
６、結(jié)束語
結(jié)合ＭＡＧ加工中心生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，研究幾何精度檢測的關(guān)鍵技術(shù)，利用幾何精度檢測方法和幾何精度的調(diào)整方法，對機床出現(xiàn)的精度誤差進行糾正。不同公司生產(chǎn)的型號各異的機床，其精度測量項目和方法會有差別，但測量方法大同小異， 建議擁有加工中心的企業(yè)，可提前建立設(shè)備精度檔案，為日后設(shè)備維修提供有效參考。
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