摘（zhāi）要（yào）：本文介紹了大型加工中心精度變化的原因，主要（yào）探討了機床基礎及環境溫度（dù）變化與加工程序對產品（pǐn）加（jiā）工（gōng）精度的影響，提出了應對溫度變化對機（jī）床產生不利影響的主要措施，從而在常溫環境下提高了大型精密機床的使用效率。
   
       進口大型數控（kòng）加工中心是國家花費巨資引進的設備，具（jù）有精度高（gāo）、性能可靠及加工範圍大（dà）等技術特（tè）點，擁有這類機床的多少往往是一個企業精密加工能力的象征。保證集機、電、液（yè）和氣於一體的進口大型數控加（jiā）工中心的正常使用，及時掌握機床的精度變化範圍，保持機床精度，使之能（néng）加工出合格的高精度產品是維修工作的（de）重點，也是提高（gāo）機床有效利用率的前提之（zhī）一。然而（ér）在實（shí）際使用過（guò）程中，常常會出現一些帶有技術性或管理性的問題，這些問題如果不能得（dé）到及時（shí）、正確（què）處理，將會影響到機床的正（zhèng）常使用，甚（shèn）至降低機床使用壽命，給企業帶來不可（kě）挽回的損失。2010年以來，我單位先（xiān）後引（yǐn）進2台德國進口海科特HEC1600臥式（shì）加工中心、 4 台捷克 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（wéi）0.008mm，TOS WHQ13 CNC定位精度為0.01mm，都屬本企（qǐ）業重點精密機床。

       然而第一批4台機床初期投入使用的一（yī）年多時間內，產品質量問題頻發，機床精度變化異常，保修期內國外廠家到現場維修周期長，給生（shēng）產（chǎn）帶來很大壓力。分析影（yǐng）響機（jī）床精度變（biàn）化的因素，並及時找到有效的解決方法，迫在眉睫。
 
       按照合同要求，前期安裝（zhuāng）的4台進口加工（gōng）中心在安裝驗收時都（dōu）經過了嚴格（gé）的幾何精度檢測、定位精度和重複定位精度（dù）檢測及NASA試件加（jiā）工檢測合格，為什麽在幾個月的時間內會出現精度下降的問題呢？研究分析認為：機床基礎沉（chén）降不均勻和（hé）環境溫度變化後機床床身變（biàn）形導致機（jī）床幾何精度下降的兩大因素，而除了機床本身精（jīng）度（dù）變動（dòng）之外，不合理
的（de）加工程序也（yě）可能帶來產品的質量不合格，下麵逐一分（fèn）析。
 
       1. 機（jī）床基礎製作
 
       因新建車間地（dì）塊原為農田，地質疏鬆（sōng），考（kǎo）慮（lǜ）到如按機床設計廠方提供的地基（jī）圖未打樁基，可能較薄弱。為此，我們專門聘請了江蘇方建工程質量鑒定檢測有限公（gōng）司對其中兩台機床的地基做了（le）沉降監測，監測設備（bèi）選擇（zé）、基準監（jiān）測點標注等具（jù）體做法如下。
 
      （1）沉降監測設備（見表1）。

                                                              表 1
  
     

       （2）基準點及沉降（jiàng）監測點的點位布置。按照有關規程規範技術要求，在建築物壓（yā）力影響範圍以外布設埋置基準（zhǔn）點（diǎn），並保證其穩定可靠和持（chí）久保存（cún）。根（gēn）據實際情（qíng）況（kuàng）在該工程周圍共埋設沉降監測基準點1個，編號為BM1，其中B M為（wéi）起始點。該試驗台基礎共布設沉降監測點9個，編號有東南角為1號點，按順時針編製9號點，具體點位置如圖1所示。
  
  

      
 
                       圖1 建築物沉降監測分布略圖
   
       TOS臥式加工中心機（jī）床床身為T形聯接，X軸床身與Z軸床身在7、8及3、4點用螺栓固定聯接。在圖中的布局為：X軸床身（shēn）沿1、9點放置，Z軸床（chuáng）身沿5、7、8點放（fàng）置（zhì），從維修人員檢測導軌直線度的數（shù）據看出，X導軌的直線度（dù）變化都為中間（jiān）凹。Z軸（zhóu）的直（zhí）線度變化都為圖中5點位置上翹，整體也為中（zhōng）間凹。
 
      江（jiāng）蘇方建工程質量鑒定檢測有限（xiàn）公司在2011年9月19～29日期間，每隔2天共5次對地（dì）基9點進行（háng）沉降量檢測（cè），9點的累計（jì）沉降量如表（biǎo）2所示。
 
                      表 2 （單位：mm）
  
     
  
      從表2數據中（zhōng）分析判斷：監（jiān）測點的沉降和機床床身實際變化（huà）曲線並無關聯。並且（qiě），在（zài）第二批機床的地基施工圖1中我們加厚了混凝土層，加粗（cū）加密了（le）混凝（níng）土內鋼筋。經過觀（guān）察發現：同型（xíng）號的兩台海科特（tè）加工中心在經過相同一段使用期後，幾何精度變動規律一致。經過這一係列的觀察，基本可排（pái）除地基沉（chén）降不均而引起機床導軌彎曲、精度下降的可能。

      這裏需要特別指出的是：精密機床地（dì）基必（bì）須嚴格按照機床生產廠提供的地基圖施工，在夏（xià）季施工養護期內（nèi）多（duō）澆水，冬季施工養護期注意防寒，基礎表麵嚴禁有二（èr）次找平（píng）層，防止表麵脫殼。在機床安裝前還應對基礎進行（háng）超過機床本身（shēn）重量的預壓測試。
 
      2. 環境溫度變化因素（sù）
 
      條件所限，目前我們的大型加工中心都安裝（zhuāng）在常溫環境（jìng）中使用。有研究表明：工作過程中機床床身（shēn）上、下存在溫度差，形成自上而下的溫度梯度，夏季導軌上表麵溫（wēn）度（dù）高，下表麵溫度（dù）低。
  
      溫度差（t1－t2）使上表麵伸長大於下表麵，呈上拱形狀。而到冬季，剛好相反。由（yóu）於（t1－t2）的溫度差存在，下表麵的收縮大於上表麵，導軌呈下撓形狀。這一
現象給（gěi）精密機床的精度穩定性帶來不利影響，以（yǐ）其中一台海科特機床的維修實踐說明：在2012年我們的維修人員分別在氣溫變化達10℃以上的4、5月和10月（yuè）、11月檢測發（fā）現，機（jī）床導軌直線度變（biàn）動明顯，其（qí）中X軸在3m的移動範圍內水（shuǐ）平變化最高可達0.06mm，而安裝時的（de）調試水平精度（dù）要求（qiú）僅為0.003mm。
 
      海科特機床廠家在關於機床最高加工精度的最好工作條件（jiàn）的聲明中提到（dào）：機床應該安裝在空調車間和非常合格的地基上，地基（jī）在施工前需要檢查當（dāng）地的土壤條（tiáo）件，並需要由專業的工程公司施工。
 
     對照下麵的（de）這張我公司（sī）所在城市的（de）年平均溫度變化圖與2015年（nián）的機床（chuáng）調整記錄（lù）表（biǎo）發現：其中一台固資編號（hào）604699002的捷克WHQ13CNC（TOS）在（zài）溫度變化大的3月、4月、5月和（hé）10月精度發生的變化情況如（rú）圖2、表（biǎo）3所示（shì）。
 
 
      表3 2012年機床水平調整次數統計（jì）
  
     

      以上數據表明：機床環境溫度變（biàn）化給機床的（de）精度保持帶來很不利的影響
  
  
     
  
            圖2 2012年（nián）常州月（yuè）平均溫度變（biàn）化曲線
 
 
        3. 應對措施
 
     （1）購置必要的檢測工（gōng）具：如00級的（de）大理石直尺、方尺、精密電子水（shuǐ）平儀（0.001）和球杆儀等。
     （2）縮短機（jī）床精度檢（jiǎn）測周期（qī），在加（jiā）工零件精度要求高時提前（qián）檢測機床，發（fā）現精度走失時及時恢複。如2012年（nián），維修人員共計對6台大型加工中（zhōng）心進行了（le）50餘次檢測。
     （3）立足自（zì）身維修力量，培養一支高技能的維修隊伍。
     （4）掌握電子水（shuǐ）平儀、球杆儀等精密量儀測量技術。經過培訓，熟練地利用球杆儀可在1h內檢測出機床（chuáng）幾何精度是否降低。三四個人能在2天（tiān）時間（jiān）內恢複一台海科特（tè）機床安裝水平。
  
      對（duì）海科特機床做精度（dù）調整時需注意：海科特機（jī）床帶自身冷卻液空調，操（cāo）作工應經常根據（jù）環境溫度變化設定冷卻水溫度，減小導軌上下溫（wēn）差（chà），從而保證機床的高精度加工。維修人（rén）員在調整機床（chuáng）幾何精度時，一定要事先打開冷卻水開關開機預熱，保證調整好的精度和加工時一致。
 
      4. 加工程序（xù）的合理性
 
      以圖3所示零件為例說明：此零（líng）件需要精鏜3組6個均布的（de）φ 147H6的銷孔與φ 530r6mm軸承擋和φ 420mm外圓兩擋的（de）公共軸線之間有較（jiào）高（gāo）的位置度要求，工藝要求為0.05mm。
  

      
  
                          圖3 行星（xīng）架工序圖
 

       （1 ）原加（jiā）工路（lù）徑（見（jiàn）圖4），刀具（jù）快速定位到三組銷孔擬（nǐ）合圓的圓心1，然後快速移（yí）動到A孔，加工完A孔快速定位到B孔，加（jiā）工（gōng）完B孔後又快速移動（dòng）到C孔，此方案路線沒有考慮消除反向（xiàng）間隙對孔位置加工的影響。
       （ 2 ）φ 530mm 的外圓鏜刀重量約為 13kg ，刀具長（zhǎng）度約325mm，φ 147mm內孔鏜刀重量約為 4kg ，刀具長度約為220mm，鏜杆伸出主軸長度為30mm。所以（yǐ）因刀具自重而產生的力矩（jǔ）不相等，會導致鏜杆下垂程度不等，從而影響三銷（xiāo）銷孔的位置度。
  

       
  
                圖4 改善前刀具移動軌跡（jì）
   
       5. 改進措施
    
       通過對加工路線、加工過程及（jí）試驗數據等進行分析，作（zuò）出以下改進。

      （1）程序優化：最佳加工路線如圖5所示。
 

      機床（chuáng）精度及刀具係統：改變鏜杆（gǎn）伸出長度，消除鏜杆因自重產生的下垂（chuí）不一致的不（bú）良現象（xiàng），φ 530mm外圓鏜刀鏜杆（gǎn）伸出長度縮短（duǎn）30mm為0，φ 147mm鏜刀鏜杆伸出長度加長120mm至150mm，這樣兩把刀的重力所（suǒ）產生的力矩相（xiàng）同；另外使加工時兩把刀（dāo）所用機床導軌部分縮小在100mm範圍內，消除了部分機床精度原（yuán）因所產生的加（jiā）工誤差。
 
      （2）加工過（guò）程細節改進（jìn）：①仔細清潔主軸刀具定位麵，消除因碎鐵屑（xiè）等雜（zá）物造（zào）成的兩把刀（dāo）具定位不同。②粗加（jiā）工後鬆開工件的加緊裝（zhuāng）置，消除粗加工應力和夾緊變形。③選擇鋒利的刀片，以免因刀片磨損嚴重導致孔、內圓產生形狀誤差。④加（jiā）工過（guò）程連續完成，減小溫差的影響。
 
      （3）優化改善前後的試驗（yàn）檢測數據對比：對同一工件利用兩種不同的加工工藝方法（fǎ）加工，並（bìng）通過雷尼紹探頭在線測量得出檢測數據，如表4、表5所示。
 
 

               圖5 改善（shàn）後刀具移動軌跡

       表4 改（gǎi）善前（qián）工件銷孔中心位置監測結（jié）果
  
      
  
           表5 改善後工件銷孔中（zhōng）心位置監測結果
  
      
  
      上（shàng）例說（shuō）明：零件加（jiā）工精度不僅（jǐn）和機床本身製造與安裝精度相（xiàng）關，更與合理設計（jì）加工工藝路線關係密（mì）切。
 
      6. 結語
  
      大型精密加工中心類（lèi）機床在常溫條件下使用，受季節溫（wēn）度變化（huà）影響，機床精度保持期較短。嚴（yán）格按地基圖正確施工，保證地基質量滿足機床安裝要求，這是決定機（jī）床能否正常使用的前提。立足於自身（shēn），培養一支精幹（gàn）的維修（xiū）隊（duì）伍，準備必要的精密檢測器具，加強監測，縮短對機床精度的檢測周期，定（dìng）期恢複機床安裝精度，這些措施是生產能否正常開展的保（bǎo）證。生產工藝人員優化加工工藝路線，操作者精益求精，以保（bǎo）證進口（kǒu）機床發揮最大的作用。