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基於球杆儀檢測 VDL1000 加工中心精度及修複的研究

2018-2-21 來源：三門峽職業技術學院作者：王鳳娟

摘要: 基於 QC20 － W 無線球杆儀的誤差檢測理論，對 VDL1000 加工中心工作台上的 3 個不同位置實施精度檢測與分析，通過（guò）數據采集與分析（xī）並尋（xún）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（yǐ）及對機械（xiè）零件加工精度的主要影（yǐng）響，並提出（chū）了相應的解決措（cuò）施，進行（háng）精度修（xiū）複。

關鍵詞: 加工中心; 無線球杆儀; 精度檢測; 誤（wù）差（chà）分析

0 引言

我院 VDL1000 加工中心（xīn）經過多年的使用後，機床精度嚴（yán）重失準，存（cún）在加工零件精度不合（hé）格，尺寸誤差比較大，嚴重（chóng）影響零件的生產和加工。

為恢複加工中心（xīn）的加工精度，提（tí）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（jiā）工精度檢測的方法比較多，可以使（shǐ）用傳統（tǒng）的步距規檢（jiǎn）測法、表測法和試切法（fǎ）等，但是都具有一定的局限性，而且檢測的（de）精準度相對較低，工作效（xiào）率也相對低。

隨著科技（jì）發展，球杆儀作為現代檢（jiǎn）測工具，越來越（yuè）被廣（guǎng）泛的使用。本（běn）文主要采用無線球杆儀對 VDL1000 加工中心的加（jiā）工精度進行實施檢測，通過采集無（wú）線球杆（gǎn）儀的伸縮杆長（zhǎng）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，並對該機床進行修複。

1 、VDL1000 加工中心的綜合誤差

VDL1000 加工中心的坐標係統是三坐標軸，物體沿某一坐標係（xì）進行運動時，其（qí）運（yùn）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（hé） 1 個（gè）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（hé）誤差量。

2 、製定球杆儀的測試方案與安裝

VDL1000 加工中心（xīn）是 Fanuc 係統，大連機床廠生產於2009 年（nián），已（yǐ）經在（zài）我校使用 7 年。目前該機（jī）床的加工（gōng）精度降低（dī），不能滿足加工要（yào）求（qiú），如孔的圓度不合格等問題。基於上述問（wèn）題，製定如下測試（shì）方案。

( 1) 對加工中心 3 個不同的坐標位置進行數據（jù）采集;

( 2) 先進行 G02 運行，在進行（háng） G03 運行;

( 3) 隻（zhī）對（duì）機床的 X、Y 平麵進（jìn）行檢測。

基於球杆儀的測試原理（lǐ），對（duì）該機床（chuáng）進行精度檢測，其安裝如圖（tú） 2 所示（shì）。球杆（gǎn）儀的一端與加工中心工作台（tái）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（yòng）雷尼紹 20 軟件的快速檢測模式

對加（jiā）工中心 X、Y 平麵進行圓周誤差測試。

測試參數如下:

( 1) 球杆儀的檢測長度為 100mm，起始角度為 00，終止角度為 3600，躍程為 1800，運行 1 為順時針（zhēn）方向（xiàng），運行 2 為逆時針方向;

( 2) 球杆儀運行時的（de）進給率為 F1000 mm /min;

( 3) 加工中心工作台的行程為 1020 × 560mm。

3 、球杆儀檢測加工中心的誤差與分析及精度修複

( 1) 球杆（gǎn）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（jiǎn）查機床 XY 平（píng）麵上 3 個點位置，其各檢（jiǎn）測點的坐（zuò）標位置分別為( 820mm，280mm) 、( 510mm，280mm) 、( 200mm，280mm) ;最後，檢（jiǎn）測綜合誤（wù）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（shù）測量數據，可（kě）以分析（xī）出影響加工中心精度的主要誤差（chà），如（rú）表（biǎo） 1 所示。其主要（yào）誤差項及所占（zhàn）總（zǒng）誤差的百分比，依次為 X 軸的周期誤差，Y 軸的反向躍衝，X 軸的橫向間隙，Y 軸的橫向間隙。

( 3) 加（jiā）工中心的精度修複

首先，對影響加工中心（xīn）精度的主要誤差項進行分析。其次，檢查 X 軸和（hé） 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（zài）間隙，Y 軸驅動（dòng）電機的扭矩（jǔ）不夠（gòu）。最後，更換

X 軸滾珠絲杠（gàng），同時不但調（diào）整（zhěng）了滾（gǔn）珠絲杠與位置反饋係統安裝的偏心，還對應式傳感（gǎn）器進行了調整，以消除X 軸（zhóu）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（qū）動電機，以消除 Y 軸的反向躍衝，使之某一方向運動後，再進行反方向移動時，避免（miǎn）出現短時的停頓及不平穩（wěn）的運動，從而（ér）解決（jué）了（le）圓弧插補時刀具路徑（jìng）時能夠圓滑過渡。

4 、再次檢測加工中心精度（dù）

經過上訴（sù）修複後，使用球（qiú）杆儀（yí）對加工中心進行檢查，其誤差項及數據如表 2 所示，其主（zhǔ）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（zhóu）的反向躍衝，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（de）反向躍衝所占的百（bǎi）分比稍大，但是已不影響加（jiā）工。

垂直度誤差數值下降較少也可以忽略不計，因為兩軸的夾角小於 900，說明該加（jiā）工中心並沒有產生過度（dù）磨損。