機(jī)床基礎(chǔ)對(duì)機(jī)床精度的影響

楊忠丹

（資陽南車傳動(dòng)有限公司，四川資陽 641303）

機(jī)床基礎(chǔ)對(duì)機(jī)床精度的影響

楊忠丹

（資陽南車傳動(dòng)有限公司，四川資陽 641303）

通過機(jī)床基礎(chǔ)對(duì)機(jī)床精度影響原因分析，提出大型機(jī)床在安裝中應(yīng)該注意的問題，避免造成重大損失，確保機(jī)床能夠正常運(yùn)行和投資得到良好的回報(bào)。

基礎(chǔ) 承重 變形量 精度

我公司是長(zhǎng)期從事各種機(jī)車重要部件傳動(dòng)箱的生產(chǎn)制造。多年來，因傳動(dòng)箱孔系位置誤差和同軸度誤差等加工精度質(zhì)量問題，造成生產(chǎn)制造出的傳動(dòng)箱在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)異音，影響傳動(dòng)箱的正常交出。為了提高傳動(dòng)箱孔系的加工精度，2005年我公司投巨資從國外引進(jìn)一臺(tái)落地式HCW －180NC精密數(shù)控鏜床，經(jīng)過歷時(shí)7個(gè)月安裝調(diào)試，在前期對(duì)機(jī)床幾何精度和機(jī)床定位重復(fù)精度檢查均達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議要求情況下，對(duì)機(jī)床加工精度進(jìn)行核查并試加工期間，出現(xiàn)了不重合誤差的現(xiàn)象，即對(duì)傳動(dòng)箱孔系試加工期間，出現(xiàn)未鏜完的孔系，再進(jìn)行鏜孔加工時(shí)，偏離原孔中心的現(xiàn)象，其誤差值在0.1～0.15 mm范圍內(nèi)波動(dòng)，隨著時(shí)間推移，其誤差值繼續(xù)增大，由于不重合誤差的原因，造成了不能滿足傳動(dòng)箱孔系的加工精度要求。本文對(duì)加工精度不重合現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出防范措施，告誡其他企業(yè)在安裝大型機(jī)床時(shí)避免出現(xiàn)同樣錯(cuò)誤而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

1 落地式HCW-180NC精密數(shù)控鏜床安裝過程和不重合誤差的出現(xiàn)

在簽訂購置落地式HCW －180NC精密數(shù)控鏜床合同后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，我公司按照生產(chǎn)廠家提供的機(jī)床基礎(chǔ)圖和所需的承重，制作了機(jī)床基礎(chǔ)并用80 t鋼材對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)作了承重試驗(yàn)；在承重試驗(yàn)過程中并未發(fā)現(xiàn)整個(gè)機(jī)床基礎(chǔ)有裂紋、斷裂、下沉的缺陷。

2005年初開始對(duì)引進(jìn)的落地式HCW －180NC精密數(shù)控鏜床進(jìn)行安裝調(diào)試，安裝前在機(jī)床床身和工作臺(tái)床身的縱向和橫向位置附近分別安裝了與基礎(chǔ)連成一體的檢測(cè)基礎(chǔ)變形用的檢測(cè)棒并將檢測(cè)棒調(diào)平。檢測(cè)棒安裝具體位置和檢測(cè)棒結(jié)構(gòu)形式見圖1和圖2。

在安裝機(jī)床立柱、工作臺(tái)等部件前，將水平儀放置在不同位置的檢測(cè)棒上，用16 t重的機(jī)床配重在檢測(cè)棒附近做承重試驗(yàn)，觀看水平儀是否變化并檢查基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)有變形的現(xiàn)象。接著對(duì)機(jī)床進(jìn)行安裝調(diào)試并對(duì)機(jī)床幾何精度和定位精度、重復(fù)定位精度逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果均達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議要求。期間時(shí)間歷時(shí)5個(gè)月，在六七月份對(duì)傳動(dòng)箱孔系進(jìn)行試加工，開始試加工階段，機(jī)床運(yùn)行和加工均正常；到7月中旬期間，在進(jìn)行傳動(dòng)箱精加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)孔系重復(fù)精加工出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，而此時(shí)孔系在所有的機(jī)床位置參數(shù)均沒有改變，用百分表檢查加工的孔系，其偏移原孔的中心0.1～0.15 mm，其誤差值大于技術(shù)要求所規(guī)定定位精度和重復(fù)定位精度10倍之多，技術(shù)要求規(guī)定定位精度：P≤0.010 mm/1 000 mm，0.025 mm/5 000 mm；重復(fù)定位精度：PS≤0.008 mm。出現(xiàn)如此大偏差是不能滿足傳動(dòng)箱孔系加工精度要求的。為什么在安裝過程中，對(duì)機(jī)床幾何精度、定位精度、重復(fù)定位精度檢查結(jié)果都達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議要求的情況下，在短短幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)這樣的誤差？雙方技術(shù)人員十分迷惑。

2 不重合誤差查找過程和分析

針對(duì)不重合誤差問題的出現(xiàn)，我們從以下幾個(gè)方面逐步進(jìn)行了詳細(xì)檢查，查找造成不重合誤差原因：

①對(duì)編制的傳動(dòng)箱加工程序逐條進(jìn)行檢查，特別是對(duì)具有位置要求數(shù)據(jù)的查對(duì)，結(jié)果是整個(gè)加工程序編制沒有任何錯(cuò)誤；

②檢查數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)是否發(fā)生了變化，沒有發(fā)現(xiàn)其技術(shù)參數(shù)在運(yùn)行過程中發(fā)生改變，數(shù)控系統(tǒng)也未出現(xiàn)任何報(bào)警信號(hào)，因此判定數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行正常；

③試加工傳動(dòng)箱孔系是在夏季，而安裝的初期是年初，其溫差是否會(huì)對(duì)機(jī)床精度和對(duì)加工傳動(dòng)箱孔系加工精度造成影響，查閱相關(guān)資料，證實(shí)機(jī)床安裝對(duì)溫度的要求是機(jī)床安裝所在地室內(nèi)溫度范圍在：+10～35℃均為合格，實(shí)際測(cè)量機(jī)床所安裝的車間溫度在18～32℃范圍內(nèi)，滿足機(jī)床安裝規(guī)定的溫度條件，排除了因溫度影響機(jī)床精度。

④檢查機(jī)床立柱（含主軸箱）X軸方向往復(fù)移動(dòng)、工作臺(tái)V軸方向往復(fù)移動(dòng)幾何精度的變化情況，具體方法如下。

（1）檢查機(jī)床在X軸方向往復(fù)移動(dòng)幾何精度變化情況（圖3、圖4，其測(cè)量數(shù)據(jù)見表1）

將立柱移動(dòng)到X軸正方向的極限位置，將電子水平儀（精度：0.001 mm/1 000 mm）分別放置在主軸方滑枕X軸方向、Z軸方向上，圖3和圖4。

將水平儀調(diào)整為零；記錄此時(shí)的溫度和時(shí)間，立柱往X軸負(fù)方向移動(dòng)，每移動(dòng)1 m，記錄一次數(shù)據(jù)，移動(dòng)全長(zhǎng)5 m，將記錄的數(shù)據(jù)填入表格中，為了避免溫度變化梯度引起誤差，將檢測(cè)時(shí)間按照技術(shù)協(xié)議所規(guī)定的，即在測(cè)量過程中以及12 h內(nèi)最大允許的溫度變化梯度不超過6℃情況下進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見表1。

將立柱移動(dòng)到X軸負(fù)方向的極限位置，按照上述方式進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)量值與表1中數(shù)字基本上一致，但水平儀顯示方向正好相反；查閱機(jī)床安裝調(diào)試時(shí)，對(duì)此項(xiàng)幾何精度的檢測(cè)記錄，通過測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)照，可以看出此項(xiàng)機(jī)床幾何精度變化較大。

（2）按照同樣方法檢查工作臺(tái)在V軸方向往復(fù)移動(dòng)幾何精度變化情況（圖5，測(cè)量數(shù)據(jù)見表2）

將工作臺(tái)移動(dòng)到V軸正方向的極限位置，將電子水平儀（精度：0.001 mm/1 000 mm）分別放置在工作臺(tái)X軸方向、V軸方向上，見圖5。移動(dòng)工作，每移動(dòng)1 m，記錄一次數(shù)據(jù)，移動(dòng)全長(zhǎng)3 m，將記錄的數(shù)據(jù)填入表格中，其測(cè)量結(jié)果見表2。

通過對(duì)機(jī)床和工作臺(tái)兩項(xiàng)關(guān)系到加工精度的幾何精度的測(cè)量并與原測(cè)量值比較和分析，可以知道機(jī)床和工作臺(tái)的幾何精度發(fā)生了很大變化，其變化值是原測(cè)量值的幾十倍，而機(jī)床幾何精度變化結(jié)果是直接導(dǎo)致加工孔系出現(xiàn)不重合誤差問題主要原因。又是什么原因造成了機(jī)床幾何精度在短短的幾個(gè)月內(nèi)發(fā)生如此大的變化呢？

表1

表2

經(jīng)過認(rèn)真分析和判斷，初步認(rèn)為可能是機(jī)床的基礎(chǔ)發(fā)生了變化導(dǎo)致安裝調(diào)試好的機(jī)床幾何精度發(fā)生變化。因此查找重點(diǎn)就是對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)并判定其是否合格。

（3）對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)

針對(duì)機(jī)床X軸方向、工作臺(tái)V軸方向幾何精度變化，將水平儀放置在機(jī)床X軸方向、工作臺(tái)V軸方向的檢測(cè)棒上，將水平儀調(diào)整為零，分別將機(jī)床立柱和工作臺(tái)從一個(gè)極限位置移動(dòng)到另一個(gè)極限位置，查看水平儀測(cè)量值。檢測(cè)棒具體位置見圖1，經(jīng)過反復(fù)檢測(cè)，機(jī)床X軸方向檢測(cè)棒上水平儀數(shù)字顯示為：0.08～0.10 mm/m；工作臺(tái)V軸方向檢測(cè)棒上水平儀數(shù)字顯示為：0.06 ～0.08 mm/m；并在其范圍波動(dòng)，并且當(dāng)對(duì)機(jī)床立柱和工作臺(tái)起始移動(dòng)位置相反進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，水平儀數(shù)字顯示方向相反。

3 原因判斷和結(jié)論

根據(jù)以上檢查結(jié)果，可以判斷不重合誤差產(chǎn)生的原因是由于機(jī)床基礎(chǔ)變形量超過了機(jī)床安裝要求基礎(chǔ)變形量0.02 mm/m幾倍，甚至幾十倍。由于機(jī)床基礎(chǔ)屬于浮動(dòng)基礎(chǔ)，隨著立柱、主軸箱、配重等重量在床身上移動(dòng)時(shí)，機(jī)床基礎(chǔ)的傾斜變形嚴(yán)重超過其要求，無法保證機(jī)床幾何精度穩(wěn)定性，造成了傳動(dòng)箱孔系加工精度達(dá)不到技術(shù)要求。因此結(jié)論是該機(jī)床基礎(chǔ)給予報(bào)廢。

4 浮動(dòng)基礎(chǔ)產(chǎn)生原因與機(jī)床基礎(chǔ)制作應(yīng)遵循原則

經(jīng)過查閱原機(jī)床基礎(chǔ)資料和相關(guān)技術(shù)人員分析產(chǎn)生浮動(dòng)機(jī)床基礎(chǔ)主要原因有：

（1）機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式不了解，只考慮機(jī)床基礎(chǔ)承重，對(duì)帶有移動(dòng)重負(fù)荷時(shí)，機(jī)床基礎(chǔ)的傾斜變形要求重視不夠；

（2）對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)原地質(zhì)情況不了解，機(jī)床安裝所在地原來是一個(gè)養(yǎng)魚塘，通過回填新建的廠房，因此地質(zhì)狀況十分復(fù)雜；

（3）機(jī)床基礎(chǔ)盡管進(jìn)行整體澆鑄，所用的鋼筋和混泥土符合標(biāo)準(zhǔn)，但是整個(gè)機(jī)床基礎(chǔ)仍然處于松軟土質(zhì)上，沒有對(duì)基礎(chǔ)采用打樁澆鑄支撐機(jī)床基礎(chǔ)，增加機(jī)床基礎(chǔ)剛性和強(qiáng)度；

（4）機(jī)床安裝前，對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)檢測(cè)沒有按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，特別是對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)的傾斜變形量重要參數(shù)檢測(cè)不夠；

（5）機(jī)床基礎(chǔ)在澆鑄完成后，承重試驗(yàn)的周期太短，如果是浮動(dòng)基礎(chǔ)，一般需要在承重幾個(gè)月后才出現(xiàn)傾斜、變形等現(xiàn)象；未能在機(jī)床安裝前及時(shí)判定出該機(jī)床基礎(chǔ)是浮動(dòng)基礎(chǔ)。

由于原機(jī)床基礎(chǔ)不能達(dá)到機(jī)床安裝調(diào)試的技術(shù)要求，因此只有重新制作新的機(jī)床基礎(chǔ)并對(duì)機(jī)床進(jìn)行拆卸、搬遷、再安裝調(diào)試，給公司造成了200萬元左右的經(jīng)濟(jì)損失，教訓(xùn)是十分深刻，損失是慘重的。

查閱相關(guān)資料，機(jī)床基礎(chǔ)的制作應(yīng)根據(jù)：當(dāng)帶有移動(dòng)負(fù)荷時(shí)機(jī)床的基礎(chǔ)制作應(yīng)將機(jī)床部分的基礎(chǔ)和附屬部件的基礎(chǔ)連成一個(gè)整體；由于機(jī)床基礎(chǔ)變形直接影響機(jī)床的幾何精度和加工精度，因此作為機(jī)床安裝的基礎(chǔ)必須經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)和澆鑄，并且在機(jī)床安裝前后都要進(jìn)行仔細(xì)檢查。同時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

（1）土質(zhì)的檢驗(yàn)、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工必須由具有重型機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)完成；

（2）基礎(chǔ)的施工尺寸必須根據(jù)機(jī)床安裝位置的土質(zhì)檢驗(yàn)情況來確定，必須按照機(jī)床生產(chǎn)廠家對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮；

（3）機(jī)床基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)了解機(jī)床基本運(yùn)行方式，若帶有移動(dòng)重負(fù)荷時(shí)機(jī)床的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮基礎(chǔ)承重，特別是機(jī)床基礎(chǔ)的傾斜變形要求；

（4）機(jī)床基礎(chǔ)的尺寸必須根據(jù)機(jī)床移動(dòng)所引起的實(shí)際變形角度來計(jì)算，立柱、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、主軸箱、工件等重量較大部件移動(dòng)時(shí)，其實(shí)際變形角度不能超過以下值：

Φ =0.02 mm/m=0.000 2 rad（5）機(jī)床基礎(chǔ)承重部分支撐梁、支撐柱必須用鋼筋混泥土澆鑄而成，基礎(chǔ)周邊、底部采用混泥土澆鑄即可；

（6）機(jī)床基礎(chǔ)完成后必須進(jìn)行檢驗(yàn)，核實(shí)是否符合機(jī)床基礎(chǔ)圖和相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)大型、精密機(jī)床必須對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)作靜載荷、移動(dòng)動(dòng)載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)床基礎(chǔ)的承重、抗變形能力；

大型、精密機(jī)床基礎(chǔ)應(yīng)按照上述原則、國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)廠家提供的基礎(chǔ)圖和技術(shù)要求制作，是能夠防止因機(jī)床基礎(chǔ)因素影響機(jī)床的幾何精度和加工精度，避免重大投資造成損失并得到良好的回報(bào)。

5 結(jié)語

通過本文對(duì)大型精密機(jī)床的基礎(chǔ)對(duì)機(jī)床幾何精度和加工精度產(chǎn)生的問題和原因分析，告誡其他企業(yè)在投資大型精密機(jī)床中，不僅要注重機(jī)床本身的所能達(dá)到的加工精度和機(jī)床的先進(jìn)性，同時(shí)也要高度重視安裝機(jī)床的基礎(chǔ)的可靠性和穩(wěn)定性；避免產(chǎn)生同樣的問題，使重大投資得到預(yù)期的回報(bào)。

［1］《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組編.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) （上、下冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1978.

［2］《機(jī)修手冊(cè)》第3版編委會(huì).金屬切削機(jī)床修理第3卷（上、下冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

作者：楊忠丹，男，1962年生，工程師，主要從事設(shè)備技術(shù)工作，發(fā)表論文1篇。

（編輯 孫德茂）

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2009－12－18）

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