大型數(shù)控機床的驗收

郭寶財

(北京科技大學，北京 100083)

數(shù)控機床的驗收是在普通機床驗收基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，但又區(qū)別于普通機床的驗收。各使用行業(yè)沒有形成統(tǒng)一的驗收模式，取決于各個設(shè)備使用行業(yè)內(nèi)部延續(xù)的管理制度。所以驗收有必要形成一套有效的管理制度和驗收流程，同時對驗收人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)有較高的要求。對于大型數(shù)控機床的驗收，尤其對一些大型數(shù)控龍門銑床、大型數(shù)控鏜床、五軸聯(lián)動機床和與之配套的電主軸等設(shè)備的驗收就比較復雜。它涉及到機、電、液、氣等機床硬件及數(shù)控系統(tǒng)軟件多方面內(nèi)容。其復雜程度也遠遠大于傳統(tǒng)小型機床，故對于大型數(shù)控機床的驗收要格外謹慎。所以形成完整的驗收設(shè)備管理制度和流程是十分必要的，從而提高設(shè)備使用單位的生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備選型與技術(shù)協(xié)議

1.1 設(shè)備選型是保障驗收質(zhì)量的前提

數(shù)控機床在機械加工領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。其價格昂貴，對使用者要求也較高，在各個企業(yè)里一般都被列為重要設(shè)備。對這類數(shù)控機床特別是大型數(shù)控機床的前期選型至關(guān)重要，關(guān)系到設(shè)備后期使用的可靠性、穩(wěn)定性及技術(shù)支持等諸多因素。

數(shù)控機床的選型一般與購置成本、加工成品件尺寸、加工精度、售后服務(wù)及技術(shù)支持等因素有較大關(guān)系。購置成本確定下來后，依據(jù)其他因素進行調(diào)研和論證。如果選擇國外數(shù)控機床，盡量選擇一些國際知名品牌(如瑞士、德國、法國、西班牙等)公司的產(chǎn)品。他們生產(chǎn)的數(shù)控機床代表著目前世界上最先進的技術(shù)，從設(shè)備的外觀、靜態(tài)精度、加工精度、位置精度、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)保等指標，遠遠高于國內(nèi)同類產(chǎn)品。選擇國內(nèi)數(shù)控設(shè)備尤其大型數(shù)控機床，就要對國內(nèi)機床制造行業(yè)進行深入的了解。根據(jù)中國機械網(wǎng)發(fā)布的機床行業(yè)“新十八羅漢企業(yè)”，它們代表了國內(nèi)機床制造業(yè)的先進技術(shù)與產(chǎn)品。如金屬切削機床制造行業(yè)有沈陽機床(集團)有限責任公司、齊重數(shù)控裝備股份有限公司、大連機床集團有限公司、濟南二機床集團、北京第一機床廠、沈陽集團昆明機床股份有限公司、武漢重型機床集團公司等企業(yè)，金屬成形機床制造行業(yè)有湖北三環(huán)鍛壓設(shè)備有限公司等。這些企業(yè)首先在國內(nèi)具有深厚的制造技術(shù)和企業(yè)文化底蘊。近年來由于國家政策的扶持和自身對國際先進技術(shù)的引進，在機床產(chǎn)品的性能、精度、可靠性等方面得到迅猛的發(fā)展。甚至有些關(guān)鍵技術(shù)可以與國際知名品牌相媲美。

設(shè)備選型工作中，調(diào)研和技術(shù)交流給購置單位提供了大量的信息和依據(jù)。根據(jù)購置單位自己的產(chǎn)品，在數(shù)控設(shè)備的功能、性能、配置、數(shù)控系統(tǒng)、精度等方面貨比三家就可得出正確合理的判斷。

1.2 設(shè)備的技術(shù)協(xié)議是驗收的保障

1.2.1 技術(shù)協(xié)議編寫依據(jù)

進行前期調(diào)研和技術(shù)交流后，購置單位首先根據(jù)加工產(chǎn)品的要求編寫所需設(shè)備的標書進行招標。中標單位應(yīng)由三家以上應(yīng)標單位中選出。設(shè)備技術(shù)協(xié)議通常由購置單位依據(jù)中標條款編寫，由供需雙方確認簽字。首先對所需設(shè)備的名稱、型號、供需單位名稱、簽訂日期進行確定填寫，技術(shù)協(xié)議正文中可對設(shè)備的要求進行具體描述。

1.2.2 設(shè)備技術(shù)協(xié)議的內(nèi)容要求

設(shè)備技術(shù)協(xié)議應(yīng)包括以下幾項內(nèi)容:

(1)設(shè)備的用途、功能、結(jié)構(gòu)形式。如加工產(chǎn)品的材料、產(chǎn)品最終成型的形狀、設(shè)備構(gòu)成要求等，特別是非標設(shè)備，要把設(shè)備的整體構(gòu)成要求提出來。

(2)主要技術(shù)指標。如工作臺直徑及承重、機床的幾何精度、位置精度、加工精度等。

(3)設(shè)備的重量、體積、使用條件、用電功率等。如使用電源的波動情況、溫度、濕度、氣源、水源、震動源、潤滑易購品及替代品。

(4)機床配置、驗收執(zhí)行的標準。如數(shù)控系統(tǒng)品牌及功能、液壓系統(tǒng)元件、主軸軸承精度，德國的VDI3441標準、國家標準JB6086－92《數(shù)控龍門鏜銑床精度檢驗》等標準。

(5)供貨范圍、文件資料、技術(shù)服務(wù)條款。如主機及備附件、隨機工具、圖紙資料、裝箱單及特殊供貨清單。明確設(shè)備的保修范圍和期限、對購置單位操作、編程、維修等人員的培訓要求等項目。

(6)特殊要求。如工件測量裝置、刀具測量裝置等。

以上內(nèi)容盡可能在技術(shù)協(xié)議中描述清楚，避免驗收時出現(xiàn)不必要的遺憾。

2 數(shù)控機床的驗收過程

結(jié)合驗收大型數(shù)控機床的經(jīng)驗，筆者總結(jié)出大型數(shù)控機床的驗收工作按時間順序可分為預驗收和最終驗收兩個步驟。終驗收包括到貨后的開箱驗收、安裝過程中的驗收、完成后的總體驗收。

2.1 數(shù)控機床的預驗收

預驗收是設(shè)備購置方在生產(chǎn)廠家為了檢查、驗證所購置的機床能否滿足自身產(chǎn)品的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率要求，提供的資料、備附件等是否齊全。生產(chǎn)廠家在機床通過正常運行試加工并經(jīng)整體檢驗合格后，購置方才能進行預驗收工作。如果設(shè)備存在較大質(zhì)量隱患，預驗收中沒有發(fā)現(xiàn)，到用戶現(xiàn)場安裝調(diào)試中由于場地、專用工具、人員配置等因素整改工作十分困難。數(shù)控機床的驗收工作都應(yīng)在合同及設(shè)備技術(shù)協(xié)議中規(guī)定預驗收過程。預驗收主要是指購置單位在機床生產(chǎn)廠家對總裝完成后的機床進行先期檢驗。如果預驗收通過，則意味著用戶同意該機床向用戶廠家發(fā)運，貨物到達用戶處后，用戶將支付該設(shè)備較大部分的購置款。所以，預驗收是非常重要的步驟，不可忽視。

預驗收檢查內(nèi)容有以下幾個方面:

(1)檢驗數(shù)控機床主要零部件是否按技術(shù)協(xié)議要求提供。如數(shù)控系統(tǒng)、液壓元件、反饋元件(光柵尺、編碼器)、驅(qū)動元件、主軸軸承等。

(2)機床各項參數(shù)是否達到技術(shù)協(xié)議要求。如工作臺尺寸、各驅(qū)動軸的行程等，機床的幾何精度、位置精度、加工精度(標準試切件或雙方協(xié)商的試切件)等精度指標是否符合標準要求，各軸的補償精度是否生效等。

(3)機床各動作是否正確。如是否按照右手法則規(guī)定的正負方向運動、機床各軸運動時的驅(qū)動功率比值是否正常等。

(4)機床各驅(qū)動軸、主軸運行時的噪聲、振動情況是否符合技術(shù)協(xié)議要求，氣路、冷卻裝置是否滿足使用需要。

(5)機床使用和維護的安全性是否符合技術(shù)協(xié)議要求。如機床防護罩、防護欄(梯)等。

(6)檢驗技術(shù)協(xié)議未要求(制造廠標配)部分，如發(fā)現(xiàn)不滿意處可向生產(chǎn)廠家提出，以便及時整改。

(7)作好預驗收記錄。根據(jù)對設(shè)備精度檢驗及要求整改內(nèi)容編寫預驗收報告，并由購置單位和生產(chǎn)廠家簽字確認。

2.2 最終驗收

根據(jù)技術(shù)協(xié)議要求，檢測機床的各項技術(shù)指標，驗收工作分以下幾步。

2.2.1 到貨后驗收

機床的包裝箱到達安裝現(xiàn)場后，設(shè)備管理部門及時組織有關(guān)人員開箱檢查，參加人員應(yīng)包括設(shè)備管理人員、技術(shù)人員、使用單位。如果是進口設(shè)備，則需要商務(wù)代理、海關(guān)商檢人員等。

檢驗項目根據(jù)技術(shù)協(xié)議有:

(1)外觀檢查。主機及各零部件有無碰撞損傷、變形、受潮和銹蝕等現(xiàn)象，逐項如實填寫“設(shè)備開箱檢查單”并及時向有關(guān)部門匯報。所有檢驗項目應(yīng)做好檢查記錄，如有必要則應(yīng)進行拍照或錄像，以便日后進行復檢或索賠。

(2)核對應(yīng)有的隨機攜帶的操作、編程、維修說明書，圖紙資料及裝箱單，合格證等技術(shù)文件資料。

(3)按技術(shù)協(xié)議規(guī)定，對照裝箱單清點主機及各零部件、附件、備件和工具的數(shù)量、規(guī)格及完好狀況。

2.2.2 安裝過程驗收

安裝過程中的驗收工作主要是檢查各零部件本身的質(zhì)量、精度和安裝調(diào)整后各軸之間的幾何精度、位置精度、功能、性能等。通常情況下，大型數(shù)控機床都是分體運輸?shù)?。按體積或各部分的功能分成若干零部件，這些零部件本身及其安裝組合后都有精度要求。如某公司購置的全閉環(huán)控制大型數(shù)控龍門鏜銑床，數(shù)控系統(tǒng)為德國西門子 SIEMENS 840D、反饋裝置為HEIDENHAIN光柵尺、CYTEC公司生產(chǎn)的G30型雙回轉(zhuǎn)擺動銑頭、主軸轉(zhuǎn)速10 000 r/min。主要包括床身導軌、橫梁、立柱、Z軸滑枕、工作臺、電主軸、排屑器、電柜、油冷機、冷卻水箱等部件。其中兩個床身導軌在安裝過程中，不但對二者本身直線度有很高的要求，而且對二者之間的平行度、等高度也有很高的要求。這些精度在安裝過程中就應(yīng)檢驗完成。對于安裝過程中的檢驗項目要特別嚴格，尤其對主要導軌的精度、機床大部件之間連接面的粗糙度等要求不能有放松，否則在安裝完成后將很難修正，后果非常嚴重。大部件之間的連接螺釘在調(diào)整好幾何精度后，需要用較長的加力桿與扳手相接擰緊，防止機床運行時幾何精度反復變化。另外，大型數(shù)控機床的零部件非常多、安裝調(diào)試周期長、參加人員也較多，很容易出現(xiàn)由于安裝過程中的錯誤或疏忽導致日后的諸多故障。所以，安裝過程中驗收主管人員要嚴把質(zhì)量關(guān)。

2.2.3 安裝完成后的總體驗收

總體驗收工作涉及很多內(nèi)容，概括地說包括硬件驗收與軟件驗收。

(1)硬件驗收

機床的性能檢驗是通過試車來完成的。試車時要注意機床通常的技術(shù)指標，如運行平穩(wěn)性、液壓、潤滑、發(fā)熱、噪聲、爬行、報警提示、電流過載保護和限位保護等，這些參數(shù)要根據(jù)不同的機床具體考慮。一般可通過空運轉(zhuǎn)試驗和帶負荷試驗來檢驗該機床的各項指標?？者\轉(zhuǎn)時間在24 h左右，主軸軸承溫度不大于70℃，溫升小于40℃，噪聲符合國家標準，運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，各種過載保護功能及安全保護裝置靈敏、可靠。負荷試驗主要是為了試驗設(shè)備在額定負荷下的工作能力。負荷試驗可按數(shù)控設(shè)備的設(shè)計公稱功率25%、50%、75%、100%的順序分別進行。在負荷試驗中要按規(guī)范檢查軸承的溫升，液壓系統(tǒng)的泄漏、傳動、操縱、控制以及自動安全裝置是否正常，運轉(zhuǎn)聲音是否正常。

數(shù)控功能試車是按照機床配備的數(shù)控系統(tǒng)說明書和技術(shù)協(xié)議要求，對機床應(yīng)具備的各數(shù)控功能進行手動或數(shù)控程序方面的檢驗。數(shù)控功能檢驗的最好辦法是編一個檢驗程序，將機床的全部功能及主軸的各級轉(zhuǎn)速、極限轉(zhuǎn)速和各坐標軸的多個進給速度和極限進給速度都包括進去，空運行該程序24 h左右。

精度檢驗包括幾何精度、位置精度及加工精度檢驗。

①幾何精度檢驗。機床的幾何精度是保證該機床加工工件精度的基礎(chǔ)。所以，機床幾何精度的檢測必須準確、嚴格和全面。需要注意的是所有的檢測項目必須一次全部合格，如果有某項超差則需要調(diào)整后重新檢測全部項目。這是因為幾何精度多數(shù)相互關(guān)聯(lián)，其中的一項改變可能導致其他項目的改。所以，所有檢測項目都應(yīng)一次檢測合格。幾何精度的檢驗可以按照生產(chǎn)廠家提供的合格證或國家有關(guān)標準提出的檢測項目逐項檢測。以大型機床五軸聯(lián)動數(shù)控龍門鏜銑床為例，幾何精度有工作臺面的平面度;X軸與Y軸及Z軸的相互垂直度;X、Y軸移動時對工作臺面的平行度;主軸回轉(zhuǎn)軸線對工作臺面的平行度;主軸在Z軸方向移動的直線度;主軸軸向及孔徑跳動等;常用的檢測工具有:精密水平儀、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表、高精度主軸檢驗心棒等。檢測工具和儀器的精度必須比所測幾何精度高一個等級。有些特殊檢具應(yīng)由機床生產(chǎn)廠家提供，用戶可直接使用。如檢驗大型數(shù)控龍門鏜銑床兩條X軸導軌等寬度用的橋架，是廠家根據(jù)兩條導軌的寬度設(shè)計的。有些機床專用檢具應(yīng)作為機床的專用測量工具留給用戶，如大型數(shù)控龍門銑床配置的德國CYTEC公司生產(chǎn)的G30型雙回轉(zhuǎn)擺動銑頭主軸檢驗棒，在技術(shù)協(xié)議中應(yīng)明確體現(xiàn)。

②位置精度檢驗。數(shù)控機床的定位精度是指機床各驅(qū)動軸在數(shù)控系統(tǒng)的控制下運動所能達到的位置精度。因此，根據(jù)實測的定位精度數(shù)值，可判斷出該機床加工過程中能否達到最好的工件加工精度。該項精度取決于數(shù)控機床的幾何精度、機床的測量系統(tǒng)精度、進給控制系統(tǒng)的精度和剛度及其動態(tài)特性等因素。它是機床綜合精度的檢驗，所以是非常必要的檢測。機床在保證幾何精度的前提下方可進行位置精度檢驗。位置精度包括定位精度、重復定位精度、反向差值、原點的復歸精度、位置偏差及定位系統(tǒng)偏差等。主要檢測工具有雙頻激光干涉儀、測微儀和成組塊規(guī)、光學讀數(shù)顯微鏡、360齒分度標準轉(zhuǎn)臺或多面棱體與準直儀等。直線運動軸測量以雙頻激光干涉儀為準，回轉(zhuǎn)軸檢測以雙頻激光干涉儀旋轉(zhuǎn)軸測量系統(tǒng)為準。位置精度的檢測方法一般依據(jù)技術(shù)協(xié)議要求的標準驗收。歐洲機床生產(chǎn)商一般采用德國VDI/DGQ 3441標準，日本機床生產(chǎn)商通常采用JIS B6201、JIS B6336或JIS B6338標準，我國現(xiàn)在采用GB/T17421.2－2000標準，國際標準采用ISO 230－2:1997標準。需要注意的是，不同的標準對“位置精度”的定義是有差異的，驗收時一定要弄清標準、指標的定義及計算方法。

③切削精度檢驗。機床切削精度的檢驗可根據(jù)廠家提供的檢驗項目或雙方協(xié)商確認的試切件圖紙進行加工，加工后對工件的形狀誤差、位置誤差及表面粗糙度進行檢驗。以大型機床五軸聯(lián)動數(shù)控龍門鏜銑床為例，除做NAS方圓件切削加工外，應(yīng)作五軸試切件的加工。此試切件的精度包括外圓與內(nèi)孔同軸度、圓度、傾斜角度、鏜孔精度及各尺寸精度等。機床使用時電主軸的功率、扭矩之間的關(guān)系應(yīng)符合圖1所示功率扭矩圖。

(2)機床的軟件驗收

一臺完整的數(shù)控機床不僅是各種機床硬件的組合，還應(yīng)包括機床的軟件部分。如果在驗收時不注意這一點，在日后的使用和維護中會遇到很多困難卻無資料可查，直接影響生產(chǎn)。甚至由于驗收記錄不全，有些責任不能明確，出現(xiàn)問題不能索賠，造成經(jīng)濟損失。機床的軟件包括技術(shù)文件、技術(shù)培訓和對遺留問題的處理。技術(shù)文件包括生產(chǎn)廠家技術(shù)文件和系統(tǒng)文件，如制造出具設(shè)備的機械、電氣圖紙及說明書、機床使用說明書及定義的指令和參數(shù)。數(shù)控系統(tǒng)資料及維護手冊等。生產(chǎn)廠家還應(yīng)提供相關(guān)的外購件的說明及圖紙、安裝后所改動部分的圖紙及說明、機床數(shù)據(jù)備份光盤(包括PLC程序，數(shù)控系統(tǒng)中的NC參數(shù)以及位置精度補償程序等一些參數(shù)值)。這些文件及參數(shù)對日后的維修和維護都非常有用，不可忽視。技術(shù)培訓包括操作培訓、編程培訓和維修人員培訓。地點可以在設(shè)備制造廠和用戶現(xiàn)場，所需時間因機床的復雜程度而定，一般大約2～3周。

而遺留問題方面，由于設(shè)計、制造、裝配、運輸以及安裝過程中的失誤，機床在驗收中難免有不盡人意的地方。對于嚴重的問題用戶方要堅決要求及時解決或索賠;對于不嚴重或有所懷疑的問題應(yīng)與生產(chǎn)廠家協(xié)商后，雙方簽署備忘錄以便日后處理。機床在驗收時的所有驗收記錄如有必要，都應(yīng)由生產(chǎn)廠家簽字確認。機床驗收后交由用戶使用，各種有關(guān)資料交由設(shè)備主管部門保管存檔。

3 結(jié)語

在驗收數(shù)控機床時，尤其是驗收大型數(shù)控機床，加強上述幾方面的驗收對設(shè)備管理工作非常有益，可減少不必要的損失，并可為以后的機床維修提供依據(jù)。企業(yè)設(shè)備部門具有設(shè)備的技術(shù)管理和組織管理等特點，在搞好技術(shù)管理的同時加強組織管理，這樣才能促進企業(yè)良性發(fā)展。

［1］JB6086－92數(shù)控龍門鏜銑床精度［S］.

［2］GB/T16769－1997金屬切削機床 躁聲聲壓級測量方法［S］.

［3］GB10931－89數(shù)字控制機床位置精度評定方法［S］.

［4］馬賢智主編.機械產(chǎn)品質(zhì)量與檢驗標準手冊－金屬切削機床卷.北京:機械工業(yè)出版社，1994.

［5］徐灝主編.機械設(shè)計手冊［M］，第2版.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［6］GB/T17421.2－2000，e9V ISO 230 －2:1997.機床檢驗通則第二部分:數(shù)控軸線的定位精度和重復定位精度的確定［S］.