機(jī)床計(jì)量墊鐵的研究

胡萬良 楊奇俊 張?jiān)迫A

（陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司，陜西寶雞721009）

近幾年，大、重型精密機(jī)床越來越多，這些機(jī)床對(duì)基礎(chǔ)的平穩(wěn)性、隔振性要求越來越高，沒有穩(wěn)定的機(jī)床基礎(chǔ)，無法調(diào)整機(jī)床精度，即使調(diào)整后也會(huì)反復(fù)變化。

機(jī)床裝配、調(diào)試及加工使用時(shí)安裝在機(jī)床墊鐵上，墊鐵作為機(jī)床安裝的墊塊，用于調(diào)整機(jī)床的安裝水平，保證機(jī)床基礎(chǔ)的穩(wěn)定、可靠。

傳統(tǒng)的機(jī)床墊鐵有減振墊鐵、調(diào)整墊鐵、三層墊鐵、階梯墊鐵，等高墊鐵等。

一臺(tái)機(jī)床一般有幾個(gè)到幾十個(gè)墊鐵，我們知道，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，多于3個(gè)以上的墊鐵，屬于過定位支撐，這些墊鐵墊到機(jī)床下面，很難調(diào)整到支撐力適當(dāng)。墊鐵支撐力調(diào)整得太小，起不到支撐作用;支撐力調(diào)整得太大，會(huì)抬高機(jī)床，在支撐平面上形成一個(gè)高點(diǎn)，使旁邊的墊鐵失去作用，時(shí)間長了，會(huì)造成床身變形。

另外，隨著機(jī)床加工及機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)引起的機(jī)床重心變化和振動(dòng)，造成機(jī)床墊鐵支撐的松動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步影響機(jī)床的穩(wěn)定性和精度，由于無法檢測支撐力的變化，因此，每個(gè)墊鐵支撐是否合適不得而知，長期工作，不但影響機(jī)床的精度和穩(wěn)定性，而且會(huì)影響機(jī)床的使用壽命。因此，對(duì)于大、重型精密機(jī)床，迫切需要可以檢測支撐力的智能計(jì)量墊鐵。

1 常用墊鐵結(jié)構(gòu)簡介

機(jī)床常用的墊鐵為調(diào)整墊鐵，如圖1所示，使用時(shí)墊鐵墊于機(jī)床床身下面，并用地腳螺栓固定。墊鐵一般由墊鐵座、下墊塊、上墊塊、螺栓等零件組成，下墊塊置于墊鐵座上，調(diào)整螺栓與下墊塊連接，上墊塊的下面為斜面，與下墊塊的上面（斜面）相配，通過螺栓調(diào)整下墊塊，可調(diào)整上墊塊的高度。

機(jī)床放置在上墊塊上，使用時(shí)根據(jù)機(jī)床重量及外形尺寸在機(jī)床底座下均勻放置不同數(shù)量的墊鐵。圖1所示的墊鐵只能調(diào)整高度，墊鐵墊在床身下面后，墊鐵是否墊實(shí)、是否穩(wěn)定可靠不得而知。一臺(tái)機(jī)床有許多墊鐵，如果墊得不均勻，有些墊得實(shí)、有些墊得不實(shí)，放置一段時(shí)間后會(huì)引起機(jī)床變形，引起機(jī)床振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致精度降低等。因此，墊鐵對(duì)于保證機(jī)床的精度、保證機(jī)床工作的可靠性和穩(wěn)定性具有十分重要的作用。

2 智能計(jì)量墊鐵原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了即時(shí)、方便及準(zhǔn)確地測量和顯示墊鐵支撐力，同時(shí)保證墊鐵長期在潮濕、溫差較大及振動(dòng)等環(huán)境條件下的可靠性及穩(wěn)定性，參考稱重量儀原理，在調(diào)整墊鐵的基礎(chǔ)上，增加壓力傳感器和外接式壓力測試儀，使墊鐵具備智能測量和數(shù)據(jù)采集顯示功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)床基礎(chǔ)穩(wěn)定性、可靠性數(shù)字化分析處理。

機(jī)床計(jì)量墊鐵結(jié)構(gòu)（如圖2所示）由機(jī)械部分、電器部分和測量接口等共7個(gè)零件組成，高度調(diào)整斜鐵放置在墊鐵座的上斜面，調(diào)整螺栓與調(diào)整斜鐵連接，調(diào)整螺栓的頭部卡在墊鐵座的端面，墊塊座、下墊塊和上墊塊依次放置在斜鐵的上平面上，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺栓，移動(dòng)調(diào)整斜鐵的水平位置，可調(diào)整上墊塊的高度。

上、下墊塊之間為圓弧形狀，可自動(dòng)調(diào)整上墊塊的水平。在下墊塊下面的空腔處，貼有4塊壓力傳感器，墊鐵墊到機(jī)床下面后，壓力傳感器測出墊鐵受力，再通過外接顯示儀讀出。壓力傳感器用導(dǎo)線與外接顯示儀插座相連，取下墊鐵接口防護(hù)蓋，插上外接顯示器，可讀出墊鐵的壓力數(shù)值。

計(jì)量墊鐵與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果:與傳統(tǒng)機(jī)床墊鐵相比，計(jì)量墊鐵屬于計(jì)量型智能墊鐵，可以測量及顯示墊鐵本身承受的壓力大小，為調(diào)試、安裝機(jī)床提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)受力情況，可分析機(jī)床基礎(chǔ)是否穩(wěn)定、可靠，對(duì)提高穩(wěn)定性、抗振性、保證機(jī)床的加工精度和效率具有十分重要的作用。

計(jì)量墊鐵解決了以下技術(shù)問題:（1）解決了墊鐵安裝和調(diào)試機(jī)床盲目性、隨意性的問題，可精確調(diào)整、測量各點(diǎn)的受力情況;（2）可一次測量機(jī)床的重量;（3）可測量機(jī)床的重心位置，防止機(jī)床偏置，保證機(jī)床安裝的穩(wěn)定、可靠;（4）機(jī)床放置一段時(shí)間后，重新測量墊鐵的受力，與開始安裝時(shí)的受力數(shù)值比較，可分析機(jī)床基礎(chǔ)是否變化。

該計(jì)量墊鐵已獲國家發(fā)明專利，專利號(hào):ZL 2009 1 0024358.7。

3 計(jì)量墊鐵試驗(yàn)驗(yàn)證

計(jì)量墊鐵理論分析及原理應(yīng)該沒問題，但能否用于生產(chǎn)實(shí)際，檢測精度能否滿足要求，還需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)分3部分:

3.1 檢測計(jì)量墊鐵的計(jì)量精度

試驗(yàn)方法:向計(jì)量墊鐵分別施加50 kg、100 kg、500 kg、1 000 kg的標(biāo)準(zhǔn)重塊載荷，用顯示儀讀出計(jì)量墊鐵計(jì)量的載荷，分別測量10次，計(jì)算10次平均計(jì)量載荷與實(shí)際載荷的差值，測定計(jì)量墊鐵測量精度。

經(jīng)過檢測試驗(yàn)，證明計(jì)量墊鐵的計(jì)量精度可以達(dá)到97.85%，即計(jì)量墊鐵檢測的載荷與實(shí)際載荷誤差小于2.15%，100 kg的載荷時(shí)用計(jì)量墊鐵檢測顯示載荷范圍在97.85～102.15 kg范圍內(nèi)。證明計(jì)量墊鐵測量精度完全滿足機(jī)床基礎(chǔ)調(diào)整所需精度。

3.2 檢測計(jì)量墊鐵計(jì)量數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性和可靠性

試驗(yàn)方法:取5個(gè)計(jì)量墊鐵，分別按圖3位置并編號(hào)墊在機(jī)床床身下，每隔一段時(shí)間記錄一次計(jì)量數(shù)據(jù)，計(jì)算計(jì)量墊鐵的計(jì)量數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性和可靠性，分析影響計(jì)量數(shù)據(jù)的因素并提出計(jì)量墊鐵改進(jìn)建議。檢測記錄見表1。

按檢測記錄繪制分析曲線見圖4～圖9。

對(duì)表1記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。按表2分析顯示:

表1 計(jì)量墊鐵檢測記錄表

表2 記錄數(shù)據(jù)分析表

（1）3組測量數(shù)據(jù)顯示，在4月13－30日共18天時(shí)間內(nèi)，計(jì)量墊鐵計(jì)量的床身總重量最大相對(duì)誤差為0.48%。說明計(jì)量墊鐵計(jì)量的精度不會(huì)因時(shí)間改變，計(jì)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠。

（2）單個(gè)墊鐵在同一組中（一周內(nèi)）計(jì)量數(shù)據(jù)的最大偏差較小，如3號(hào)墊鐵的最大偏差為1.88%（第1組）、1.46%（第2組）、2.46%（第 3組）;在總計(jì)量時(shí)間段內(nèi)變化較大，1.83%（1號(hào)）、3.48%（2號(hào)）、2.69%（3號(hào)）、5.52%（4 號(hào)）、3.65%（5 號(hào)），說明時(shí)間越長，單個(gè)墊鐵測量數(shù)據(jù)變化越大。結(jié)合床身的放置情況分析，該床身屬于新鑄件，隨著放置時(shí)間的延長，床身內(nèi)部應(yīng)力變化造成床身的變形，是單個(gè)墊鐵壓力變化的主要原因。

（3）從表1顯示，總計(jì)量時(shí)間段內(nèi)，環(huán)境溫度由13℃升為20℃，計(jì)量床身總的重量變化很小，說明溫度對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)影響不大，可忽略。

3.3 其他試驗(yàn)工作

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還進(jìn)行了計(jì)量墊鐵對(duì)保證機(jī)床基礎(chǔ)穩(wěn)定性、機(jī)床精度保持性作用的試驗(yàn);通過計(jì)量墊鐵計(jì)量，計(jì)算了機(jī)床重心等。

4 結(jié)語

試驗(yàn)證明，計(jì)量墊鐵計(jì)量誤差很小，在允許范圍內(nèi)，計(jì)量精度穩(wěn)定、可靠。

采用計(jì)量墊鐵，能精確、方便、快捷、精密地調(diào)整、定位機(jī)床，節(jié)省安裝費(fèi)用，縮短機(jī)床安裝周期。另外，計(jì)量墊鐵可測量機(jī)床安置或使用一段時(shí)間后基礎(chǔ)是否變化，為分析機(jī)床的精度、穩(wěn)定性等提供了方便的工具，也可精確測量機(jī)床的重心。

計(jì)量墊鐵的推廣使用，可提高大型精密機(jī)床基礎(chǔ)精度和穩(wěn)定性，有利于保證機(jī)床的工作精度。提高機(jī)床的使用壽命和工作效率，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

通過試驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)的地方，如測力儀電線接頭與墊鐵上的接口連接不方便;測力儀體積較大，功能單一等問題。這些問題，將在下一步工作中改進(jìn)完善。