Ballbar球桿分析儀的擴(kuò)展應(yīng)用

■神龍汽車有限公司襄陽工廠 (湖北 441004）薛澤波 尹吉春

1.應(yīng)用背景

目前各大汽車廠的機(jī)械加工機(jī)床多為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床本身制造精度高、加工精度高，效率更高。如果機(jī)床本身的精度有損失，則會導(dǎo)致大批產(chǎn)品報廢、成本流失。因此，機(jī)床精度的保證非常重要。傳統(tǒng)的精度檢測方式是利用機(jī)械儀表檢測，并且是靜態(tài)檢測?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床多數(shù)是高速機(jī)床，而靜態(tài)精度檢測用于高速機(jī)床就會有些力不從心。多數(shù)情況是需要知道機(jī)床運(yùn)動過程中的動態(tài)精度如何。圖1所示為英國Renishaw公司的Ballbar球桿分析儀，本文介紹這款高速機(jī)床動態(tài)精度檢測儀器的應(yīng)用及擴(kuò)展應(yīng)用。

2.球桿儀功能

圖1 Ballbar球桿儀

Ballbar球桿分析儀可以分析機(jī)床各移動方向的導(dǎo)軌垂直度、直線度以及三維空間任意兩方向組成平面動態(tài)運(yùn)動時兩軸配合的直線度情況。

3.球桿儀檢測原理

Ballbar球桿分析儀的檢測原理是：利用機(jī)床NC程序驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動，運(yùn)動過程中使用Ballbar球桿分析儀器的數(shù)據(jù)產(chǎn)生儀器，將運(yùn)動時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時反饋給Renishow Ballbar軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、篩選，輸出分析結(jié)果，技術(shù)人員根據(jù)軟件分析結(jié)果（見圖2）來判斷機(jī)床精度是否有損失。

4.球桿儀的應(yīng)用分析

我公司將該儀器應(yīng)用于COMAU機(jī)床加工中心上。下面以一個XY方向垂直度補(bǔ)償?shù)姆治鰹槔榻B其應(yīng)用。

圖2 軟件分析結(jié)果

既然是動態(tài)分析，就需要機(jī)床是運(yùn)動的。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動是靠NC代碼驅(qū)動，這就需要我們編輯相應(yīng)的合理的NC程序。而COMAU機(jī)床提供了相應(yīng)的NC程序。

（1）參數(shù)程序設(shè)置說明：

因我公司有些COMAU機(jī)床加工中心是帶有W軸的，參數(shù)程序設(shè)置中帶有W軸的判定。后續(xù)會在擴(kuò)展應(yīng)用中提供相應(yīng)的NC程序。

（2）測量XY平面運(yùn)行主程序說明：

（4）Ballbar球桿分析儀使用步驟：①在主軸上裝入Ballbar測量使用的專用夾具（見圖3）。夾具在主軸上的安裝位置如圖4所示，測量儀安裝圖如圖5所示，測量儀擺桿如圖6所示。②運(yùn)行Ballbar球桿分析儀的測試程序及前述測量XY平面運(yùn)行主程序。③運(yùn)行預(yù)先安裝在筆記本電腦上的Ballbar分析軟件。④調(diào)試好Ballbar球桿分析儀分析軟件相應(yīng)的功能。⑤在機(jī)床內(nèi)部無干涉的情況下，按照機(jī)床操作面板上的提示裝入Ballbar球桿分析儀相應(yīng)的測量儀機(jī)械件。

圖3 夾具本體

圖4 夾具主軸上安裝位置

圖5 測量儀安裝圖

圖6 測量儀擺桿

（5）Ballbar結(jié)果分析：上述整個過程完畢后，Ballbar分析軟件會將分析結(jié)果輸出，技術(shù)人員只需根據(jù)機(jī)床制造廠和工藝生產(chǎn)要求，分析結(jié)果是否滿足加工制造精度，即可判定是否需要對設(shè)備的機(jī)械部分修整或更換。

5.球桿儀的擴(kuò)展應(yīng)用

從以上分析可得出：①NC程序的作用是驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動。②Ballbar球桿分析儀的作用是產(chǎn)生信號，并向Ballbar球桿分析儀應(yīng)用軟件提供實(shí)時數(shù)據(jù)。③Ballbar球桿分析儀應(yīng)用軟件的作用是采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，并輸出分析結(jié)果。④技術(shù)人員的作用是分析測量結(jié)果是否滿足使用要求。

由此可以看出，機(jī)床的N C程序是通用條件，只要根據(jù)相應(yīng)數(shù)控機(jī)床NC代碼規(guī)則將NC程序加以更改，便可在其他數(shù)控機(jī)床上使用。我們根據(jù)Ballbar球桿儀工作原理及上述結(jié)論，使其在我廠另一款數(shù)控機(jī)床上得以擴(kuò)展應(yīng)用（因保密原因，具體廠家的機(jī)床類型和型號在此不便公開），NC程序編制同樣以XY平面測量為例，根據(jù)要測量的設(shè)備的NC代碼規(guī)則編制相應(yīng)的NC程序，具體程序如下：

上述程序編制完成后，只需要將程序裝載在相應(yīng)的機(jī)床上，連接好帶有Ballbar分析軟件的筆記本電腦，按照前述使用步驟就可以應(yīng)用了。

6.結(jié)語

明白Ballbar測量軟件的工作原理后，整個擴(kuò)展應(yīng)用過程可以實(shí)施的關(guān)鍵在于機(jī)床如何實(shí)現(xiàn)自行運(yùn)動。測量過程使用的硬件和軟件都無需更改。只要善于總結(jié)、細(xì)心觀察，工作中很多應(yīng)用是可以移木嫁接的。

[1]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D基礎(chǔ)部分編程手冊［E］.北京：SIEMENS公司，2003.4.

[2]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D高級部分編程手冊［E］.北京：SIEMENS公司，2004.10.

專家點(diǎn)評

通過對球桿儀的應(yīng)用及擴(kuò)展應(yīng)用，介紹了數(shù)控機(jī)床的動態(tài)精度檢測，并給出了具體的應(yīng)用程序，可以很方便地借鑒到其他數(shù)控機(jī)床。