基于球桿儀檢測VDL1000加工中心精度及修復(fù)的研究

王鳳娟

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 三門峽 472000)

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基于球桿儀檢測VDL1000加工中心精度及修復(fù)的研究

王鳳娟

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 三門峽 472000)

基于QC20-W無線球桿儀的誤差檢測理論，對VDL1000加工中心工作臺上的3個不同位置實施精度檢測與分析，通過數(shù)據(jù)采集與分析并尋找出了影響該機床精度的主要因素，分析了這些誤差產(chǎn)生的原因以及對機械零件加工精度的主要影響，并提出了相應(yīng)的解決措施，進行精度修復(fù)。

加工中心；無線球桿儀；精度檢測；誤差分析

0　引言

我院VDL1000加工中心經(jīng)過多年的使用后，機床精度嚴重失準，存在加工零件精度不合格，尺寸誤差比較大，嚴重影響零件的生產(chǎn)和加工。為恢復(fù)加工中心的加工精度，提高零件加工質(zhì)量，作者對國內(nèi)外相關(guān)資料進行查閱和研究。目前，對機床加工精度檢測的方法比較多，可以使用傳統(tǒng)的步距規(guī)檢測法、表測法和試切法等，但是都具有一定的局限性，而且檢測的精準度相對較低，工作效率也相對低。隨著科技發(fā)展，球桿儀作為現(xiàn)代檢測工具，越來越被廣泛的使用。

本文主要采用無線球桿儀對VDL1000加工中心的加工精度進行實施檢測，通過采集無線球桿儀的伸縮桿長度數(shù)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，并對該機床進行修復(fù)。

1　VDL1000加工中心的綜合誤差

VDL1000加工中心的坐標系統(tǒng)是三坐標軸，物體沿某一坐標系進行運動時，其運動會產(chǎn)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(zhuǎn)動誤差和1個直線度誤差。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項幾何誤差量。

圖1　某軸的誤差量

2　制定球桿儀的測試方案與安裝

VDL1000加工中心是Fanuc系統(tǒng)，大連機床廠生產(chǎn)于2009年，已經(jīng)在我校使用7年。目前該機床的加工精度降低，不能滿足加工要求，如孔的圓度不合格等問題。

基于上述問題，制定如下測試方案。

(1) 對加工中心3個不同的坐標位置進行數(shù)據(jù)采集；

(2) 先進行G02運行，在進行G03運行；

(3)只對機床的X、Y平面進行檢測。

基于球桿儀的測試原理，對該機床進行精度檢測，其安裝如圖2所示。球桿儀的一端與加工中心工作臺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。使用雷尼紹20軟件的快速檢測模式對加工中心X、Y平面進行圓周誤差測試。

圖2　球桿儀在加工中心的安裝圖

測試參數(shù)如下：

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

(2)球桿儀運行時的進給率為F1000 mm/min；

(3)加工中心工作臺的行程為1020×560mm。

3球桿儀檢測加工中心的誤差與分析及精度修復(fù)

(1)球桿儀檢測加工中心的綜合誤差

首先，預(yù)熱加工中心，空運轉(zhuǎn)1小時；

其次，檢查機床XY平面上3個點位置，其各檢測點的坐標位置分別為(820mm, 280mm)、(510mm, 280 mm)、(200mm, 280mm)；

最后，檢測綜合誤差結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。

圖3　坐標(X820mm,Y280mm)的測量數(shù)據(jù)

圖4　坐標(X510mm,Y280mm)的測量數(shù)據(jù)

圖5　坐標(X200mm,Y280mm)的測量數(shù)據(jù)

(2)加工中心的綜合誤差分析

通過上述測量數(shù)據(jù)，可以分析出影響加工中心精度的主要誤差，如表1所示。其主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軸的反向躍沖，X軸的橫向間隙，Y軸的橫向間隙。

表1　主要誤差項及所占總誤差的百分比

(3)加工中心的精度修復(fù)

首先，對影響加工中心精度的主要誤差項進行分析。其次，檢查X軸和Y軸的滾珠絲杠和機床導(dǎo)軌，發(fā)現(xiàn)X軸滾珠絲杠的螺紋有嚴重磨損，Y軸的機床導(dǎo)軌中存在間隙，Y軸驅(qū)動電機的扭矩不夠。最后，更換X軸滾珠絲杠，同時不但調(diào)整了滾珠絲杠與位置反饋系統(tǒng)安裝的偏心，還對應(yīng)式傳感器進行了調(diào)整，以消除X軸的周期誤差；調(diào)整了Y軸機床導(dǎo)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軸的反向躍沖，使之某一方向運動后，再進行反方向移動時，避免出現(xiàn)短時的停頓及不平穩(wěn)的運動，從而解決了圓弧插補時刀具路徑時能夠圓滑過渡。

4　再次檢測加工中心精度

經(jīng)過上訴修復(fù)后，使用球桿儀對加工中心進行檢查，其誤差項及數(shù)據(jù)如表2所示，其主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軸的反向躍沖，X軸的橫向間隙，Y軸的橫向間隙，其數(shù)值都有所下降，同時提高了該機床的加工精度。雖然Y軸的反向躍沖所占的百分比稍大，但是已不影響加工。垂直度誤差數(shù)值下降較少也可以忽略不計，因為兩軸的夾角小于900，說明該加工中心并沒有產(chǎn)生過度磨損。

表2　主要誤差項及所占總誤差的百分比

5　結(jié)論

通過使用QC20-W無線球桿儀快速地診斷VDL1000加工中心的精度，依據(jù)測量數(shù)據(jù)，分析出影響機床精度的主要方面，并對其進行更換部件和調(diào)整，實現(xiàn)了機床精度的修復(fù)，進一步提高了零件的加工質(zhì)量。檢測數(shù)據(jù)的正確性和修復(fù)機床精度方法的有效性。于是凸顯了使用現(xiàn)代測量手段作用，不但能夠?qū)崿F(xiàn)快速而且準確地檢測出機床的加工精度，提高工作效率和生產(chǎn)效率，同時為廣大同行提供了可借鑒的操作方案。

[1] 李繼中.一種簡易的數(shù)控機床精度檢驗方法[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2010(5):60-62,67.

[2] 陳金英.球桿儀對數(shù)控機床切削參數(shù)的優(yōu)化[J].機床與液壓,2013,41(20):41-42.

[3] 李繼中.數(shù)控機床螺距誤差補償與分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2010(2):98-101.

[4] 陳金英,史利娟.基于球桿儀檢測與分析XK714數(shù)控銑床的精度[J].煤礦機械,2013,34(4):99-100.

[5] 姚雨良,趙飛,張東升.基于球桿儀的空間誤差測量分析方法研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2011(8):72-75.

[6] 朱赤洲,陳蔚芳,趙鵬,等.數(shù)控機床三維空間誤差建模及補償技術(shù)研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2012(4):16-19，24.

[7] 陳金英.基于BV75數(shù)控銑床熱誤差的檢測與分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2015(4):101-103,114.

[8] 李繼中.數(shù)控機床螺距誤差補償與分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2010(2):98-101.

[9] 張曙,張浩,朱志浩.機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].組合機床與自動化加工技術(shù),1993(1):2-14.

[10] 曹永潔,傅建中.數(shù)控機床定位精度檢測方法比較[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2006(11):60-62,71.

[11] 胡秋,何東林. 數(shù)控機床電主軸單元熱-結(jié)構(gòu)特性動態(tài)分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2006(12):5-7.

[12] 劉飛,梁霖,徐光華,等.基于動態(tài)測量模型的圓度誤差分離方法研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2012(12):92-95,98.

[13] 劉煥牢,李斌,師漢民.基于球桿儀數(shù)控機床誤差補償方法研究[J].工具技術(shù),2003,39(8):41-43.

[14] 陳金英. 加工策略對葉輪曲面加工質(zhì)量和效率的影響[J]. 機床與液壓,2013,41(4):38-39,49.

[15] 楊建國,姚曉棟. 數(shù)控機床誤差補償技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].航空制造技術(shù),2012(5):64-71.

(編輯李秀敏)

Based on the Ball-bar Detection VDL1000 Precision Machining Center and the Study of Repair

WANG Feng-juan

(Department of Mechanical & Electrical Engineering,Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia Henan 472000, China)

The principle of error detection based on the QC20-W ball-bar, the VDL1000 machining center different locations were detected. We can find out the main factors to influence the geometric accuracy of CNC machine tools. The error producing reasons and influence for machining precision were analyzed , the solving measurements also proposed and repairing the restoration of the VDL1000 machining center.

machining center；radio club；accuracy detection；error analysis

1001-2265(2016)09-0143-02DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.041

2015-10-22；

2015-11-13

王鳳娟(1984—)，女，河南鹿邑人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向為機械設(shè)計與制造，(E-mail)3296460136@qq.com。

TH166;TG659

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