MAG加工中心幾何精度檢測(cè)與調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)

孔海龍

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

近幾年很多企業(yè)購買國(guó)外高端加工中心設(shè)備用于產(chǎn)品的加工，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要作用。加工高精度產(chǎn)品時(shí)，必須靠加工中心自身的精度來保證產(chǎn)品的加工精度。因此，加工中心本身的精度要遠(yuǎn)高于加工產(chǎn)品的精度，通常高出一個(gè)量級(jí)。

加工中心的精度包括幾何精度、重復(fù)定位精度、定位精度等。隨著加工中心設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，必然導(dǎo)致加工中心設(shè)備精度不斷下降，從而無法保證加工產(chǎn)品的精度要求。因此，設(shè)備維修人員應(yīng)掌握加工中心幾何精度的調(diào)整方法，滿足加工中心對(duì)精度的需求。

1 MAG 加工中心機(jī)械坐標(biāo)系統(tǒng)

要掌握加工中心幾何精度的調(diào)整方法，首先需要理解MAG加工中心機(jī)械坐標(biāo)系統(tǒng)。精密加工中心通常有5 個(gè)軸，其中Z 軸的正方向，定義為固定機(jī)床床身的底部并平行于主軸、遠(yuǎn)離主軸端的方向。如圖1 所示，確定Z 軸位置后，根據(jù)笛卡爾右手坐標(biāo)系，中指方向?yàn)閆 軸，食指方向?yàn)閄 軸，大拇指方向?yàn)閅 軸，繞Y軸旋轉(zhuǎn)的方向?yàn)锽 軸，與Z 軸平行且垂直X-Y 平面的為主軸。

2 機(jī)械零點(diǎn)的建立

以MAG 321 加工中心零點(diǎn)為實(shí)例，建立機(jī)床機(jī)械零點(diǎn)，見圖2。其中，X 表示X 軸可移動(dòng)的范圍，Xh表示B 軸半徑的距離，X0表示X 軸零點(diǎn)起始位置，Y 表示Y 軸可移動(dòng)的范圍，Y0表示Y 軸零點(diǎn)起始位置，Y1表示主軸在Y0位置的中心點(diǎn)與床身底部的距離，N 表示主軸的中心與B 軸臺(tái)面的距離，Z 表示Z軸可移動(dòng)的范圍，Z0表示Z 軸零點(diǎn)起始位置，Z1表示主軸前端面與B 軸中心的距離，h1表示B 軸臺(tái)面與床身底部的距離。

3 幾何精度檢測(cè)常用工具

（1）2 個(gè)高精度水平儀。

（2）千分表（精要求1 μm）。

（3）方形和三角形大理石（精度要高）。

（4）標(biāo)準(zhǔn)檢棒（長(zhǎng)度和直徑根據(jù)機(jī)床而定）。

（5）固定支架。

4 幾何精度檢測(cè)主要步驟及調(diào)整方法

4.1 機(jī)床水平調(diào)整

圖1 XS321 加工中心

圖2 機(jī)床機(jī)械零點(diǎn)示意

首先使用用高精度水平儀對(duì)機(jī)床2 個(gè)方向進(jìn)行水平調(diào)整，這是幾何精度調(diào)整的基本條件，否則以下步驟的調(diào)整就無意義。

4.2 機(jī)床幾何精度調(diào)整步驟

（1）調(diào)整機(jī)床X 與Y 方向的水平。

（2）Z 軸與X 軸的垂直度。

（3）Y 軸與Z 軸的垂直度。

（4）Y 軸與X 軸的垂直度。

（5）Y 軸與主軸的垂直度。

（6）主軸與X 軸的垂直度。

（7）Z 軸與主軸的平行度。

（8）B 軸平面度。

（9）B 軸蓋板跳動(dòng)。

4.3 Z 軸與X 軸垂直度調(diào)整方法（圖3）

（1）將大理石水平固定在B 軸的支架上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動(dòng)X/Z 軸，利用千分表將大理石調(diào)至水平。

（3）移動(dòng)Z 軸，調(diào)整大理石Z 方向M1、M2點(diǎn)的千分表讀數(shù)為零，即大理石與機(jī)床的Z 方向平行。

（4）將千分表接觸大理石的M3點(diǎn)并至零位，移動(dòng)X 軸至M4點(diǎn)，讀取千分表數(shù)值，與標(biāo)準(zhǔn)范圍值（＜10 μm）進(jìn)行比較。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，校正機(jī)床X 方向位置。

4.4 Y 軸與Z 軸垂直度調(diào)整方法（圖4）

（1）將千分表固定在主軸上，移動(dòng)Z 軸，用千分表將大理石側(cè)面調(diào)置水平并與Z 軸平行。

（2）移動(dòng)Z 軸，調(diào)整大理石下側(cè)方向M1、M2點(diǎn)的千分表為零，即大理石與機(jī)床的Z 方向平行。

（3）將千分表接觸大理石M3點(diǎn)并將千分表歸零，移動(dòng)Y 軸至M4點(diǎn)。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜10 μm），調(diào)整主軸固定在Y 方向上側(cè)滑塊墊片厚度。

4.5 Y 軸與X 軸垂直度調(diào)整方法（圖5）

（1）將大理石豎直放在B 軸調(diào)整塊上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動(dòng)X 軸，用千分表將大理石下側(cè)面M3、M4的千分表為零,即大理石與X 軸平行。

圖3 Z 軸與X 軸垂直度檢測(cè)

圖4 Y 軸與Z 軸垂直度檢測(cè)

圖5 Y 軸與X 軸垂直度檢測(cè)

（3）將千分表接觸大理石M1點(diǎn)并將千分表歸零，移動(dòng)Y 軸至M2點(diǎn)。若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜10 μm），調(diào)整Y 軸支架方向下側(cè)滑塊墊片的厚度。

4.6 Y 軸與主軸垂直度調(diào)整方法（圖6）

（1）將大理石豎直放在B 軸調(diào)整塊上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動(dòng)Z 軸，用千分表將大理石下側(cè)面調(diào)置水平與Z 軸平行。

（3）同上操作，移動(dòng)Y 軸，調(diào)整大理石垂直方向與機(jī)床的Y方向平行。

（4）用千分表測(cè)量大理石的下側(cè)A 點(diǎn)并將千分表歸零，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸180°方向，讀取千分表B 點(diǎn)數(shù)值，若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜10 μm），調(diào)整主軸固定在Y 方向上下側(cè)滑塊墊片厚度。

圖6 Y 軸與主軸垂直度檢測(cè)

4.7 主軸與X 軸垂直度調(diào)整方法（圖7）

（1）將支架固定在B 軸上，并將大理石水平放在支架上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動(dòng)X/Z 軸，用千分表將大理石調(diào)置水平。

（3）移動(dòng)X 軸，調(diào)整大理石的X 方向與機(jī)床的X 方向平行。

（4）將固定千分表的圓形支架固定在主軸上。

（5）用千分表測(cè)量大理石的左側(cè)M1點(diǎn)并將千分表歸零，旋轉(zhuǎn)主軸180°，讀取千分表M2點(diǎn)數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜10 μm），調(diào)整主軸固定在Y 方向滑塊墊片厚度。

圖7 主軸與X 軸垂直度檢測(cè)

4.8 Z 軸與主軸平行度調(diào)整方法（圖8）

（1）測(cè)量主軸檢棒A點(diǎn)：沿Z 方向距離主軸30 mm 處。

（2）測(cè)量主軸檢棒B點(diǎn)：沿Z 方向距離主軸180 mm 處。

（3）測(cè)量檢棒水平位置與豎直位置最高點(diǎn)，分別將測(cè)量A 點(diǎn)千分表歸零，移動(dòng)Z 軸至測(cè)量B點(diǎn)，分別讀取千分表數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜15 μm）），調(diào)整主軸滑塊墊片厚度。

圖8 Z 軸與主軸的平行度檢測(cè)

圖9 B 軸平面度檢測(cè)

4.9 B 軸平面度調(diào)整方法（圖9）

將千分表支架固定在主軸上，將測(cè)量點(diǎn)1 處的千分表歸零，移動(dòng)Z、X軸至測(cè)量點(diǎn)2、3、4 處，讀取千分表數(shù)值。若讀數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜20 μm），調(diào)整Z 軸滑塊墊片厚度

圖10 B 軸蓋板跳動(dòng)檢測(cè)

4.10 B 軸蓋板跳動(dòng)的調(diào)整方法（圖10）

將千分表支架固定在主軸上，將測(cè)量點(diǎn)A 處的千分表歸零,手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)B 軸，分別測(cè)量點(diǎn)B、C、D 處，讀取千分表數(shù)值。若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍（＜10 μm），調(diào)整B 軸蓋固定位置。

5 幾何精度檢測(cè)方法的應(yīng)用

某臺(tái)已運(yùn)行10 年的MAG XS321 加工中心加工工件缸孔，再經(jīng)過珩磨機(jī)加工后，測(cè)量缸孔圓度、圓柱度超差。檢查機(jī)床的夾具、主軸、絲杠、導(dǎo)軌未發(fā)現(xiàn)問題，將B 軸夾具拆下檢查可能會(huì)影響加工精度的項(xiàng)目，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 MAG XS321 加工中心幾何精度檢測(cè)值 μm

結(jié)論：主軸與X/Y 軸的垂直度及Y 軸與X 軸垂直度已超標(biāo)準(zhǔn)范圍，但考慮到該設(shè)備已運(yùn)行10 年，符合質(zhì)量要求。B 軸平面度2 點(diǎn)已嚴(yán)重超出范圍，根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)原理分析，判斷是機(jī)床右側(cè)Z 軸滑塊或滑軌磨損導(dǎo)致超差，更換機(jī)床右側(cè)Z 軸滑塊后，加工工件測(cè)量合格。

6 結(jié)束語

結(jié)合MAG 加工中心生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究幾何精度檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，利用幾何精度檢測(cè)方法和幾何精度的調(diào)整方法，對(duì)機(jī)床出現(xiàn)的精度誤差進(jìn)行糾正。不同公司生產(chǎn)的型號(hào)各異的機(jī)床，其精度測(cè)量項(xiàng)目和方法會(huì)有差別，但測(cè)量方法大同小異，建議擁有加工中心的企業(yè)，可提前建立設(shè)備精度檔案，為日后設(shè)備維修提供有效參考。