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如何提升機(jī)床加工精度
掌制源 切削視界 2023-11-13 17:01 發(fā)表于廣東
當(dāng)傳統(tǒng)檢測(cè)工具無(wú)法全面評(píng)估機(jī)床誤差的整體情況, 無(wú)法滿足當(dāng)代機(jī)床尤其是五軸機(jī)床加工的精度和效率要求方面的發(fā)展時(shí)，如何提升機(jī)床加工精度？
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機(jī)床加工精度的提升一直是機(jī)床制造商所追求的目標(biāo)。然而，加工精度受到多種因素的影響，包括機(jī)床導(dǎo)軌的安裝誤差及床身部件裝配缺陷所帶來(lái)的各種幾何誤差、空間定位誤差等原因。這些誤差若無(wú)法有效消除或降低，將直接影響機(jī)床的最終加工精度，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和效能。機(jī)床制造商在面對(duì)這一挑戰(zhàn)時(shí)需要尋求解決方案。
隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)檢測(cè)工具已無(wú)法滿足當(dāng)代機(jī)床加工的精度和效率要求。單光束激光干涉儀是一種較為普遍使用的測(cè)量工具，通過(guò)測(cè)量特定位置的參數(shù)來(lái)評(píng)估機(jī)床的定位精度。然而，這種方法只根據(jù)該測(cè)量位置的測(cè)量結(jié)果對(duì)該機(jī)床的定位精度下結(jié)論，往往無(wú)法全面評(píng)估機(jī)床誤差的整體情況，這個(gè)問(wèn)題在五軸機(jī)床加工中更加突出。為了解決這一難題，作為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的五軸加工中心制造商之一的廣東今科機(jī)床有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)今科）引入雷尼紹全方位機(jī)器校準(zhǔn)方案，為其機(jī)床從裝配、整機(jī)校準(zhǔn)驗(yàn)收、故障排除乃至日常精度維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量把關(guān)。
?機(jī)床裝配
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床身基準(zhǔn)在機(jī)床裝調(diào)精度中扮演著重要的角色，尤其對(duì)于精密機(jī)床而言，從鑄造底座開(kāi)始，就需要嚴(yán)格控制其精度。今科主要把XK10應(yīng)用于機(jī)床裝配階段，以確保機(jī)床在裝配過(guò)程中的各項(xiàng)幾何精度，例如直線度、平面度、垂直度和平行度等。在引入雷尼紹 XK10激光校準(zhǔn)儀之前，機(jī)床裝配過(guò)程中僅能依賴(lài)一些傳統(tǒng)工具進(jìn)行校準(zhǔn)，如百分表、 千分表、大理石方尺和自準(zhǔn)直儀等。然而，這些工具不僅需要大量的空間來(lái)存放，還需要多名操作人員的協(xié)作才能完成校準(zhǔn)工作。此外，這些工具極度依賴(lài)操作人員的熟練程度，需要定期維護(hù)工具并手動(dòng)記錄和存盤(pán)檢測(cè)數(shù)據(jù)。
然而，隨著XK10激光校準(zhǔn)儀的引入，這一情況發(fā)生了改變。目前XK10已能夠完全替代之前使用的各種傳統(tǒng)工具，并且適用于不同型號(hào)的機(jī)床。這一技術(shù)的引入不僅使得操作更加簡(jiǎn)便和快捷，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)存盤(pán)，方便追溯和管理。這種數(shù)字化、信息化管理方式為機(jī)床裝配過(guò)程帶來(lái)了便利，同時(shí)提升了整體的效率和準(zhǔn)確性。今科技術(shù)總監(jiān)邵建卓先生給予雷尼紹XK10激光校準(zhǔn)儀極高的評(píng)價(jià)：“XK10激光校準(zhǔn)儀非常輕便，操作人員不再需要搬運(yùn)笨重的大理石，工作變得輕松且效率提升。使用XK10后，生產(chǎn)效率大幅提升，相比起之前使用傳統(tǒng)工具，效率提升了200%以上。”
在檢測(cè)直線度方面，XK10給今科留下了深刻的印象。使用XK10只需要進(jìn)行一次測(cè)量，就能獲得水平方向和垂直方向的兩個(gè)直線度數(shù)據(jù)。以往在檢測(cè)不共面的導(dǎo)軌平行度時(shí)，他們需要定制夾具進(jìn)行檢測(cè)，這無(wú)形中增加了成本。對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)臺(tái)而言，傳統(tǒng)工具甚至無(wú)法完成檢測(cè)工作。邵總監(jiān)表示：“XK10不僅提高了裝配效率，同時(shí)也在不增加人力成本的情況下提升了產(chǎn)能。這使得今科能夠在更短的時(shí)間內(nèi)交付產(chǎn)品，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并獲得了更多的訂單。”
機(jī)床行業(yè)要求非常嚴(yán)格，對(duì)功能、性能和精度的穩(wěn)定性都有高度要求。我們很早就開(kāi)始引入雷尼紹全系列的校準(zhǔn)產(chǎn)品，并且得到了技術(shù)支持的全面支持。在這個(gè)過(guò)程中，我們也學(xué)習(xí)到了很多測(cè)量方面的技術(shù)知識(shí)。
——鄺錦富總經(jīng)理廣東今科機(jī)床有限公司（中國(guó)）
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?機(jī)床驗(yàn)證
當(dāng)前機(jī)床結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，工件制造工藝也日趨精密。僅測(cè)量線性性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。軸結(jié)構(gòu)的摩擦效應(yīng)和其他故障會(huì)導(dǎo)致軸在移動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)，造成機(jī)床組件的指定位置和實(shí)際位置之間出現(xiàn)偏差。這些“角度”和“直線度”影響會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的特征位置誤差或輪廓和表面偏差，最終導(dǎo)致工件尺寸誤差不達(dá)標(biāo)，增加廢品率。
在機(jī)床裝配完成后，技術(shù)人員需要對(duì)整機(jī)性能和各項(xiàng)精度進(jìn)行驗(yàn)證，并在需要時(shí)進(jìn)行機(jī)臺(tái)校準(zhǔn)或補(bǔ)償。目前，今科使用雷尼紹XM-60多光束激光干涉儀針對(duì)五軸機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證，包括直線軸誤差來(lái)源分析、空間精度檢測(cè)、空間精度補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)直線度檢測(cè)以及機(jī)床定位精度的不確定度分析等。
今科選擇XM-60主要是因?yàn)樗麄兞私獾絾喂馐す飧缮鎯x存在局限性。單光束激光干涉儀采用單參數(shù)測(cè)量，無(wú)法同時(shí)獲得光路在兩個(gè)方向的準(zhǔn)確移位，也無(wú)法測(cè)量出被測(cè)機(jī)器在測(cè)量行程中不同位置的角度，如滾動(dòng)角，這導(dǎo)致無(wú)法得知空間直線度的誤差和阿貝誤差。
以往單光束激光干涉儀用戶僅通過(guò)對(duì)機(jī)器軸的某個(gè)位置進(jìn)行定位精度檢測(cè)合格，便認(rèn)為該軸基本滿足加工要求。然而，在實(shí)際加工過(guò)程中，仍然存在一些已通過(guò)定位精度驗(yàn)收的機(jī)器出現(xiàn)零件加工質(zhì)量問(wèn)題。這是因?yàn)檫@些機(jī)器可能存在較大的各種角度誤差，無(wú)法滿足整個(gè)機(jī)器空間精度的要求。
換句話說(shuō)，檢測(cè)結(jié)果也僅基于該測(cè)量位置的結(jié)果對(duì)機(jī)床的定位精度做出結(jié)論，缺乏對(duì)軸的空間誤差信息的全面體現(xiàn)，確實(shí)不夠全面。在機(jī)床精度驗(yàn)證的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)同一軸線在不同檢測(cè)位置的定位精度可能相差很大，尤其在五軸機(jī)床的加工中，這個(gè)問(wèn)題尤為突出。
在市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)多光束激光校準(zhǔn)儀之前，廠商一般使用單光束激光干涉儀對(duì)精密機(jī)臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，不過(guò)每次架設(shè)僅能測(cè)量一個(gè)誤差參數(shù)，今科也不例外，他們以往采用 XL-80激光干涉儀和XR20回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)儀對(duì)機(jī)臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，邵總監(jiān)說(shuō)道：“在引入雷尼紹 XM-60激光校準(zhǔn)儀后，我們發(fā)現(xiàn)它具有更高的測(cè)量效率，可以大幅簡(jiǎn)化操作設(shè)定，一次架設(shè)就能完成6個(gè)自由度的誤差測(cè)量，包括滾動(dòng)角的測(cè)量，并且結(jié)合軟件能夠快速分析誤差來(lái)源。使用XM-60能提高至少4倍以上的效率。”
目前，今科主要將XM-60應(yīng)用于五軸機(jī)床的校準(zhǔn)與驗(yàn)證，分析主要空間幾何誤差的根源，為批量生產(chǎn)和裝配精度的保持奠定基礎(chǔ)。其他機(jī)型今科仍然依賴(lài)XL-80激光干涉儀進(jìn)行檢測(cè)。
?XL-80激光干涉儀和XR20回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)儀針對(duì)機(jī)臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)
雷尼紹XM-60是市場(chǎng)上先進(jìn)的采用干涉原理測(cè)量角度和線性，并將采用位敏組件（PSD）測(cè)量直線度的簡(jiǎn)便性集于一體的四光束系統(tǒng)，其封裝尺寸大大減小。XM-60通過(guò)將激光光束與機(jī)床軸準(zhǔn)直直接測(cè)量機(jī)床誤差，相較于其他測(cè)量技術(shù)使用復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算求得機(jī)床誤差的方法，XM-60的方法具有可溯源性。另外有別于其他產(chǎn)品，XM-60采用專(zhuān)利保護(hù)的光學(xué)原理滾動(dòng)測(cè)量技術(shù)，不依賴(lài)重力可在任何方向直接進(jìn)行滾動(dòng)角測(cè)量。
?快速故障診斷
在機(jī)床經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和校準(zhǔn)后，并在發(fā)貨給客戶之前，今科技術(shù)人員會(huì)使用雷尼紹QC20球桿儀進(jìn)行快速故障診斷, 模擬實(shí)際操作以檢測(cè)機(jī)臺(tái)的綜合精度。有需要時(shí)他們會(huì)對(duì)機(jī)臺(tái)進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以確保所有機(jī)臺(tái)在出廠前處于最佳狀態(tài)。邵總監(jiān)說(shuō)道：“QC20球桿儀可以在10分鐘內(nèi)檢測(cè)出機(jī)床的多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差，幫助我們快速識(shí)別加工質(zhì)量未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的原因，方便我們追蹤和解決相關(guān)問(wèn)題。”
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使用QC20球桿儀進(jìn)行快速故障診斷, 模擬實(shí)際操作以檢測(cè)機(jī)臺(tái)的綜合精度
雷尼紹QC20球桿儀配合Ballbar Trace（球桿儀循跡）軟件可以根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)快速驗(yàn)證五軸機(jī)床的精度，例如ISO 10791-6標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)旨在驗(yàn)證具有三個(gè)線性軸和一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的四軸和五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度。由該標(biāo)準(zhǔn)定義的刀尖跟隨測(cè)試可以使用QC20球桿儀完成。在多軸移動(dòng)期間，機(jī)床會(huì)試圖保持刀尖和工件特定位置之間的固定距離。球桿儀可以測(cè)量刀尖與工件之間的任何偏差，并根據(jù)此測(cè)量結(jié)果評(píng)估輪廓加工性能（稱(chēng)為刀尖跟隨測(cè)試）。
雷尼紹QC20球桿儀配合Ballbar Trace（球桿儀循跡）軟件可以根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)快速驗(yàn)證五軸機(jī)床的精度，例如ISO 10791-6標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)旨在驗(yàn)證具有三個(gè)線性軸和一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的四軸和五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度。由該標(biāo)準(zhǔn)定義的刀尖跟隨測(cè)試可以使用QC20球桿儀完成。在多軸移動(dòng)期間，機(jī)床會(huì)試圖保持刀尖和工件特定位置之間的固定距離。球桿儀可以測(cè)量刀尖與工件之間的任何偏差，并根據(jù)此測(cè)量結(jié)果評(píng)估輪廓加工性能（稱(chēng)為刀尖跟隨測(cè)試）。
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