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數控機床精度標準與功能強大的檢測工具

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數控機床精度標準與功能強大的檢測工具

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2013/12/17 00:00
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  在機床加工精密零件之前,事先知道它能否生產出好的零件是極其重要的,這對于減少廢品數目和機器停工時間非常有效。目前已經有許多企業認識到這一點,并已開始廣泛采納國際標準IS0230、美國ASME B5.54機床標準或中國GB標準來保證數控機床能“健康”地工作,從而提高生產率。

  1 數控機床常見精度及傳統檢測方法

  (1)幾何精度。

  包括直線度、垂直度、平面度、俯仰與扭擺和平行度等。傳統方法采用大理石或金屬平尺、角規、百分表、水平儀、準直儀等工具,多用于小型機床,由人工操作,手工記錄數據與計算,精度低。

  (2)位置精度。

  數控機床位置精度包括定位精度、重復定位精度和微量位移精度等。傳統方法采用金屬線紋尺或步距規、電子測微計和準直儀等工具進行測量。當機床規格稍大時,傳統方法采用的相應的標準器件很重,受環境溫度的影響大,且精度太低,檢驗過程極其冗長乏味,檢驗重復性也很差,數據處理必須手工進行,繁瑣、易出錯,難以反映受檢機床的真正精度。

  (3)工作精度。

  美國NAS(國家航宇標準)979在20年前就制定了標準化的“圓形一菱形一方形”試驗方法(現在是CMTBA的標志)。實施時,要準備鑄鐵

  或鋁合金試件、銑刀及編制數控切削程序。用高精度圓度儀及高精度三坐標測量機檢驗試件精度。該方法需要仔細定義試件的切削方法和測量切削結果,它可能要花幾天時間,而且依賴于計量室的條件。

  2 新技術突破了傳統檢測方法

  對任何工廠來講,購買數控機床的費用都是一筆相當可觀的投資。因此,使數控機床設備在生產中發揮中堅作用,盡快回收成本是至關重要的。

  一般來說,在零件加工完畢后發現機床加工質量問題常常為時過晚。對負責車間效率的人員來說,理想的解決辦法是在工件加工前對機床性能和精度進行檢驗。雷尼紹ML10 Gold激光干涉儀和QC10球桿儀是實現該目標的強有力的工具。

  檢定機床性能和精度并非一種新想法,只是沒有實用化。美國NAS(國家航宇標準)979無法評估機床的所有性能,“圓形一菱形一方形”檢驗的大多數切削運動是在X-Y平面上進行的,因此沿X-Z和Y-Z平面上的精度大部分沒有測定。一家航空航天工廠發現,通過“圓形一菱形一方形”檢驗的機床,再用QC10球桿儀檢查發現在X-Z和Y-Z平面上的隨動誤差竟達800 m。

  美國國家標準B5.54中提出了“一日測試”。它實際上是多項測試的簡化,是從標準整體中摘出的。該測試適用于有3個直線軸的機床。用球桿儀和激光干涉儀進行這種測試的最主要的部分是尺寸和精度的檢定。經修定的NAS仍然需要進行試切削,以證實機床功能正常。但它不是檢定機床能夠達到的精度指標。“一日測試”包括:直線位移精度;雙向重復精度;空間位置精度;采用激光干涉儀對對角線位移精度進行測量和確定兩軸聯動輪廓性能

  購買B5.54“一日測試”的一套基礎硬件和軟件費用大約4萬美元,包括球桿儀、激光干涉儀系統。這是一套完整的系統,它根據ASME B5.54(也能按中國GB/I"17421—2000標準)采集和報告機床性能數據,并有一套符合ISO230規定而完全可溯源的機床性能評估程序。激光干涉儀系統可選用自動誤差補償軟件,它產生G代碼來驅動機床,獲取及比較定位數據并重寫機床的CNC螺距誤差補償文件。

  3 雷尼紹數控機床“健康狀況"維護專家

  3.1 ML10 Gold激光干涉儀

  眾所周知,激光的波長是極其穩定的,因此在國際標準中激光干涉儀是唯一公認的進行數控機床精度檢定的儀器。它可以測量各種規格尺寸的機床,診斷和測量各種幾何誤差。其精度比傳統技術至少高10倍以上。激光干涉儀可自動進行數據采集,節省時間,避免操作者誤差。它以PC機為基礎,避免了人工計算,可以立即按國際標準和我國國標進行統計分析。

  雷尼紹公司的ML10激光干涉儀目前暢銷全球。

  最新推出的升級產品——ML10 Go ld激光干涉儀在系統材料、功能配置及應用領域均有大幅度改善和提高,優于市場上的同類產品。例如:系統精度從±1.1 m提高到±0.7 btm;激光穩頻精度從±0.1 m提高到±0.05 m;采用適合中國國情的寬帶電源,即工作電壓85~265 V;Windows95/98/NT下的Laser 10軟件使用簡單,功能豐富。

  ML10 Gold激光干涉儀為機床檢定提供了一種精度高、測量范圍大(直線測長40 m,任選80 m),測量速度快(60 m/min)、分辨率高(0.001肚m)、便攜性好的工具,而且雷尼紹激光干涉儀由于具備自動誤差補償功能,可方便恢復機床精度,受到了用戶歡迎。

  (1)幾何精度檢測。

  使用ML10 Go ld激光干涉儀、直線度光學鏡、垂直度光學鏡、平面度光學鏡、角度鏡組件等,可檢測直線度、垂直度、平面度、俯仰與偏擺、平行度等精度。特別是雷尼紹直線度光學鏡具有其獨特的專利設計,大大改善了調光的復雜程度。

  (2)定位精度的檢測及其自動補償。

  利用雷尼紹ML10 Go ld激光干涉儀不僅能自動測量機床的誤差,而且還能通過RS232接口,自動對其線性位移誤差進行補償,上述過程比通常的補償方法節省了大量時間,并且避免了手工計算和手動數據輸入引起的操作者誤差,同時可最大限度地選用被測軸上的補償點數,使機床達到最佳精度。

  目前,可供選擇的自動補償軟件有Fanuc,Siemens800系列,NUM,Mazak,Cincinnsti Acramatic等。

  (3)數控機床動態性能檢測。

  利用激光干涉儀和RENISHAW 動態特性測量與評估軟件,可進行機床振動測試與分析(FFT)、以及滾珠絲杠的動態特性、伺服驅動系統的響應特性和導軌的動態特性(低速爬行)等測試與分析3.2 QC1O球桿儀

  QC10球桿儀是一種快速(10~15 min)、方便、經濟地檢測數控機床兩軸聯動性能的儀器,可用于取代工作精度的NAS試件切削。盡管對一臺CNC機床進行綜合測試比較復雜,但雷尼紹公司新近推出的基于Windows95/98/NT操作系統的全中文界面的球桿儀新軟件,使機床測試和誤差診斷變得容易而且易懂。

  使用名為Ballbar 5的誤差測量及診斷軟件,維修人員在幾分鐘內便能測量機床的插補和定位性能,并獲得一份有關問題的清單以據此進行檢修。軟件根據多種標準要求給出分析結果,如ISO230—4,ASMEB5.54及ASME B5.57等。該軟件還可根據所測得的數據自動進行故障分離,并可按各項誤差所占比例(百分比)對它們進行比較排序。由于可按百分比給出結果,因而根據誤差相對重要程度,檢驗人員可立即知道機床的硬件或控制元件的哪一部分最需要維修。該軟件能在數據采集過程中自動實時地顯示出被測機床的實際進給量,并對可能出現的測試參數錯誤提出警告。為方便適應不同層次操作者的需求,該軟件采用多種工作模式:對于車間中多數機床操作者來說,由于所具備的儀器知識和電腦操作水平有限等原

  因,加上所維護的機床對象比較固定,因而需盡可能簡化操作步驟,所以專為該類用戶設定了一種“操作者模式”;對于許多科研人員來說,對球桿儀要求會更高,雷尼紹為該類用戶設置了更豐富的功能,并采用目前廣泛流行的符合XML規范的數據格式,以便擴充其應用領域,“高級模式”就是為該類用戶設置的;對于數控機床的各級質檢部門、設備改造維修服務等領域的人員,由于被測機床種類不確定,測試參數設置各不相

  同,所以專為該類應用設置了“快速模式”。

  經驗表明,80% 以上的機床在安裝時必須經現場調試后其性能才能達到技術指標。因此在新機床驗收時,要進行檢定,使機床一開始安裝就能達到其技術指標及預期的質量和效率。經驗還表明,80% 已投入使用的機床在使用一段時間后,處在非正常超性能工作狀態,甚至超出其潛在承受能力。因此通常新機床在使用半年后需再次進行檢定,之后可每年檢定一次。

  定期檢測機床誤差并及時校正螺距、反向間隙等可提高使用中的機床精度,改善零件加工質量,并合理進行生產調度和機床加工任務分配,降低廢品率,大大提高機床利用率。總之,采用最新的數控機床標準,依靠先進的“健康狀況”維護專家,及時揭示數控機床問題,可以避免機床精度的過度損失及破壞性地使用機床,從而得到更為理想的生產效益。

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