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2023-11-16 14:36


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如何提升機床加工精度
掌制源 切削視界 2023-11-13 17:01 發(fā)表于廣東
當傳統(tǒng)檢測工具無法全面評估機床誤差的整體情況, 無法滿足當代機床尤其是五軸機床加工的精度和效率要求方面的發(fā)展時,如何提升機床加工精度?
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機床加工精度的提升一直是機床制造商所追求的目標。然而,加工精度受到多種因素的影響,包括機床導軌的安裝誤差及床身部件裝配缺陷所帶來的各種幾何誤差、空間定位誤差等原因。這些誤差若無法有效消除或降低,將直接影響機床的最終加工精度,進而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和效能。機床制造商在面對這一挑戰(zhàn)時需要尋求解決方案。
隨著科技的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)檢測工具已無法滿足當代機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量工具,通過測量特定位置的參數(shù)來評估機床的定位精度。然而,這種方法只根據(jù)該測量位置的測量結(jié)果對該機床的定位精度下結(jié)論,往往無法全面評估機床誤差的整體情況,這個問題在五軸機床加工中更加突出。為了解決這一難題,作為國內(nèi)先進的五軸加工中心制造商之一的廣東今科機床有限公司(以下簡稱今科)引入雷尼紹全方位機器校準方案,為其機床從裝配、整機校準驗收、故障排除乃至日常精度維護等各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量把關(guān)。
?機床裝配

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床身基準在機床裝調(diào)精度中扮演著重要的角色,尤其對于精密機床而言,從鑄造底座開始,就需要嚴格控制其精度。今科主要把XK10應(yīng)用于機床裝配階段,以確保機床在裝配過程中的各項幾何精度,例如直線度、平面度、垂直度和平行度等。在引入雷尼紹 XK10激光校準儀之前,機床裝配過程中僅能依賴一些傳統(tǒng)工具進行校準,如百分表、 千分表、大理石方尺和自準直儀等。然而,這些工具不僅需要大量的空間來存放,還需要多名操作人員的協(xié)作才能完成校準工作。此外,這些工具極度依賴操作人員的熟練程度,需要定期維護工具并手動記錄和存盤檢測數(shù)據(jù)。

然而,隨著XK10激光校準儀的引入,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的機床。這一技術(shù)的引入不僅使得操作更加簡便和快捷,同時也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動存盤,方便追溯和管理。這種數(shù)字化、信息化管理方式為機床裝配過程帶來了便利,同時提升了整體的效率和準確性。今科技術(shù)總監(jiān)邵建卓先生給予雷尼紹XK10激光校準儀極高的評價:“XK10激光校準儀非常輕便,操作人員不再需要搬運笨重的大理石,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。”
在檢測直線度方面,XK10給今科留下了深刻的印象。使用XK10只需要進行一次測量,就能獲得水平方向和垂直方向的兩個直線度數(shù)據(jù)。以往在檢測不共面的導軌平行度時,他們需要定制夾具進行檢測,這無形中增加了成本。對于一些特殊結(jié)構(gòu)的機臺而言,傳統(tǒng)工具甚至無法完成檢測工作。邵總監(jiān)表示:“XK10不僅提高了裝配效率,同時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間內(nèi)交付產(chǎn)品,提高了市場競爭力,并獲得了更多的訂單。”
機床行業(yè)要求非常嚴格,對功能、性能和精度的穩(wěn)定性都有高度要求。我們很早就開始引入雷尼紹全系列的校準產(chǎn)品,并且得到了技術(shù)支持的全面支持。在這個過程中,我們也學習到了很多測量方面的技術(shù)知識。
——鄺錦富總經(jīng)理廣東今科機床有限公司(中國)
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?機床驗證

當前機床結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,工件制造工藝也日趨精密。僅測量線性性能是遠遠不夠的。軸結(jié)構(gòu)的摩擦效應(yīng)和其他故障會導致軸在移動時旋轉(zhuǎn),造成機床組件的指定位置和實際位置之間出現(xiàn)偏差。這些“角度”和“直線度”影響會出現(xiàn)嚴重的特征位置誤差或輪廓和表面偏差,最終導致工件尺寸誤差不達標,增加廢品率。
在機床裝配完成后,技術(shù)人員需要對整機性能和各項精度進行驗證,并在需要時進行機臺校準或補償。目前,今科使用雷尼紹XM-60多光束激光干涉儀針對五軸機床進行驗證,包括直線軸誤差來源分析、空間精度檢測、空間精度補償、動態(tài)直線度檢測以及機床定位精度的不確定度分析等。
今科選擇XM-60主要是因為他們了解到單光束激光干涉儀存在局限性。單光束激光干涉儀采用單參數(shù)測量,無法同時獲得光路在兩個方向的準確移位,也無法測量出被測機器在測量行程中不同位置的角度,如滾動角,這導致無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對機器軸的某個位置進行定位精度檢測合格,便認為該軸基本滿足加工要求。然而,在實際加工過程中,仍然存在一些已通過定位精度驗收的機器出現(xiàn)零件加工質(zhì)量問題。這是因為這些機器可能存在較大的各種角度誤差,無法滿足整個機器空間精度的要求。
換句話說,檢測結(jié)果也僅基于該測量位置的結(jié)果對機床的定位精度做出結(jié)論,缺乏對軸的空間誤差信息的全面體現(xiàn),確實不夠全面。在機床精度驗證的實際應(yīng)用中,經(jīng)常出現(xiàn)同一軸線在不同檢測位置的定位精度可能相差很大,尤其在五軸機床的加工中,這個問題尤為突出。
在市場上尚未出現(xiàn)多光束激光校準儀之前,廠商一般使用單光束激光干涉儀對精密機臺進行檢測,不過每次架設(shè)僅能測量一個誤差參數(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)軸校準儀對機臺進行檢測,邵總監(jiān)說道:“在引入雷尼紹 XM-60激光校準儀后,我們發(fā)現(xiàn)它具有更高的測量效率,可以大幅簡化操作設(shè)定,一次架設(shè)就能完成6個自由度的誤差測量,包括滾動角的測量,并且結(jié)合軟件能夠快速分析誤差來源。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)用于五軸機床的校準與驗證,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)。其他機型今科仍然依賴XL-80激光干涉儀進行檢測。
?XL-80激光干涉儀和XR20回轉(zhuǎn)軸校準儀針對機臺進行檢測
雷尼紹XM-60是市場上先進的采用干涉原理測量角度和線性,并將采用位敏組件(PSD)測量直線度的簡便性集于一體的四光束系統(tǒng),其封裝尺寸大大減小。XM-60通過將激光光束與機床軸準直直接測量機床誤差,相較于其他測量技術(shù)使用復(fù)雜數(shù)學計算求得機床誤差的方法,XM-60的方法具有可溯源性。另外有別于其他產(chǎn)品,XM-60采用專利保護的光學原理滾動測量技術(shù),不依賴重力可在任何方向直接進行滾動角測量。
?快速故障診斷

在機床經(jīng)過驗證和校準后,并在發(fā)貨給客戶之前,今科技術(shù)人員會使用雷尼紹QC20球桿儀進行快速故障診斷, 模擬實際操作以檢測機臺的綜合精度。有需要時他們會對機臺進行修正和補償,以確保所有機臺在出廠前處于最佳狀態(tài)。邵總監(jiān)說道:“QC20球桿儀可以在10分鐘內(nèi)檢測出機床的多項運動誤差,幫助我們快速識別加工質(zhì)量未達標準的原因,方便我們追蹤和解決相關(guān)問題。”
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使用QC20球桿儀進行快速故障診斷, 模擬實際操作以檢測機臺的綜合精度
雷尼紹QC20球桿儀配合Ballbar Trace(球桿儀循跡)軟件可以根據(jù)國際標準快速驗證五軸機床的精度,例如ISO 10791-6標準,該標準旨在驗證具有三個線性軸和一個或兩個旋轉(zhuǎn)軸的四軸和五軸機床的運動精度。由該標準定義的刀尖跟隨測試可以使用QC20球桿儀完成。在多軸移動期間,機床會試圖保持刀尖和工件特定位置之間的固定距離。球桿儀可以測量刀尖與工件之間的任何偏差,并根據(jù)此測量結(jié)果評估輪廓加工性能(稱為刀尖跟隨測試)。

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