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数控机床精度标准与功能强大的检测工具

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数控机床精度标准与功能强大的检测工具

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公司动态
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2013/12/17 00:00
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  在机床加工精密零件之前,事先知道它能否生产出好的零件是极其重要的,这对于减少废品数目和机器停工时间非常有效。目前已经有许多企业认识到这一点,并已开始广泛采纳国际标准IS0230、美国ASME B5.54机床标准或中国GB标准来保证数控机床能“健康”地工作,从而提高生产率。

  1 数控机床常见精度及传统检测方法

  (1)几何精度。

  包括直线度、垂直度、平面度、俯仰与扭摆和平行度等。传统方法采用大理石或金属平尺、角规、百分表、水平仪、准直仪等工具,多用于小型机床,由人工操作,手工记录数据与计算,精度低。

  (2)位置精度。

  数控机床位置精度包括定位精度、重复定位精度和微量位移精度等。传统方法采用金属线纹尺或步距规、电子测微计和准直仪等工具进行测量。当机床规格稍大时,传统方法采用的相应的标准器件很重,受环境温度的影响大,且精度太低,检验过程极其冗长乏味,检验重复性也很差,数据处理必须手工进行,繁琐、易出错,难以反映受检机床的真正精度。

  (3)工作精度。

  美国NAS(国家航宇标准)979在20年前就制定了标准化的“圆形一菱形一方形”试验方法(现在是CMTBA的标志)。实施时,要准备铸铁

  或铝合金试件、铣刀及编制数控切削程序。用高精度圆度仪及高精度三坐标测量机检验试件精度。该方法需要仔细定义试件的切削方法和测量切削结果,它可能要花几天时间,而且依赖于计量室的条件。

  2 新技术突破了传统检测方法

  对任何工厂来讲,购买数控机床的费用都是一笔相当可观的投资。因此,使数控机床设备在生产中发挥中坚作用,尽快回收成本是至关重要的。

  一般来说,在零件加工完毕后发现机床加工质量问题常常为时过晚。对负责车间效率的人员来说,理想的解决办法是在工件加工前对机床性能和精度进行检验。雷尼绍ML10 Gold激光干涉仪和QC10球杆仪是实现该目标的强有力的工具。

  检定机床性能和精度并非一种新想法,只是没有实用化。美国NAS(国家航宇标准)979无法评估机床的所有性能,“圆形一菱形一方形”检验的大多数切削运动是在X-Y平面上进行的,因此沿X-Z和Y-Z平面上的精度大部分没有测定。一家航空航天工厂发现,通过“圆形一菱形一方形”检验的机床,再用QC10球杆仪检查发现在X-Z和Y-Z平面上的随动误差竟达800 m。

  美国国家标准B5.54中提出了“一日测试”。它实际上是多项测试的简化,是从标准整体中摘出的。该测试适用于有3个直线轴的机床。用球杆仪和激光干涉仪进行这种测试的最主要的部分是尺寸和精度的检定。经修定的NAS仍然需要进行试切削,以证实机床功能正常。但它不是检定机床能够达到的精度指标。“一日测试”包括:直线位移精度;双向重复精度;空间位置精度;采用激光干涉仪对对角线位移精度进行测量和确定两轴联动轮廓性能

  购买B5.54“一日测试”的一套基础硬件和软件费用大约4万美元,包括球杆仪、激光干涉仪系统。这是一套完整的系统,它根据ASME B5.54(也能按中国GB/I"17421—2000标准)采集和报告机床性能数据,并有一套符合ISO230规定而完全可溯源的机床性能评估程序。激光干涉仪系统可选用自动误差补偿软件,它产生G代码来驱动机床,获取及比较定位数据并重写机床的CNC螺距误差补偿文件。

  3 雷尼绍数控机床“健康状况"维护专家

  3.1 ML10 Gold激光干涉仪

  众所周知,激光的波长是极其稳定的,因此在国际标准中激光干涉仪是唯一公认的进行数控机床精度检定的仪器。它可以测量各种规格尺寸的机床,诊断和测量各种几何误差。其精度比传统技术至少高10倍以上。激光干涉仪可自动进行数据采集,节省时间,避免操作者误差。它以PC机为基础,避免了人工计算,可以立即按国际标准和我国国标进行统计分析。

  雷尼绍公司的ML10激光干涉仪目前畅销全球。

  最新推出的升级产品——ML10 Go ld激光干涉仪在系统材料、功能配置及应用领域均有大幅度改善和提高,优于市场上的同类产品。例如:系统精度从±1.1 m提高到±0.7 btm;激光稳频精度从±0.1 m提高到±0.05 m;采用适合中国国情的宽带电源,即工作电压85~265 V;Windows95/98/NT下的Laser 10软件使用简单,功能丰富。

  ML10 Gold激光干涉仪为机床检定提供了一种精度高、测量范围大(直线测长40 m,任选80 m),测量速度快(60 m/min)、分辨率高(0.001肚m)、便携性好的工具,而且雷尼绍激光干涉仪由于具备自动误差补偿功能,可方便恢复机床精度,受到了用户欢迎。

  (1)几何精度检测。

  使用ML10 Go ld激光干涉仪、直线度光学镜、垂直度光学镜、平面度光学镜、角度镜组件等,可检测直线度、垂直度、平面度、俯仰与偏摆、平行度等精度。特别是雷尼绍直线度光学镜具有其独特的专利设计,大大改善了调光的复杂程度。

  (2)定位精度的检测及其自动补偿。

  利用雷尼绍ML10 Go ld激光干涉仪不仅能自动测量机床的误差,而且还能通过RS232接口,自动对其线性位移误差进行补偿,上述过程比通常的补偿方法节省了大量时间,并且避免了手工计算和手动数据输入引起的操作者误差,同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数,使机床达到最佳精度。

  目前,可供选择的自动补偿软件有Fanuc,Siemens800系列,NUM,Mazak,Cincinnsti Acramatic等。

  (3)数控机床动态性能检测。

  利用激光干涉仪和RENISHAW 动态特性测量与评估软件,可进行机床振动测试与分析(FFT)、以及滚珠丝杠的动态特性、伺服驱动系统的响应特性和导轨的动态特性(低速爬行)等测试与分析3.2 QC1O球杆仪

  QC10球杆仪是一种快速(10~15 min)、方便、经济地检测数控机床两轴联动性能的仪器,可用于取代工作精度的NAS试件切削。尽管对一台CNC机床进行综合测试比较复杂,但雷尼绍公司新近推出的基于Windows95/98/NT操作系统的全中文界面的球杆仪新软件,使机床测试和误差诊断变得容易而且易懂。

  使用名为Ballbar 5的误差测量及诊断软件,维修人员在几分钟内便能测量机床的插补和定位性能,并获得一份有关问题的清单以据此进行检修。软件根据多种标准要求给出分析结果,如ISO230—4,ASMEB5.54及ASME B5.57等。该软件还可根据所测得的数据自动进行故障分离,并可按各项误差所占比例(百分比)对它们进行比较排序。由于可按百分比给出结果,因而根据误差相对重要程度,检验人员可立即知道机床的硬件或控制元件的哪一部分最需要维修。该软件能在数据采集过程中自动实时地显示出被测机床的实际进给量,并对可能出现的测试参数错误提出警告。为方便适应不同层次操作者的需求,该软件采用多种工作模式:对于车间中多数机床操作者来说,由于所具备的仪器知识和电脑操作水平有限等原

  因,加上所维护的机床对象比较固定,因而需尽可能简化操作步骤,所以专为该类用户设定了一种“操作者模式”;对于许多科研人员来说,对球杆仪要求会更高,雷尼绍为该类用户设置了更丰富的功能,并采用目前广泛流行的符合XML规范的数据格式,以便扩充其应用领域,“高级模式”就是为该类用户设置的;对于数控机床的各级质检部门、设备改造维修服务等领域的人员,由于被测机床种类不确定,测试参数设置各不相

  同,所以专为该类应用设置了“快速模式”。

  经验表明,80% 以上的机床在安装时必须经现场调试后其性能才能达到技术指标。因此在新机床验收时,要进行检定,使机床一开始安装就能达到其技术指标及预期的质量和效率。经验还表明,80% 已投入使用的机床在使用一段时间后,处在非正常超性能工作状态,甚至超出其潜在承受能力。因此通常新机床在使用半年后需再次进行检定,之后可每年检定一次。

  定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等可提高使用中的机床精度,改善零件加工质量,并合理进行生产调度和机床加工任务分配,降低废品率,大大提高机床利用率。总之,采用最新的数控机床标准,依靠先进的“健康状况”维护专家,及时揭示数控机床问题,可以避免机床精度的过度损失及破坏性地使用机床,从而得到更为理想的生产效益