加工中心的精度是衡量机床性能的一项重要指标,也是加工中心在安装完成后必经的检验过程。精度检验内容主要包括数控机床的几何精度、定位精度和加工精度等,不同类型的机床对这些方面的要求也不尽相同。数控机床种类繁多,因此,对不同的机床进行检验时需要有一个统一的标准和方法。本章以《精密加工中心检验条件》(GB/T20957.2—2007)为标准,具体介绍加工中心常用几何精度检验方法。
加工中心几何精度检验常用的检验工具有:精密水平仪、平尺、角尺、检验棒、等高垫块、千分表等。检验工具的精度必须比所测几何精度高一个等级。精度检验常用的工具、量具、检具如表5-1所示。
表5-1 精度检验常用的工具、量具、检具
一、加工中心几何精度的概念
加工中心几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度。它是指加工中心在不运动的情况下检测的精度,也称为静态精度。几何精度检验必须在地基完全稳定、地脚螺栓处于压紧的状态下进行。考虑到地基可能随时间而变化,一般要求机床使用半年后,再复校一次几何精度。
机床几何精度还决定了加工过程中各主要零部件之间以及这些零部件运动轨迹之间的相对位置容差。几何精度直接影响机床的加工精度。
二、常见几何精度检验项目
加工中心常见的几何精度检验项目主要有:工作台面的平面度、线性运动的直线度、线性运动的垂直度、主轴轴向窜动、主轴端面跳动、主轴锥孔径向跳动、主轴轴线与Z轴线运动间的平行度等二十多项,表5-2所示为其中部分检验项目。
表5-2 加工中心部分典型几何精度检验项目
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三、常见几何精度的检验方法
下面以VMC600立式加工中心为例,简要地介绍加工中心部分典型项目几何精度的检验方法。
1.机床水平调整
检验工具:水平仪、调整扳手。
检验方法:将机床工作台移动至中间位置,将2个水平仪分别横向、纵向放在工作台上,目测分别与X轴、Y轴平行,调整机床的4个地脚,同时查看水平仪的读数,确保调整后的水平仪2个方向的读数在0.04 mm范围以内,至此机床水平调整完成(图5-1),水平仪的读数即为机床的水平。
2.X轴线运动的直线度
检验工具:等高垫块、平尺、磁性表座、千分表、塞尺。
检验方法:
(1)在XY平面内的直线度如图5-2所示。
将等高垫块放置在工作台上,平尺沿着X轴水平放置在等高垫块上,目测平尺测量面与X轴平行。将磁性表座吸附在主轴上,千分表触头触及平尺测量面,移动X轴,用橡皮锤调整平尺,使平尺两端读数基本一致。重新打表,移动X轴,使触头从平尺测量面一端移动至另一端,读数的最大误差就是X轴线在XY平面内运动的直线度。
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图5-1 机床水平调整
图5-2 X轴线运动的直线度(XY平面)
(2)在XZ平面内的直线度如图5-3所示。
将等高垫块放置在工作台上,平尺沿着X轴竖直放置在等高垫块上,目测平尺测量面与X轴平行。将磁性表座吸附在主轴上,千分表触头触及平尺测量面,移动X轴,用塞尺垫入平尺下方,使平尺两端读数基本一致。重新打表,移动X轴,使触头从平尺测量面一端移动至另一端,读数的最大误差就是X轴线在XZ平面内运动的直线度。
3.Z轴线运动和X轴线运动间的垂直度(图5-4)
检验工具:等高垫块、千分表、磁性表座、方尺。
检验方法:将等高垫块放置在工作台上,方尺沿着X轴竖直放置在等高垫块上,目测平尺测量面与X轴平行。将磁性表座吸附在主轴上,固定主轴,千分表触头触及平尺测量面,移动X轴,用塞尺垫入方尺下方,使方尺两端读数基本一致。千分表触头触及方尺垂直方向的测量面,移动Z轴,使触头从角尺测量面一端移动至另一端,读数的最大误差就是Z轴线运动和X轴线运动间的垂直度。
图5-3 X轴线运动的直线度(XZ平面)
图5-4 Z轴线运动和X轴线运动间的垂直度
4.主轴轴线和Z轴线运动间的平行度
检验工具:检验棒、千分表、磁性表座。
检验方法:
(1)平行于X轴线的ZX垂直平面内的平行度。
将X轴线置于行程的中间位置,将检验棒插入主轴,将磁性表座吸附在工作台上,使千分表触头沿X方向触及检验棒,移动Y轴寻找最高点。然后移动Z轴,使触头从检验棒一端移动至另一端,读取最大差值,旋转主轴180°;重复上述步骤,两次测量得到的最大差值的平均值就是ZX垂直平面内主轴轴线和Z轴线运动间的平行度。
(2)平行于Y轴线的ZY垂直平面内的平行度。
将X轴线置于行程的中间位置,将检验棒插入主轴,将磁性表座吸附在工作台上,使千分表触头沿Y方向触及检验棒,移动X轴寻找最高点。然后移动Z轴,使触头从检验棒一端移动至另一端,读取最大差值,旋转主轴180°。重复上述步骤,两次测量得到的最大差值的平均值就是ZY垂直平面内主轴轴线和Z轴线运动间的平行度。
5.主轴周期性轴向窜动/主轴端面跳动
检验工具:主轴检验棒、磁性表座、千分表。
检验方法:将磁性表座吸附在工作台上,千分表触头触及主轴端面,旋转主轴2圈以上,读数的最大误差就是主轴端面跳动。
将检验棒插入主轴,检验用的钢珠用润滑脂吸附在检验棒下端,磁性表座吸附在工作台上,千分表表头换平表头,平表头触及钢珠,旋转主轴2圈以上,读数的最大差值就是主轴的轴向窜动。
6.主轴锥孔的径向跳动
检验工具:主轴检验棒、磁性表座、千分表。
检验方法:靠近主轴端,将主轴检验棒插入主轴锥孔内,将磁性表座吸附在工作台上,千分表触头触及检验棒,旋转主轴2圈以上,读取最大差值。拔出主轴检验棒,旋转90°,重新插入主轴,测量并读取最大差值。重复一次上述步骤。4次最大差值的平均值即为主轴锥孔的径向跳动。移动Z轴使千分表触头触及距主轴端部300 mm处,按靠近主轴端相同的方式测量。
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