龙门五面加工中心数控精度恢复探索实施


1     背景介绍

数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备,已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的数控精度是影响其高精度性能的一个重要方面,因而也是数控机床确保加工过程中精度的一个重要项目。

公司 08 年购买的 TKA57200X400 型数控龙门五面加工中心,自安装投入生产后一直未进行数控精度的检测工作,无法满足高精度产品加工,经过对加工的工艺、程序、刀具、加工方法等进行了分析均没有问题,这就充分说明是机床的定位精度不能满足导致。

因此,针对次机床的精度问题,我们对机床各轴的传动机械机构进行了检查,在排除机械传动部位正常后,用大理石平尺对几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)进行检测调整,最后用激光干涉仪对数控精度进行检测、补偿、调整,最终使机床各项精度达到合格证允差范围内,并满足工件的加工要求。

2     实施过程

2.1    精度超差原因分析

TK57200 龙门五面加工中心各轴传动是由伺服电机连接丝杠通过丝母进行传动的,经过多年的使用,机床的几何精度超差,需要通过利用数控系统的补偿功能来提升机床精度和性能。

然而补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后且满足补偿所允许的范围内进行的,以此减少几何精度对定位精度的影响。

2.2    几何精度检测调整

2.2.1     床身平面度调试

X 轴两床身,先粗调主床身,如图 1 所示,在床身上横向放置两等高平尺,在两等高平尺上纵向放一平尺,通过垫铁使主床身两条导轨两端放置成水平,水平仪横向按

a、b、c、d 和纵向 e、f 的位置上,以相邻两垫铁为跨度,一跨一跨的往前测量,直到整条床身调试完成。粗调完成后放置 24 小时,以便于引力释放,然后同同样的方法精调,完成平面度的调整。

2.2.2     立柱、横梁几何精度的调试

立柱垂直度调整:将大理石平尺平放在工作台上,在XY 平面内检查两立柱的垂直。将角尺转 1800 重新检查, 这样便于消除角尺本身可能存在的误差,调整时松开连接梁,调整完毕后配制调整垫,用螺栓紧固。

调整两立柱的精度:将大理石角尺垂直放在工作台上,调整其在水平状态。大理石角尺放在与立柱相近的地方。调整时注意不要造成两立柱产生扭曲。

调整横梁几何精度:在进行横梁姿态和直线度检查之前,必须确保横梁平衡系统的工作完好,横梁平衡要保证在整个宽度上控制在 0.01mm 之内。

图片.png  

图 1  床身平面度调试

 

2.2.3     横梁与X 轴的平行度

可以使角尺的垂直面与 X 轴平行,测得直角尺的另一直角边与横梁 Y 轴平行度,通过 Y 轴运动可使其前后移动到合理内。

2.3    轴机械传动部位检查,消除机械间隙、滚珠丝杆副间隙

检查各轴传动部件,特别是丝杠两端背冒松紧度、轴承运行情况,本次在检查 Y 轴丝杠两端轴承时发现轴承保持架损坏,对此将两端轴承全部进行了更换。另外对滚珠丝杠螺母副进行检查,通过双螺母结构进行消除间隙,在施加预紧后看传动是否平稳、运行中是否产生爬行形象。

2.4    螺距误差补偿

利用激光干涉仪,通过激光器系统来比较轴位置上的数显读数与激光器系统测量的实际位置,测量线性定位精度和重复定位精度。 若结果不符合,进行补偿分析,然后将分析得出的数据再补偿到系统中进行测量,如此循环, 直到得出的结果合格为止,整体按以下步骤进行:

①补偿前的参数设定;

②补偿前的准备工作;

③设定补偿参数和编写程序;

④测量和补偿数据。

2.4.1     测量

  图片.png

图 2  补偿前反向间隙测量图

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图 3  补偿后的测量图

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图 4  经过补偿后的测量图


 

数控精度标准定位精度、重复定位精度和反向间隙。从参考点开始向各点逐点快速移动可以检测出定位精度。运行到负向最末点,调头返回逐点移动检测出反向间隙。不间断反复检测 5 次可检测出比较准确的重复定位精度。如图 2,未经补偿前,Y 轴反向间隙 0.035mm。

2.4.2     反向间隙补偿

得出第一次测量的图形和数据后,进行反向间隙补偿,综合定位精度等因素考虑,快速移动时取中间值

0.03mm,即补偿为 30μm,因此分别设置 No.1851‘=30 和

No.1852’=30。补偿后结果如 3 所示,Y 轴实测反向间隙为

0.14   mm。

2.4.3 螺距误差补偿

补偿完反向间隙后,进行螺距误差补偿,根据测量结果会得出一组相应的补偿数据。经过数控补偿后测量结果见图 4 所示,Y 轴的定位精度为 0.02mm,重复定位精度

0.15   mm,反向间隙 0.005mm,其中反向间隙在反复测量后,在进行螺距补偿过程中,根据系统分析得出的补偿值和反向间隙,对前面的反向间隙补偿再次进行覆盖,当定位精度和重复精度精度全部补偿合格后,反向间隙值也达到最佳状态,此时该轴的数控精度全部合格,满足加工要求。

3  结论

结合 TK57200 龙门五面加工中心数控精度恢复,从中总结出同类数控机床的精度恢复,需要对各轴机械故障进行排除,传动机构的机械间隙消除,几何精度整体检测调整,在确保以上全部无问题后,利用雷尼绍激光干涉仪器进行了反向间隙和螺距补偿工作,最终确保了机床数控精度满足生产加工工艺的精度要求。


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