基于保证大型数控机床装配精度的方法应用.pdf

工艺与检测 T e c h n 0 Io g y a n d T e s f 竞争实力 ， 必须以最根本的制造精度为基础 ， 不断提高 国产大型数控机床 的加工精度 ， 以满足 国内客户 的加 工需求。 数控机床的制造精度在很大程度上取决于装配精 度 ， 受客观条件的制约和传统主观装配因素的影响， 装 配精度的理论性大于实践性 ， 也就是说 ， 现在虽然能意 识到装配精度 的重要性 ， 但在实际的实施过程中， 各方 面对装配工艺的执行还不到位 。 综上所述 ， 要提高数控机床的制造精度 ， 尤其是大 型数控机床 ， 更得从根源上消除或降低不利 于装配精 度的各种影响因素 ， 以先进的分析和测量工具为保障 ， 确保数控机床的整体精度和可靠性。 1问题的来源 数控旋压机广泛应用于军工和民用等领域的加工制 造业， 特别是随着航空航天事业的飞速发展， 为提高我国 军工技术的国际竞争力， 大型数控旋压装备应运而生 ， 其 加工能力和加工精度是重要的前提和基础。因此， 相应 的保证大型旋压机床精度的措施也应合理和可靠。 某大型立式强力旋压机 图 1 ， 总重量 5 0 0多吨 ， 高度将近 1 3 13 “1 ， 主机占地面积约为 1 5 m1 2 I13 ． ， 总功 率 1 2 0 0 k W， 其工作台直径 ① 2 8 0 0 mm， 加工直径范围 范围 1 8 0 0～2 6 0 0 mm， 横 向旋压 推力 可达 1 0 0 0 k N， 并且要求回转工作台的端 面跳动和径 向跳 动不超 过 0 ． 0 3 5 I T l m， 如此高的加工能力和加工精度 ， 对机床 整体的装配精度和装配刚性都是一项严峻的考验。因 此 ， 为提高装配的准确性 和合理性 ， 避免重复劳动 ， 确 保装配过程的顺利完成 ， 必须借助先进仪器 和分析软 件 ， 为装配工作提供切实可行的技术保障。 l 一连接梁；2 一滑板组件；3 一旋轮头；4 一立柱； 5 一底座；6 一主轴箱；7 一横向伺服油缸；8 一纵向防护 附件；9 一平台附件；1 0 一护栏附件；1 1 一纵向伺服油缸。 图1机床总体外观图 2 装配流程和关键点 对于大型数控机床 ， 制定严格的装 配工艺是装配 1 5 0 实施 的前提和基础。根据多年积累的装 配经验 ， 结合 该机床的使用功能和结构特点 ， 其装配流程如图 2 。 ● 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 ‘ ‘ ‘ ‘ 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 _ 一I 。 。 。 ’ ’ 。 ’ ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ ‘ ‘ ‘ _ 一l 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 。 一 [ 二 垂 亘 至 ] _．{ 蠢 凌 爰 卜 二 i ] 从图 1中我们可以看到， 组成该机床的零部件体积 较大， 相互之间的联接通过螺栓或螺钉来实现 ， 因此， 对 于螺纹联接的每一处预紧力 ， 都需要有一个相对准确的 数值 ， 以保证联接处的刚性， 进而才能保证整机的刚性 要求 ； 另外 ， 该大型旋压机为三旋轮立式整体框架结构 ， 三旋轮横向进给轴线夹角要求在 1 2 0 。 7 ． 5 以内， 如图 3 a 所示。另外 ， 还要保证三旋轮 中心轴线与工作 台中 心轴线的最大偏差 e 不超过 5 m m， 如图 3 b所示。对于 如此大型的机床， 还要保证这样高的精度 ， 一般的测量 手段很难实现。因此 ， 在进行立柱部件的装配调整时 ， 必须借助相应精密仪器的测量才能完成。 图3 轴心夹角和偏差示意图 3技术应用 3 ． 1 有 限元分析计算 要确保该大型装备获得足够的整体 刚度 ， 必须在 装配过程中对零部件 的关键联接处的螺栓施加足够的 预紧力 ， 尤其是大公称直径的螺栓 ， 螺栓施加预紧力的 数值影响螺纹联接质量 ， 其联接质量又从根本上决定 了机床最终 的整体性能。 通过统计 ， 该机床部件之间联接使用的螺栓规格 主要是 M3 6和 M3 0两种 。通 常用于紧 固处承受载荷 较大的零部件 ， 拧紧时所需要的力需要结合设备的工 况来进行计算 ， 另外还要根据以往 的经验和借助分析 软件， 辅助进 行对 比和校对 ， 以找 到理 想的预紧力数 - ／ 簪 。 u 0 f 工艺与检测T e c h n 0 Io g y a n d T e s1 和运 行稳定 性 。 激光干涉仪是一种以波长作为标准对被测长度进 行测量的仪器 。随着激 光干涉仪测 量技术 的不 断提 高 ， 测量软件的不断开发其测量范围越来越广泛， 特别 是在测量数控机床位置精度方面用途最为广泛 。其测 量流程如 图7所示。 仪器安装调试 确定测量 目标位置 确定采集数据方式 机械调整或补偿卜_ 1 分析测量数据卜 卜 选取评定方法 图7 激 光干涉仪检测流程 以纵 向坐标 为例说 明测量 和调整的过程。首先 ， 检验纵向运动时的误差 ， 记录整个行程上的数值。其 次 ， 根据误差的大小情况 ， 比如直线度 、 偏摆误差、 俯仰 角度误差等 ， 对相应的机械部件进行适 当的调整 。最 后 ， 再次检测纵 向坐标轴的线性误差 ， 根据激光干涉仪 软件分析 出的检测结果 ， 进行补偿 ， 需反复多次测量 ， 才能确保设备的最终位置精度。 4验证分析 在该大型数控机床的装配过程中， 以提高整体的 装配精度为 目标 ， 灵活采用了多种方式方法 ， 并且按照 装配工艺规程的具体工序 内容 ， 严格进行 每一步的操 作步骤， 最终顺利完成了机床装配工作。 根据制造合 同中对该机床精度的相关要求， 在机床 机电液联调和试运行工作完成后 ， 质检人员认真检测 了 机床的几何精度和位置精度， 主要测量结果如表 1 。 表 1 机床主要精 度指标 实测值 一览表 数值 精度要求值／ tu r n 实际测量值／ mm 作 台径向跳动 0 ． 1 5 0 ． 1 2 T 作 台端 面跳 动 O ． 1 O 0 ． 0 4 导轨对工作 台垂 直度 0 ． 0 4 0 ． O 2 旋轮夹角误 差 7 ． 5 3 ． 5 三旋轮于主轴轴线偏 差 7 ． 5 3 横 向定位精度 ≤0 ． 0 6 0 ． 0 2 5 纵向定位精度 ≤0 ． O 8 0 ． 0 4 以上结果表明 所有精度指标全部合格 ， 而且有些 指标远远高于最初 的合同设计要求 ， 对于如此大型的 设备， 能达到如此的精度 ， 与装配时所进行 的相关工作 是分不开的， 也正是这些先进可靠的检测 、 分析等方法 手段的实施 ， 为保证机床的精度奠定了坚实的基础。 5 结语 由以上大型数控机床装配工作 中相关方式方法的 实施过程 ， 结合机床结构和生产制造 的实际情况 ， 总结 出以下几点心得供大家参考 1 国内外数控机床生产制造的实践证 明， 保证 装配精度是提升数控机床可靠性 、 稳定性的重要途径 之一 。把握好装配各环节 的质量 ， 加之装配过程 的精 细化 ， 规避不利因素， 可从根本上大幅度提高设备的加 工精度。 2 数控机床的装 配工作是一个系统工程 ， 由零 件到部件直到整机 ， 以及整机的试运行和调试工作 ， 过 程中的每一个环节都非常重要 ， 因此， 采用合理 、 可靠 、 实用 、 简便的手段和方法 ， 对装配精度的保证和提高至 关重要。 3 大型数控机床 ， 尤其是精度较高 的设备 ， 其装 配方法一般无可借鉴的经验， 但是 ， 经过详细论证 ， 大 胆探索一些行之有效的辅助装配 的措施和手段 ， 可以 起到事半功倍的作用。 4 大型数控机床的装配是一个实践性很强 ， 而 且较为灵活的技术 ， 通过装配过程 的实际操作 和经验 总结 ， 可以培养提高技术和技能人员的自身业务水平 ， 为大型同类或其他设备 的装配奠定基础 ， 并增强制造 企业 的社会竞争力。 参考文 献 [ 1 ] 王海涛 ， 李初哗．螺栓预 紧力分析计算在提 高机床装配精度 上的研 究应用 [ J ] ．制造技术与机床 ， 2 0 1 3 1 1 2 81 3 1 ． [ 2 ] 王海涛 ， 李初哗 ， 丁立欣 ．基 于提高大 型精 密零件 刮削精 度 的有限 元法应用 [ J ] ．制造技术与机床 ， 2 0 1 1 1 2 4 95 1 ． [ 3 ] 王海涛 ， 李初 哗 ， 马岩．结 构优 化技 术 在产 品设 计 创新 中的应 用 [ J ] ．航空制造技术 ， 2 0 1 0 2 2 6 97 1 [ 4 ] 现代实用机床设计手册编委会 ． 现代实用机床设 计手册 上册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 机床设计手册 编写组．机 床设计 手册 第三册 [ M] ．北京 机械 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 6 ] 王启义． 中国机械设计大典 [ M] ． 南 昌 江西科学技术 出版社 ， 2 0 0 2 ． 第一作者 王海涛， 男， 1 9 7 0年生， 高级工程师， 主 要从事数控设备的研制 、 开发 工作， 研究方向为先进制 造工艺与装备 ， 已发表论文 3 0余篇。 编辑李静 收稿 日期 2 0 1 31 21 7 文章编号 1 5 0 1 3 8 如果您想发表对零文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 。 U l 3 l