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大型高精度數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
發(fā)布日期：2016-04-12 來源：《上海設(shè)備管理》
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隨著我國改革開放的不斷深入，國內(nèi)各行各業(yè)都面臨提高綜合加工能力以與國際接軌的現(xiàn)實，各類數(shù)控機(jī)床得到廣泛的應(yīng)用，大型、高精度數(shù)控機(jī)床更是決定了裝備制造企業(yè)的競爭能力。正是在這一背景下，上海電氣集團(tuán)組建了臨港重裝備制造基地，旨在形成電氣集團(tuán)的特大、重型、高精度超限裝備制造能力，以支撐上海裝備制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在其一、二期建設(shè)項目中，共引進(jìn)了30 余臺代表世界先進(jìn)水平的特大型高精度數(shù)控機(jī)床，委托我公司進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試階段的監(jiān)理工作。
在監(jiān)理實踐中，我們認(rèn)識到大型高精度數(shù)控機(jī)床設(shè)備在安裝調(diào)試過程中的安裝環(huán)境條件；主導(dǎo)軌的幾何精度檢測與調(diào)整；床身定位精度和重復(fù)定位精度的檢測與調(diào)整；靜壓導(dǎo)軌相關(guān)面調(diào)整工藝方法等環(huán)節(jié)需要監(jiān)理重點加以控制。
一、監(jiān)理關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制
1、安裝環(huán)境溫度的影響
大型精密設(shè)備都會涉及安裝環(huán)境溫度，在訂設(shè)備時供方會詢問安裝環(huán)境的溫控措施，強(qiáng)調(diào)溫度變化所產(chǎn)生的影響，但由于訂貨人員對溫控方面的掌控條件了解不夠等原因，技術(shù)協(xié)議中往往未列入這方面的要求。這些設(shè)備盡管加工范圍很大，X 方向達(dá)30 m，Y 方向逾10 m，重量達(dá)800～1000t，而幾何精度、定位精度仍需達(dá)到中型設(shè)備的水平。如重復(fù)定位，很多大型設(shè)備都能達(dá)到0.01mm的誤差水準(zhǔn)，但要保持幾何精度則比中小型設(shè)備困難許多，因此必須關(guān)注環(huán)境溫度等熱態(tài)因素對設(shè)備幾何精度、位置精度的影響。
2、機(jī)床幾何精度檢測
為驗證因環(huán)境溫度差異導(dǎo)致對機(jī)床幾何精度的影響，分別在冬、夏季，對捷克產(chǎn)SKODA-HCW4-300鏜銑床在不同環(huán)境溫度條件下進(jìn)行了幾何精度檢測，檢測結(jié)果見表1。
從表1中可知在不同環(huán)境溫度下幾何精度檢測的誤差，這一誤差對機(jī)床的加工性能有重要的影響，所以在實際檢測和調(diào)整工作中，必須做好對環(huán)境條件的檢測和分析，并根據(jù)不同溫度條件下的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行快速和有效的分析，以確定最佳調(diào)整方案，滿足最終交付精度的要求。
二、主導(dǎo)軌幾何精度檢測與調(diào)整
上海電氣電站設(shè)備有限公司臨港工廠有幾十臺投資約5000萬元的進(jìn)口大型高精度數(shù)控機(jī)床。如意大利Tacchi 數(shù)控250t重型臥車、意大利彼特卡拉奇數(shù)控8m立車等。其中，大型高精度進(jìn)口數(shù)控機(jī)床如意大利FAF260數(shù)控落地鏜銑床，其床身長30m，床身直線度安裝調(diào)正精度要求極高，是監(jiān)理控制的關(guān)鍵點。
對意大利高精度FAF260數(shù)控鏜銑床床身直線度的調(diào)整，是整臺高精度機(jī)床安裝重要的控制關(guān)鍵點之一。調(diào)整機(jī)床床身直線度費力、周期長（2根導(dǎo)軌全長方向分段水平的調(diào)整；2根導(dǎo)軌同位置水平的調(diào)整；直線度檢測），加上臨港工廠靠海受漲落潮及環(huán)境溫度＞5℃的變化，這些將直接影響到機(jī)床床身直線度的精度調(diào)整。最常見的現(xiàn)象是：上午測量到的大量數(shù)據(jù)，到下午根據(jù)手工繪圖得出分析結(jié)果后進(jìn)行調(diào)整時，測量到的精度數(shù)據(jù)已全部改變，使安裝調(diào)整工作產(chǎn)生較大困難。
為了解決上述關(guān)鍵問題，專業(yè)監(jiān)理人員編制了《數(shù)控機(jī)床熱變形動態(tài)精度快速分析控制軟件》，只要將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入，該軟件就能自行分析并輸出精度分布圖形，及時指導(dǎo)床身幾何精度調(diào)整的具體位置及調(diào)整量。該工具軟件可適用于不同規(guī)格床身精度調(diào)整使用。
三、床身定位精度、重復(fù)定位精度的檢測與調(diào)整
（1）在對意大利Tacchi數(shù)控250t重型臥車監(jiān)理過程中，第三方檢測單位實施了激光檢測機(jī)床床身的定位精度、重復(fù)定位精度，按技術(shù)協(xié)議VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)要求為偏差12μ。
（2）第三方激光檢測報告只有簡單結(jié)果，無法分析監(jiān)理難以控制、決策重復(fù)定位精度檢測點定位、分布精度情況，我們采用了激光檢測數(shù)據(jù)分析工具后，根據(jù)監(jiān)理機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度分析評估報告中提供的點位、精度分布狀態(tài)圖（見圖1），可以迅速、有效地對機(jī)床精度調(diào)整和控制起到直接的指導(dǎo)作用，實用效果良好。
（3）機(jī)床定位精度分析評估報告中提供每個測點數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析正、反5次測量中值、方差及對應(yīng)曲線分布圖（見圖2），該分析評估報告中提供的信息明顯優(yōu)于激光干涉儀報告提供的信息。
（4）監(jiān)理應(yīng)用類比法分析。將意大利Tacchi 數(shù)控250t重型臥車與同類型機(jī)床德國西根數(shù)控350t重型臥車激光檢測報告進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)Tacchi數(shù)控大車比西根數(shù)控350t 重型臥車總位置誤差（機(jī)床運動不確定度）P值小，全長15m的床身有26個測點，每個測點正反檢測5次，所有總誤差P值包括定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差誤差為17.77μ，而西根大車總誤差P值為18.802μ。Tacchi 數(shù)控250t重型臥車重復(fù)定位精度誤差12.977μ，運用機(jī)床定位精度分析評估報告中的數(shù)據(jù)可知，重復(fù)定位精度偏差對機(jī)床精度影響已包括在機(jī)床運動不確定度P值內(nèi)。
（5）影響機(jī)床運動不確定度P值因素分析。查清機(jī)床系統(tǒng)缺陷對于運動不確定的影響是一非常困難和復(fù)雜的課題，按照定義，機(jī)床上加工零件時所有因機(jī)床因素的偏差應(yīng)全部包括在機(jī)床運動不確定度定義之內(nèi)。所謂運動不確定度，除了機(jī)床的系統(tǒng)缺陷外，還應(yīng)包括隨機(jī)缺陷。機(jī)床運動不確定度P值影響因素分析見圖3。
根據(jù)上述分析，目前采用間接測量方法（激光檢測機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度）來確定機(jī)床運動不確定度P值，運用機(jī)床定位精度分析評估報告中提供的豐富的數(shù)據(jù)信息, 有利于從機(jī)床精度的若干重要影響因素中找到一個綜合評價指標(biāo)。
四、靜壓導(dǎo)軌相關(guān)面的調(diào)整工藝控制
在精密設(shè)備安裝中，靜壓導(dǎo)軌面采用的不同調(diào)整工藝方法會引發(fā)不同的結(jié)果，需要監(jiān)理從技術(shù)方案環(huán)節(jié)上進(jìn)行重點審核和把關(guān)。
近年來，對工藝設(shè)備（機(jī)床）的加工精度及加工面的粗糙度標(biāo)準(zhǔn)要求有了極大提高，即使在工藝設(shè)備制造中也采用以銑代磨、以車代研刮的工藝，特別是運用在大型設(shè)備中靜壓導(dǎo)軌面的加工上。用戶在安裝中看到導(dǎo)軌不用磨而是銑的、立車工作臺座的靜壓框板是銑的、工作臺面的上導(dǎo)軌面是車的，均未采用研刮工藝，往往覺得不能接受。
（1）靜壓導(dǎo)軌安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)不穩(wěn)定或未達(dá)到技術(shù)要求多數(shù)是由過程拼裝質(zhì)量、設(shè)備基礎(chǔ)變形帶來的影響，并非導(dǎo)軌加工工藝問題。臨港項目中20 m立式車削中心工作臺（10 m）的制造工藝中指定，工作臺導(dǎo)軌面安排在意大利皮特卡拉奇立車上加工，目的是減少配合的修正量，從安裝情況來看僅幾次吊裝修整就達(dá)到了要求，臺面導(dǎo)軌面幾乎未作修正。對靜壓導(dǎo)軌面的技術(shù)要求不同于滑動導(dǎo)軌面，靜壓導(dǎo)軌面和活動面間有0.06 mm左右的油膜厚度，經(jīng)過精車的靜壓導(dǎo)軌面（臺面）和精銑或精車的靜壓框面（工作臺座），只要平整度一致就可滿足這項工藝技術(shù)的要求。
（2）工作臺是實現(xiàn)立車等設(shè)備功能的重要部件，自身精度和安裝技術(shù)要求高。同時又是檢測X、Y、Z、W等軸的幾何精度、工作精度的基準(zhǔn)安置點。為使工作臺部件能實現(xiàn)設(shè)備各項精度要求，在用戶處控制安裝過程是監(jiān)理工作的重要環(huán)節(jié)。由于臺面經(jīng)過拆裝、運輸、再組裝與起吊等過程，工件容易受損，且現(xiàn)場工作臺座水平調(diào)整精度的狀態(tài)很難與出廠前完全一致，因此作配合修正（驗證）是一個需要認(rèn)真控制的環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)上，國外一流設(shè)備廠和國內(nèi)一流廠家存在不少差距。以臨港重裝備項目中意大利皮特卡拉奇生產(chǎn)的8m數(shù)控立車（下稱“意皮”）和齊齊哈爾一機(jī)床（下稱“齊一”）生產(chǎn)的6.3m×5m數(shù)控立車為例，“意皮”設(shè)備的零部件固定、包裝講究并帶來專用的吊裝裝置，使用后留用戶處作為維護(hù)保養(yǎng)時使用；拼裝前有確保平面等高的工藝工裝，工藝定位方法先進(jìn)可靠（二平面高低應(yīng)≤0.008mm）；接合面粗糙度合理，無任何傷痕，結(jié)合后嚙合檢查一次通過，未作任何修正。“齊一”設(shè)備則包裝簡陋，零部件隔離、固定一般，無專用吊裝工裝，采用現(xiàn)場通用吊具；拼接工藝和技術(shù)能力與“意皮”差距很大，結(jié)合面有傷痕，結(jié)合平面不平整（>0.03mm），上下面嚙合狀態(tài)較差，需要進(jìn)行修正。但大型工作臺拼裝后, 靜壓導(dǎo)軌面的水平（直線）精度應(yīng)調(diào)整在1格（0.01/ m）范圍內(nèi)，上臺面座靜壓導(dǎo)軌面拼裝后的平面高低差應(yīng)≤0.005mm。上下嚙合后只能作微量修正，不能進(jìn)行大面積研刮，用大面積研刮工藝將使原有精度損失，使日后設(shè)備的工作精度和使用功能受到影響。
五、結(jié)語
綜上所述，大型高精度數(shù)控機(jī)床的安裝調(diào)試是一項十分復(fù)雜、技術(shù)含量很高的工作，監(jiān)理單位在開展相關(guān)監(jiān)理工作時，必須抓住其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取針對性預(yù)控措施，認(rèn)真加以監(jiān)控。我單位在臨港重裝配基地項目的監(jiān)理工作實踐中，總結(jié)了相關(guān)的經(jīng)驗和方法，編制了一套《數(shù)控機(jī)床熱變形動態(tài)精度快速分析控制軟件》等工具性軟件，對具體環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制起到了十分明顯的作用。
作者：楊天偉 張宗耀 季敏薔 上海機(jī)電工業(yè)工程監(jiān)理有限公司
