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大型高精度數(shù)控機床安裝調試質量控制的關鍵環(huán)節(jié)
發(fā)布日期：2016-04-12 來源：《上海設備管理》
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隨著我國改革開放的不斷深入，國內各行各業(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)控機床得到廣泛的應用，大型、高精度數(shù)控機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，上海電氣集團組建了臨港重裝備制造基地，旨在形成電氣集團的特大、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、二期建設項目中，共引進了30 余臺代表世界先進水平的特大型高精度數(shù)控機床，委托我公司進行設備安裝調試階段的監(jiān)理工作。
在監(jiān)理實踐中，我們認識到大型高精度數(shù)控機床設備在安裝調試過程中的安裝環(huán)境條件；主導軌的幾何精度檢測與調整；床身定位精度和重復定位精度的檢測與調整；靜壓導軌相關面調整工藝方法等環(huán)節(jié)需要監(jiān)理重點加以控制。
一、監(jiān)理關鍵環(huán)節(jié)控制
1、安裝環(huán)境溫度的影響
大型精密設備都會涉及安裝環(huán)境溫度，在訂設備時供方會詢問安裝環(huán)境的溫控措施，強調溫度變化所產(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，技術協(xié)議中往往未列入這方面的要求。這些設備盡管加工范圍很大，X 方向達30 m，Y 方向逾10 m，重量達800～1000t，而幾何精度、定位精度仍需達到中型設備的水平。如重復定位，很多大型設備都能達到0.01mm的誤差水準，但要保持幾何精度則比中小型設備困難許多，因此必須關注環(huán)境溫度等熱態(tài)因素對設備幾何精度、位置精度的影響。
2、機床幾何精度檢測
為驗證因環(huán)境溫度差異導致對機床幾何精度的影響，分別在冬、夏季，對捷克產(chǎn)SKODA-HCW4-300鏜銑床在不同環(huán)境溫度條件下進行了幾何精度檢測，檢測結果見表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，這一誤差對機床的加工性能有重要的影響，所以在實際檢測和調整工作中，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)進行快速和有效的分析，以確定最佳調整方案，滿足最終交付精度的要求。
二、主導軌幾何精度檢測與調整
上海電氣電站設備有限公司臨港工廠有幾十臺投資約5000萬元的進口大型高精度數(shù)控機床。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，大型高精度進口數(shù)控機床如意大利FAF260數(shù)控落地鏜銑床，其床身長30m，床身直線度安裝調正精度要求極高，是監(jiān)理控制的關鍵點。
對意大利高精度FAF260數(shù)控鏜銑床床身直線度的調整，是整臺高精度機床安裝重要的控制關鍵點之一。調整機床床身直線度費力、周期長（2根導軌全長方向分段水平的調整；2根導軌同位置水平的調整；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床床身直線度的精度調整。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果后進行調整時，測量到的精度數(shù)據(jù)已全部改變，使安裝調整工作產(chǎn)生較大困難。
為了解決上述關鍵問題，專業(yè)監(jiān)理人員編制了《數(shù)控機床熱變形動態(tài)精度快速分析控制軟件》，只要將相關的數(shù)據(jù)輸入，該軟件就能自行分析并輸出精度分布圖形，及時指導床身幾何精度調整的具體位置及調整量。該工具軟件可適用于不同規(guī)格床身精度調整使用。
三、床身定位精度、重復定位精度的檢測與調整
（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床床身的定位精度、重復定位精度，按技術協(xié)議VDI/DGQ3441標準要求為偏差12μ。
（2）第三方激光檢測報告只有簡單結果，無法分析監(jiān)理難以控制、決策重復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)理機床定位精度和重復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、有效地對機床精度調整和控制起到直接的指導作用，實用效果良好。
（3）機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)理應用類比法分析。將意大利Tacchi 數(shù)控250t重型臥車與同類型機床德國西根數(shù)控350t重型臥車激光檢測報告進行分析比較，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重型臥車重復定位精度誤差12.977μ，運用機床定位精度分析評估報告中的數(shù)據(jù)可知，重復定位精度偏差對機床精度影響已包括在機床運動不確定度P值內。
（5）影響機床運動不確定度P值因素分析。查清機床系統(tǒng)缺陷對于運動不確定的影響是一非常困難和復雜的課題，按照定義，機床上加工零件時所有因機床因素的偏差應全部包括在機床運動不確定度定義之內。所謂運動不確定度，除了機床的系統(tǒng)缺陷外，還應包括隨機缺陷。機床運動不確定度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（激光檢測機床定位精度、重復定位精度）來確定機床運動不確定度P值，運用機床定位精度分析評估報告中提供的豐富的數(shù)據(jù)信息, 有利于從機床精度的若干重要影響因素中找到一個綜合評價指標。
四、靜壓導軌相關面的調整工藝控制
在精密設備安裝中，靜壓導軌面采用的不同調整工藝方法會引發(fā)不同的結果，需要監(jiān)理從技術方案環(huán)節(jié)上進行重點審核和把關。
近年來，對工藝設備（機床）的加工精度及加工面的粗糙度標準要求有了極大提高，即使在工藝設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備中靜壓導軌面的加工上。用戶在安裝中看到導軌不用磨而是銑的、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）靜壓導軌安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)不穩(wěn)定或未達到技術要求多數(shù)是由過程拼裝質量、設備基礎變形帶來的影響，并非導軌加工工藝問題。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到了要求，臺面導軌面幾乎未作修正。對靜壓導軌面的技術要求不同于滑動導軌面，靜壓導軌面和活動面間有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的要求。
（2）工作臺是實現(xiàn)立車等設備功能的重要部件，自身精度和安裝技術要求高。同時又是檢測X、Y、Z、W等軸的幾何精度、工作精度的基準安置點。為使工作臺部件能實現(xiàn)設備各項精度要求，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）是一個需要認真控制的環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)上，國外一流設備廠和國內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”）和齊齊哈爾一機床（下稱“齊一”）生產(chǎn)的6.3m×5m數(shù)控立車為例，“意皮”設備的零部件固定、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，工藝定位方法先進可靠（二平面高低應≤0.008mm）；接合面粗糙度合理，無任何傷痕，結合后嚙合檢查一次通過，未作任何修正。“齊一”設備則包裝簡陋，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；拼接工藝和技術能力與“意皮”差距很大，結合面有傷痕，結合平面不平整（>0.03mm），上下面嚙合狀態(tài)較差，需要進行修正。但大型工作臺拼裝后, 靜壓導軌面的水平（直線）精度應調整在1格（0.01/ m）范圍內，上臺面座靜壓導軌面拼裝后的平面高低差應≤0.005mm。上下嚙合后只能作微量修正，不能進行大面積研刮，用大面積研刮工藝將使原有精度損失，使日后設備的工作精度和使用功能受到影響。
五、結語
綜上所述，大型高精度數(shù)控機床的安裝調試是一項十分復雜、技術含量很高的工作，監(jiān)理單位在開展相關監(jiān)理工作時，必須抓住其中的關鍵環(huán)節(jié)，采取針對性預控措施，認真加以監(jiān)控。我單位在臨港重裝配基地項目的監(jiān)理工作實踐中，總結了相關的經(jīng)驗和方法，編制了一套《數(shù)控機床熱變形動態(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 上海機電工業(yè)工程監(jiān)理有限公司
