方便快捷的数控机床检测仪器—QC10球杆仪

学术论文 2007-11-17 23:11:39

王树杰

    摘要  介绍QC10球杆仪的功能。可方便、快捷地检浏数控机床的精度,给出所产生误差的原因及调整建议,解决了用试件切削检查数控机床精度的弊病。
    关键词  球杆仪  传感器  轴向窜动  圆弧插补
    中图分类号  TH7   文献标识码  B

    随着机床制造技术突飞猛进地发展,数控机床市场需求量及技术要求随之日益提高;同时,伴随着市场竞争日趋激烈,如何在提高生产效率的同时,最大限度地降低制造成本、缩短交货时间则是欲在机床制造业占据领先地位的数控机床供应商所必须解决的问题。另外,用户对机床的精度要求越来越高,先进的检测设备及手段也是保证质量的关键。
    圆弧插补精度检侧是评定数控机床的一项重要指标,传统的方法是通过实际切削样件的精度来间接反映该项指标。但影响样件圆度的因素有很多,如:反向间隙、直线度、垂直度、横向间隙、轴向窜动、反向跃冲、比例不匹配、伺服不匹配等,还有可能是切削的刀具和工艺引起的。虽然通过试件切削也可能在一定程度上反映出车床的一些错误,但有其弊端:①试件切削费时费力。②试件切削的圆度虽合格,但其中可能隐藏着一些反常的误差,如因丝杠螺母松动引起的微小轴向窜动。如不能及时发现消除,则给机器的使用留下隐患。③对误差的判别缺少必要的条件,如当试件圆度呈斜椭圆状时,即使经验丰富的专业人员也无法判定是因几何精度(垂直度)引起,还是因电气原因(伺服不匹配)引起。④工作协调性不好,试件切削一般由装配人员完成,检查又由品保部门完成,协调不好易造成意见分歧和工作延误。若由一人单独完成,对人员要求又太高。 
    由于市场需求加大,2000年以来,公司机床产量增,特别是高精度的数控系产品。同时公司于1996年买了英国Renishaw公司生产的QC10球杆仪。其测量原理是通过让一床运行一段圆弧或整圆,由传感器测得该运动中半径的微小变化量,通过软件拟和该圆弧或整圆,反映出数控系统、伺服驱动及机器机械方面的误差(见图1)。

    使用球杆饭后,解决了用试件切削的弊病:①检测省时高效杆仪检测一个平面只需10~15min,而且通过简单的夹具,可以检测试件切削无法完成的X-Z、Y-Z平面。②一次检测可知所有误差。球杆仪不仅可通过直观的图形给出所有误差源,还能根据其影响程度将误差源从大到小排序,使检测人员心中有数。③软件诊断功能强大。所有误差都有详细定义,并给出其产生原因和调整建议(见图2)。④用球杆仪代替试件切削操作简单,整个过程由一人完成,在人力资源利用和工作协调上都上了一个新台阶。

    由于球杆仪整套仪器体积小、重量轻,携带方便,使售后技术人员也受益非浅。在对产品调试修理时,利用球杆仪不但能很快诊断出影响机床买的一台加工中心,使用一年后加工直径为300mm工件圆度超差,技术人员从机床精度、切削参数、刀具等多方查找原因均无结果,而售后技术人员带球杆仪到用户现场检查,发现丝杠反向间隙不均一,相差最大近15μm,更换丝杠后,问题得以解决。
    为满足不同层次操作者的需求,Ballbar 5球杆仪软件采用了多种工作模式。对于车间中多数机床操作者来说,由于所具备的仪器知识和电脑操作水平有限等原因,加上所维护的机床对象比较固定,因而需尽可能简化操作步骤,这样,专为该类用户设定了一种“操作者模式”;对于许多大专院校、机床研究机构的科研人员来说,对球杆仪要求会更高,软件为该类用户提供了更丰富的功能,并采用目前广泛流行的符合XML规范的数据格式,以便扩大其应用领域,“高级模式”就是为该类用户设置的;对于数控机床的各级质检部门、设备改造维修服务等领域的人员,由于被测机床种类不确定,测试参数设置各不相同,专为该类应用设置了“快速模式”。 
    Ballhar 5软件可根据ISO230-4,ASME B5.54-B5.57或JIS B6194等机床性能标准对数据进行分析;特别是自2004年6月新的国家标准GB17421.4发布后,球杆仪的使用具备了相应的依据(见图3)。

    该仪器可以在软件支持的多种语言之间进行切换,生成相应的报表,所支持的语言包括中文、英语、法语、德语、意大利语、西班牙语、日文和韩文等,方便不同机床用户间的技术沟通。球杆仪的应用,为公司提高机床精度,缩短生产周期起了很大作用。                               

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