液压对高速立式加工中心定位精度的影响与消除

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高速立式加工中心是集机械、电气、液压和气动于-体的高速、高精的加工设备，各部件共同完成机械的运动、旋转、夹紧、放松、变速和刀库转位等动作。

用户可根据需要从刀库选用不同的刀具来完成复杂异形面、异形型腔的铣削、镗削、钻孔、攻丝和锪孔等加工，而所有的动作均要求要有相当准确的定位。因此定位精度成为所有高速、高精机床所必须检测的项目之-，它直接影响着所加工零件的尺寸精度、形位误差和表面粗糙度等。

本文针对高速立式加工中心在实际生产中所产生的定位精度不稳定的问题进行研究，国内外的机床行业在定位精度的研究方面做了大量工作，然而理论成果在实际应用中仍然存在-定的局限性。

1 高速立式加工中心定位精度分析高速立式加工中心定位精度通常分为：位置定位62精度、重复定位精度、反向间隙(反向差值)三部分 J。

影响高速立式加工中心定位精度的因素大致可分为：检测环境对双频激光干涉仪的影响、检测环境的温度对被测量项目轴精度的影响、润滑系统对被测量项目轴精度的影响、机床进给传动系统的影响、电气系统(CNC系统参数)的影响、振动对被测量项 目轴精度的影响 。 。其中振动对高速立式加工中心定位精度的影响不容忽视，它既能使机械零/部件的疲劳磨损加剧，又能使机械零/部件的寿命缩短。

2 高速立式加工中心定位精度稳定性实验为了进-步提高产品质量的稳定性，结合高速立式加工中心定位精度不稳定的现象，决定对影响高速立式加工中心定位精度的原因进行探索，选用两台高速立式加工中心为本实验的实验机床。机床 A为按新工艺重新制作的裸机，机床 B为按旧工艺制作出来的成品机床。机床 A的零/部件配置如下：底座部件、立柱部件、主轴箱部件和拖板部件都按新工艺进行重曾鹏，等：液压对高速立式加工中心定位精度的影响与消除 2013年第9期新加工。新工艺的具体要求是四大部件的导轨直线度不大于0.01mm，扭曲度不大于0.01mm。其余的标准件、基本件和外购件按宜宾普什机床有限责任公司的标准型高速立式加工中心配件进行选用。机床 A的装配技术要求有：1)导轨直线度、扭曲度满足宜宾普什机床有限责任公司的《验收技术条件》；2)机床的几何精度满足宜宾普什机床有限责任公司的《验收技术条件》；3)滚珠丝杠螺母副与基准导轨间的平行度大于宜宾普什机床有限责任公司的《验收技术条件》所规定值的200%，小于规定值的300%。此状态下用激光干涉仪测得机床 A的位置定位精度小于0.005mm、反向间隙小于0.003mm、重复定位精度小于0.003mm，满足宜宾普什机床有限责任公司《验收技术条件》中的规定。

机床 B为按旧工艺制作出来的成品高速立式加工中心，用激光干涉仪测得其位置定位精度大于0.008mm、反向间隙大于 0.005mm、重复定位精度大T-'0.006ram，经过对定位精度的反复检测，产生了定位精度不稳定现象。

把机床 B上的丝杠、轴承和轴承座分别替换到机床A上使用，滚珠丝杠螺母副与基准导轨间的平行度大于宜宾普什机床有限责任公司的《验收技术条件》所规定值的200%，小于规定值的300%。之后再用激光干涉仪对机床的定位精度进行测试，得到位置定位精度小于0.005mm、反向间隙小于 0.003mm、重复定位精度也小于0.003mm，满足《验收技术条件》中的规定。

把机床 A(裸机)上使用并且检测定位精度数据很好的丝杠、轴承和轴承座替换到机床 B上使用，同时保证机床的导轨直线度、扭曲度和机床的几何精度都满足宜宾普什机床有限责任公司的《验收技术条件》所规定值，滚珠丝杠螺母副与基准导轨间的平行度控制在《验收技术条件》位置所列精度值以内。再用激光干涉仪对机床的定位精度进行测试，检测结果为：位置定位精度大于 0.008mm、反向间隙大于0.005mm、重复定位精度大于0.005mm，经反复检测后仍有定位精度不稳定的现象。

通过上述实验，得出机床的部件精度和几何精度对位置定位精度、重复定位精度、反向差值没有太大的影响。下面进-步分析高速立式加工中心换刀液压系统对定位精度的影响。

3 高速立式加工中心液压系统对定位精度的影响实验对于-台高速立式加工中心来说，换刀系统中主轴松、拉紧刀的准确可靠离不开液压系统，而液压系统必然要给主轴箱带来换刀冲击力和流体振动力，其液压系统中液压油原始流向如图1所示。换刀冲击力带给主轴箱的外力只有在换刀过程中松、拉紧刀时才产生，短时间内对机床的定位精度的影响不容易发现，也不会对当前零件的加工精度产生直接的影响，但是长时间的工作会对机床的寿命产生致命的影响。

要排除冲击力带给主轴箱的影响可以通过增加液压阀体得到解决，但是液压油在管路里产生的振动却不能通过阀体的改变而解决 j。

液 -， ----- . 压 主轴 系 液压油箱 统图 1 液压系统液压油原始流向3.1 开启液压站实验证明在开启了经过主轴箱 回油管路的液压站时，测量高速立式加工中心VS410主轴箱所在运动轴的定位精度，根据 GB/T17421.2-2000分析得到主轴箱所在运动轴(z轴)的位置定位精度曲线如图 2所示 ，图2中，线 1-线 3是正方向运动的位置定位精度曲线，线5、线6、线7是负方向运动的位置定位精度曲线，线4是位置定位精度平均值曲线。

量森鬻登-200 -1O0 O线性轴的长度/ram图2 主轴箱所在运动轴的位置定位精度具体测量方法为：固定激光干涉仪，使其光线平行于直线运动部件的运动方向，在运动部件上固定反射镜，以 10mm为-个测量段，以8 000mm/min速度移动直线运动的运动部件，分别对各 目标位置从正、负两个方向趋近，每个方向各进行不少于5次定位，测出正、负方向每次定位时运动部件的位置偏差，即实际位置与目标位置之差。

具体数值：单向重复(正向)为 12.758m，单向重复(负向)为19.695/m，反向差值为0.867/.Lm，定位精632013年第9期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)度(正向)为 12.957txm，定位精度(负向)为19.695I.Lm，定位精度为 19.695txm。

3.2 关闭液压站关闭经过主轴箱回油管路的液压站时，再次测量高速立式加工中心(VS410)主轴箱所在运动轴(Z轴)的位置定位精度，其曲线如图3所示，图3中，线1-线7同图2。

瘩 。 - I液压减振盒l液 1 . 压 主系 液压油 轴统 箱图4 改进后的液压系统结构的平衡，振动消除装置的原理如图5所示，从而消除液压油流经主轴箱时对所在运动轴产生的振动，提高了高速立式加工中心的定位精度。

～ r 、 r 、 r 、 f 、 f 、 f J、 f-J～ -j 《. 、-JI1. 5 结语图5 振动消除装置的原理口对改进后的高速立式加工中心液压系统重新进行主轴箱所在运动轴的定位精度测量，各项数据指标均可达到合格标准，且该液压系统 自改装后工作稳定，能够满足零件加工需求，未发生异常现象。亦满足数控机床精度保持性的要求，可以达到《加工中心检验条件》国标 GB/T17421.2-2000(线性轴线的定位精度和重复定位精度检验》规定。

当然影响加工中心机床精度的因素是多方面的，本文只是针对众多因素中的-个小的方面进行分析研究。本文所得出的结论及使用的方法对于同行业有-定的参考和借鉴意义。