ＭＡＧ加工中心几何精度检测与调整关键技术
2021-5-13 来源： 上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司 作者：孔海龙
摘要：加工中心的精度是保证零部件加工精度的首要条件：根据加工中心几何精度检测原理，通过测量数据整理分析，及几何精度调整的主要步骤，完成机床各轴的精准定位，以确保机床加工精度满足实际加工需求。
关键词：加工中心；几何精度；关键技术
０引言
近几年很多企业购买国外高端加工中心设备用于产品的加工，对提高产品质量起到了重要作用。加工高精度产品时，必须靠加工中心自身的精度来保证产品的加工精度。因此，加工中心本身的精度要远高于加工产品的精度，通常高出一个量级。
加工中心的精度包括几何精度、重复定位精度、定位精度等。随着加工中心设备长时间的运行，必然导致加工中心设备精度不断下降，从而无法保证加工产品的精度要求。因此，设备维修人员应掌握加工中心几何精度的调整方法，满足加工中心对 精度的需求。
１、ＭＡＧ加工中心机械坐标系统
要掌握加工中心几何精度的调整方法，首先需要理解ＭＡＧ加工中心机械坐标系统。精密加工中心通常有５个轴，其中Ｚ轴的正方向，定义为固定机床床身的底部并平行于主轴、远离主轴端的方向。如图１所示，确定Ｚ轴位置后，根据笛卡尔右手坐标 系，中指方向为ｚ轴，食指方向为ｚ轴，大拇指方向为ｙ轴，绕ｙ轴旋转的方向为ｓ轴，与ｚ轴平行且垂直ｘ－ｙ平面的为主轴。
图１ ＸＳ３２１加工中心
２、机械零点的建立
以ＭＡＧ ３２１加工中心零点为实例，建立机床机械零点，见图２。其中X表示X轴可移动的范围，Xh表示B轴半径的距离，X。表示ｘ轴零点起始位置，ｙ表示ｙ轴可移动的范围，ｙ。表示ｙ轴零点起始位置，ｙ1表示主轴在Y0位置的中心点与床 身底部的距离，N表示主轴的中心与ｂ轴台面的距离，Z表示Z轴可移动的范围，Z0表示Z轴零点起始位置，Z1表示主轴前端面与ｂ轴中心的距离。h1表示B轴台面与床身底部的距离。
图2 机床继续零点示意
３、几何精度检测常用工具
（１）２个高精度水平仪。
（２）千分表（精要求１uｍ）。
（３）方形和三角形大理石（精度要高）。
（４）标准检棒（长度和直径根据机床而定）。
（５）固定支架。
４、几何精度检测主要步骤及调整方法
４．１机床水平调整
首先使用用高精度水平仪对机床２个方向进行水平调整,这是几何精度调整的基本条件，否则以下步骤的调整就无意义。
４．２机床几何精度调整步骤
（１）调整机床Ｘ与Y方向的水平。
（２）Z轴与X轴的垂直度。
（３）Y轴与Ｚ轴的垂直度。
（４）Y轴与X轴的垂直度。
（５）ｙ轴与主轴的垂直度。
（６）主轴与Ｘ轴的垂直度。
（７）Z轴与主轴的平行度。
（８）B轴平面度。
（９）B轴盖板跳动。
４．３ Ｚ轴与．Ｙ轴垂直度调整方法（图３）
（１）将大理石水平固定在B轴的支架上。
（２）将千分表固定在主轴上，移动Ｘ／Ｚ轴．利用千分表将大理石调至水平：
（３）移动Ｚ轴，调整大理石Ｚ方向 M1、M2点的千分表读数为零，即大理石与机床的Ｚ方向平行。
图3 Z轴与X轴垂直度检测
（４）将千分表接触大理石的M3点并至零位，移动X轴至M4，读取千分表数值，与标准范围值（＜１０um）进行比较。若读数超出标准范围，校正机床Ｘ方向位置。
４．４ ｙ轴与ｚ轴垂直度调整方法（图４）
图4 Y轴与Z轴垂直度检测
（１）将千分表固定在主轴上，移动Ｚ轴，用千分表将大理石侧面调置水平并与Ｚ轴平行。
（２）移动Ｚ轴，调整大理石下侧方向M1、M2点的千分表为零，即大理石与机床的Z方向平行。
（３）将千分表接触大理石Ｍ３点并将千分表归零，移动Y轴至M４点。若读数超出标准范围（＜丨０ Uｍ），调整主轴固定在ｙ方向上侧滑块塾片厚度。
４．５ ｙ轴与ｘ轴垂直度调整方法（图５）
图５ ｙ轴与轴垂直度检测
（１）将大理石竖直放在B轴调整块上。
（２）将千分表固定在主轴上，移动；ｒ轴，用千分表将大理石下侧面Ｍ３、Ｍ４的千分表为零，即大理石与ｘ轴平行。
（３）将千分表接触大理石M1点并将千分表归零，移动Y轴至M2点。若超出标准范围（＜１０ Uｍ），调整ｙ轴支架方向下侧滑块垫片的厚度。
４．６ ｙ轴与主轴垂直度调整方法（图６）
图6 Y轴与主轴垂直度检测
（１）将大理石竖直放在Ｂ轴调整块上。
（２）将千分表固定在主轴上，移动Ｚ轴，用千分表将大理石下侧面调置水平与Ｚ轴平行。
（３）同上操作，移动Ｆ轴，调整大理石垂直方向与机床的Ｆ方向平行。
（４）用千分表测量大理石的下侧／！点并将千分表归零，转动主轴１８０。方向，读取千分表Ｂ点数值，若读数超出标准范围（＜１０um），调整主轴固定在ｙ方向上下侧滑块垫片厚度。
４．７主轴与Ｘ轴垂直度调整方法（图７）
（１）将支架固定在Ｂ轴上，并将大理石水平放在支架上。
（２）将千分表固定在主轴上，移动X／Ｚ轴，用千分表将大理石调置水平。
图7 主轴与X轴垂直度检测
（３）移动；Ｔ轴，调整大理石的Ａ：方向与机床的Ｘ方向平行。
（４）将固定千分表的圆形支架固定在主轴上。
（５）用千分表测量大理石的左侧Ｍ1点并将千分表归零，旋转主轴１８０°，读取千分表似M2点数值。若读数超出标准范围（＜１０uｍ），调整主轴固定在Y方向滑块垫片厚度。
４．８Ｚ轴与主轴平行度调整方法（图８）
图8 Z轴与主轴的平行度检测
（１）测量主轴检棒A点：沿Ｚ方向距离主轴３０ｍｍ处。
（２）测量主轴检棒B点：沿Ｚ方向距离主轴１８０ｍｍ处。
（３）测量检棒水平位置与竖直位置最高点，分别将测量A点千分表归零，移动Ｚ轴至测量B点，分别读取千分表数值。若读数超出标准范围（＜uｍ）），调整主轴滑块垫片厚度。
４．９ Ｂ轴平面度调整方法（图９）
图9 B轴平面度检测
将千分表支架固定一在主轴上，将测量点１处的千分表归零，移动Z、X轴至测量点２、３、４处，读取千分表数值。若读数超出标准范围（＜２０Uｍ），调整Ｚ轴滑块垫片厚度４．１０ Ｂ轴盖板跳动的调整方法（图１０）
图10 B轴盖板跳动检测
将千分表支架固定在主轴上，将测量点A处的千分表归零，手动转动B轴，分别测量点B、C、D处，读取千分表数值。若超出标准范围（＜１０Uｍ），调整Ｂ轴盖固定位置。
５、几何精度检测方法的应用
某台已运行１０年的ＭＡＧ ＸＳ３２１加工中心加工工件缸孔，再经过珩磨机加工后，测量缸孔圆度、圆柱度超差。检查机床的夹具、主轴、丝杠、导轨未发现问题，将Ｓ轴夹具拆下检查可能会影响加工精度的项目，检测数据见表１。
表１ ＭＡＧ ＸＳ３２１加工中心几何精度检测值 um
结论：主轴与轴的垂直度及ｙ轴与ｘ轴垂直度已超标准范围，但考虑到该设备已运行１０年，符合质量要求。B轴平面度２点已严重超出范围，根据机床结构原理分析，判断是机床右侧Ｚ轴滑块或滑轨磨损导致超差，更换机床右侧Ｚ轴滑块后， 加工工件测量合格。
６、结束语
结合ＭＡＧ加工中心生产现场实际情况，研究几何精度检测的关键技术，利用几何精度检测方法和几何精度的调整方法，对机床出现的精度误差进行纠正。不同公司生产的型号各异的机床，其精度测量项目和方法会有差别，但测量方法大同小异， 建议拥有加工中心的企业，可提前建立设备精度档案，为日后设备维修提供有效参考。
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