張顯文

紐威數(shù)控裝備(蘇州)股份有限公司 江蘇蘇州 215153

1 序言

床身是數(shù)控機(jī)床最基礎(chǔ)的零件，多數(shù)床身上安裝滑動(dòng)導(dǎo)軌，工作臺(tái)安裝在導(dǎo)軌滑塊上進(jìn)行移動(dòng)，其導(dǎo)軌安裝面的精度對(duì)機(jī)床整機(jī)的精度及性能起著決定性的作用。隨著行業(yè)發(fā)展，對(duì)大型、長行程機(jī)床的需求越來越多，受到加工工藝性、機(jī)床行程、運(yùn)輸、吊運(yùn)、裝配的制約以及設(shè)計(jì)的模塊化限制，此類長行程機(jī)床的床身均由多段床身拼接而成。長行程機(jī)床對(duì)床身導(dǎo)軌安裝面的精度要求更高，受制于加工機(jī)床的精度及行程，拼接床身導(dǎo)軌安裝面的直線度精度是加工的難點(diǎn)。

傳統(tǒng)分段加工方法采用精度傳遞的方式，將中間兩段床身拼接成一組后磨削至精度要求，拆除一段，然后添加另一段床身拼接，再以磨好的床身為基準(zhǔn)磨削拼接上一段床身。以此類推，采用積木式拼接將精度一段一段傳遞下去。由于床身在磨削時(shí)易變形，精度不穩(wěn)定且難以控制，磨削效率低，加工時(shí)間長，所以通常在裝配時(shí)要配合鏟刮才能讓導(dǎo)軌安裝面達(dá)到全長直線度的要求。

公司原來將床身組件組合拼接好后用20m龍門整體加工來保證導(dǎo)軌安裝面的直線度精度，但在機(jī)床無法保證精度或組件床身超出機(jī)床加工行程的情況下，無法采用組件組合精加工來保證精度。

本文對(duì)公司生產(chǎn)的PM2580、PM30100型床身組件的加工精度控制進(jìn)行介紹。

2 零件介紹

床身組件精度要求及其分段床身布局見表1，分析其加工難點(diǎn)如下。

表1 床身組件精度要求及其分段床身布局

1）床身為3段分件拼接，全長分別為16800mm（見圖1）和21300mm。

圖1 床身組件PM2580HA0111－00示意

2）床身為3條導(dǎo)軌安裝面，導(dǎo)軌安裝面正側(cè)向直線度要求：0.06mm/全長、0.07mm/全長、0.01mm/1000mm。

3）現(xiàn)有機(jī)床無法直接加工至要求精度，需要分段加工保證拼接后3條導(dǎo)軌安裝面的直線度要求。

3 精加工方案

分段床身的粗加工放到精度不高的機(jī)床分段加工，導(dǎo)軌安裝面及拼接面留余量0.5mm，其余關(guān)聯(lián)尺寸在自由公差下保持一致性。精加工時(shí)考慮機(jī)床本身的精度誤差，將分段床身按照組件順序進(jìn)行擺放，使大小床身拼接面面面相對(duì)（見圖2、圖3），即小床身1拼接面A朝向機(jī)床X＋方向，大床身拼接面B朝向機(jī)床X－方向，大床身拼接面C朝向機(jī)床X＋方向，小床身2拼接面D朝向機(jī)床X－方向，以此抵消機(jī)床X、Z垂直精度誤差在結(jié)合面上產(chǎn)生的影響[1]。先精加工中間大床身，保證導(dǎo)軌安裝面的直線度精度及側(cè)向間距，再進(jìn)行拼接面精加工。然后分別精加工外側(cè)兩個(gè)小床身，保證導(dǎo)軌安裝面直線度精度，同時(shí)保證與已加工的中間大床身在導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认蜷g距尺寸（見圖4、圖5）的一致性＜0.02mm，最后精加工拼接面。當(dāng)精加工任意小床身時(shí)導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认蜷g距尺寸大于已加工的大小床身導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认蜷g距尺寸超過0.02mm，則需重新加工已加工的大、小床身導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认?，直至?cè)向間距尺寸的一致性＜0.02mm[2]。

圖2 床身精加工時(shí)的放置樣式

圖3 床身拼接面

圖4 床身導(dǎo)軌正側(cè)向

圖5 床身導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认蜷g距

上述方案首次加工后對(duì)大、小床身進(jìn)行拼接，如圖6所示，先將中間大床身調(diào)成水平、地腳螺釘頂實(shí)，再吊起小床身，使小床身拼接面接觸大床身拼接面，在拼接面正向鍵槽內(nèi)放置調(diào)整鍵，小床身緩慢降落，檢測(cè)導(dǎo)軌安裝面正側(cè)向臺(tái)階＜0.1mm時(shí)，將小床身地腳螺釘頂實(shí)，調(diào)整小床身地腳螺釘，使小床身水平且拼接面縫隙均勻后，行車松開移走。通過調(diào)整鍵調(diào)整導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认颍ㄟ^調(diào)整地腳螺釘調(diào)整導(dǎo)軌安裝面正向。推表檢測(cè)大小床身導(dǎo)軌安裝面正側(cè)向臺(tái)階，保證每條導(dǎo)軌安裝面正側(cè)向平面落差＜0.01mm，用扭力扳手將扭矩設(shè)置為450 N·m，鎖緊拼接處聯(lián)接螺釘，用塞尺檢查拼接面各處，保證0.02mm厚度塞尺不入[2]。

圖6 床身拼接處的聯(lián)接

用光學(xué)準(zhǔn)直儀檢測(cè)床身組件導(dǎo)軌安裝面精度，采用前期加工方案時(shí)床身組件兩端出現(xiàn)“擺尾、倒C”狀態(tài)（見圖7）。收集誤差數(shù)據(jù)，分析原因。床身長度8600mm，寬度2010mm，機(jī)床X、Y垂直精度和加工拼接面的誤差會(huì)在長度方向產(chǎn)生放大效果。為糾正因此產(chǎn)生的“擺尾、倒C”偏差，修改加工方案（見圖8），在加工兩邊小床身時(shí)，先保證導(dǎo)軌安裝面精度及間距尺寸，再將床身側(cè)向校成傾斜后再加工拼接面。組件拼接后檢測(cè)數(shù)據(jù)，收集誤差數(shù)據(jù)，修正兩邊小床身傾斜加工量，使得拼接后組件床身精度合格。

圖7 前期加工方案

圖8 更改后加工方案

加工方案部分說明如下。

1）精加工設(shè)備：10m龍門加工中心。

2）設(shè)備精度：正側(cè)向直線度0.03mm/8600mm、X⊥Y＝0.024mm/800mm、X⊥Z＝0.02mm/800mm、Y⊥Z＝0.002mm/800mm。

3）工件擺放：按照組件順序放置，使拼接面相對(duì)放置。

4）分段床身加工精度要求（直線度）見表2：以有效運(yùn)動(dòng)行程0.016mm/1000mm，每增加0.008mm/1000mm計(jì)算[2]?？偨Y(jié)出的分段床身拼接面加工時(shí)導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认騼A斜要求見表3。

表2 分段床身加工精度要求 （mm）

表3 分段床身拼接面加工時(shí)導(dǎo)軌安裝面?zhèn)认騼A斜要求

4 分段加工與組件組合加工精度對(duì)比

分件床身按照要求的直線度精度及方法加工后再拼接檢測(cè)的直線度滿足圖樣精度要求，與原來組件整體加工方法檢測(cè)的直線度圖形無明顯差異[3]。

圖9～圖11為床身組件PM2580HA0111－00分段加工與組件組合加工檢測(cè)的直線度，均符合0.06mm/全長要求（紅色曲線為側(cè)向直線度、藍(lán)色曲線為正向直線度）。床身分段加工拼接后實(shí)物檢測(cè)如圖12所示。

圖10 分段加工拼接后組件精度

圖11 組件組合加工精度

圖12 床身分段加工拼接后實(shí)物檢測(cè)

5 結(jié)束語

長行程機(jī)床的床身組件加工受加工機(jī)床行程及精度的限制，無法組合直接加工到精度。上述加工方案是一種新的有效嘗試，避免了加工機(jī)床行程限制，只要加工機(jī)床本身的精度合格，就可以加工長行程的床身組件。

通過收集分析數(shù)據(jù)，對(duì)不同長度的床身組件修正結(jié)合面加工的傾斜數(shù)據(jù)，可以達(dá)到拼接后全長精度要求。通過實(shí)踐，長度21300mm、30402mm等系列床身組件分段加工拼接后精度也符合要求。此加工方案擺脫了床身組件受加工機(jī)床行程的限制，為加工更長的床身組件提供了可行性的方案。相對(duì)于分段磨削，銑削不僅使加工精度更穩(wěn)定，而且有效提高了加工精度及加工效率。