淺談數(shù)控機床的校準

圖1 二個分離的激光頭可以同步測量大型龍門機床的主動軸和從動軸的直線位移，且不受行程限制

圖2 顯示了在二小時內(nèi)進行分步對角線測量空間誤差的過程，機床罩不需要打開

      許多年來，在ASME B5.54或者ISO 230-6標準中定義的體對角線位移方法（BDDM）已經(jīng)為許多廠商，例如波音等航空航天公司提供了一種快速檢測空間誤差方法。BDDM測量機床工作空間的四條對角線，產(chǎn)生四套包括所有誤差的數(shù)據(jù)。但是，還不能提供足夠的數(shù)據(jù)以鑒別誤差的位置。

      我們的新方法－－－－－－分步對角線測量法（SSDMM），同樣是四條對角線設(shè)置，能收集12套數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以測出三個位移誤差、六個直線度誤差以及三個垂直度誤差，并不需要延長停機時間。此外，測量得到的定位誤差可用于產(chǎn)生空間補償表。圖2顯示了在2小時內(nèi)進行分步對角線測量空間誤差的過程，機床罩不需要打開。

      SSDMM不同于BDDM，其x，y，z軸分別依次移動并采集到對角線的定位誤差，提供了三倍的數(shù)據(jù)量，并能使每個軸運動的定位誤差都可以測量得到。

      被測目標移動的軌跡并不是直線，其側(cè)向移動較大。傳統(tǒng)的干涉儀不能做這些測量，因為不允許有如此大的側(cè)向運動。而單孔徑的激光干涉儀比如激光多普勒位移計（Laser Doppler Displacement Meter）就不受大的側(cè)向移動的影響。使用一平面鏡作被測目標，平行于鏡子的移動不會轉(zhuǎn)移激光束，也不會改變從光源來的距離。

      預(yù)警維護（Predictive Maintenance，PDM）以及其他一些程序，例如機床可變性管理系統(tǒng)、可靠性及可保養(yǎng)性、失效模式及有效分析、全生產(chǎn)性保養(yǎng)等可以預(yù)測出機床失效（偏離精度指標）。通過比較用激光校準、振動分析以及紅外溫度記錄等儀器收集到的當前和以前的數(shù)據(jù)，制成預(yù)報圖表，以預(yù)報數(shù)控部分、滾珠絲杠、導(dǎo)軌及伺服電機等機床部件是否需要補償、服務(wù)或者其他必須的修理。

      一臺精度等級為5.1 μ的機床每6個月要檢查一次。假設(shè)在最近三次校準中，精度已經(jīng)降下降了1.27μ， 基于以前這樣的信息，可以預(yù)測，在6個月內(nèi)進行校準是合理的。同樣，振動分析可以披露主軸以及其他有問題的部件的信息，以確定是否需要保養(yǎng)或者修理了。

      設(shè)立一個預(yù)警（PDM）程序需要一個長期的過程，首先要選擇機床、校準技術(shù)以及收集數(shù)據(jù)。其次確定及采購校準設(shè)備。然后用以下基本步驟來建立PDM。

1．  監(jiān)控機床情況

2．  診斷并確定問題所在

3．  數(shù)據(jù)分析，確定糾正措施

4．  通過綜合精密測量系統(tǒng)及制造操作建立早期預(yù)警及預(yù)報。

      在細化以上可重復(fù)的基本步驟后，就可以確定可接受的性能以及精度水平。此外，必須測量并建立機床的基準線。機床的測量是有規(guī)律的，在指定的時間間隔中進行。經(jīng)過分析，將保養(yǎng)以及維修預(yù)報與生產(chǎn)安排結(jié)合起來。

      使用一有空間檢測功能的機床在加工過程中檢測工件可以大大減少周期時間并提高加工精度。在航空航天工業(yè)中，在線檢測并沒有得到發(fā)展，那是因為在加工工件的同一臺機床上檢測會出現(xiàn)與其相同的定位誤差。因此符合SO9000以及ISO17025要求的更新的激光校準技術(shù)和方法可以同時確保制造及質(zhì)量保證計劃，并使在線檢測成為一種可行及可靠的方法。

      例如，量規(guī)的精度要求是4:1，因此，數(shù)控機床的精度必須是所加工工件指定精度的4倍以上。為滿足這個要求，在線檢測的機床的精度必須要經(jīng)過認定。一臺經(jīng)過空間定位誤差測量的機床，其軟件可以自動生成修正查找表，能夠使在線檢測軟件補償機床的空間定位誤差。