数显改造在镗床加工中的应用

数显改造在镗床加工中的应用

1孔尺寸加工对加工的影响在机械工业中，倾斜齿轮和垂直滑动结构是常用的。从镗床结构上看,卧式镗床的主轴是水平方向的,立式镗床的主轴是垂直方向的。从加工工件的类型看,卧式镗床适合于加工箱体类和支架类零件上的孔,立式镗床适合于加工板类和盘盖类零件上的孔。因为箱体类零件通常需要加工数个尺寸不同的孔,这些孔的轴心线之间有比较严格的平行度、垂直度、同轴度和中心距要求,此外,这些孔的中心线往往和箱体的基面平行,所以在卧式镗床上加工可以用工作台平面做主要定位基准定位,夹具结构简单,定位准确可靠。采用立式镗床则不能以工作台平面作为主要定位基准定位,夹具结构复杂,不能可靠定位。另外,箱体类零件上的孔常为深通孔,需考虑樘杆导向,卧式镗床主轴水平方向的导向铁屑不会进入镗套影响导向,而立式镗床主轴垂直方向导向铁屑容易进入镗套影响导向,所以箱体类零件适合在卧式镗床上加工,同样道理板类和盘盖类零件适合在立式镗床上加工。两类镗床加工原理相同,在结构上各有特点,本文以T68型通用卧式镗床和T4240型双柱立式坐标镗床数显改造为例介绍了数显改造原理,主轴传动形式对误差的影响及克服误差的对策。2通用喷油喷射分析2.1转动私家车出入管至主轴垂直方向上进给T68卧式镗床工作台有X、Y坐标和主轴箱Z三个相互垂直的坐标运动,其机械传动原理如图1所示,分辨率均为0.01mm。以Y坐标为例,转动手柄在水平面内与主轴垂直方向上进给工作台,手动或机动进给均可。T68卧式镗床主轴进给运动传动如图2所示,镗削加工是主轴旋转,进给方式为工件或主轴进给,所以主轴轴承外圈内滚道和内圈外滚道均在全滚道上有磨损,且磨损趋于均匀,轴向进给丝杠5与主轴轴线很近,可认为主轴进给纯受丝杠5的轴向力影响。2.2组回转蜗杆微量,进给工作台分辨率该镗床工作台有水平的X和Y两个坐标相互垂直且机械传动相同,其传动原理如图3所示。转动手柄快速移动工作台,分辨率均为0.01mm,转动蜗杆微量,进给工作台分辨率为0.001mm。T4240型双柱立式坐标镗床主轴可以手动或机动进给,主轴进给运动传动原理图如图4所示。若只考虑主轴带动刀具旋转则与T68卧式镗床一样,主轴轴承外圈内滚道和内圈外滚道均在全滚道有磨损,且磨损趋于均匀;但轴向进给是齿轮齿条传动,手动或机动齿轮8使主轴作轴向进给运动。3床的精度指数和影响因素的分析3.1测试重复定位误差镗床出厂精度指标较多,但这些精度指标主要体现到镗孔的中心距误差、工件上孔与工作台定位面的平行度误差,该镗床出厂要求Y和Z两坐标在300mm行程内不大于0.03mm,在全行程内现场测量重复定位误差不大于0.05mm,现场加工孔中心距在200mm时已超过0.035mm,主轴静态下径向跳动误差合格,经测试重复定位误差主要是由于图1所示传动丝杠磨损所致,螺距不均匀,反向间隙大。3.2机床重复定位精度超差机床重复定位精度要求两坐标在全行程内不大于0.005mm,现场测量全行程重复定位误差达0.010mm,不合格。在厚度30mm的一块普通钢板上的边长为40和60mm的矩形4个顶点各钻精镗直径为20mm的孔,矩形边长上孔中心距误差要求不大于0.006mm,现场加工测量均超标,两项指标均超过0.028mm,且误差不稳定有随机性,不合格。机床重复定位精度超差,很可能T型丝杠有螺距误差或磨损误差。经测量,丝杠反向间隙达0.12mm,磨损不均匀,尽管加工过程中刀具调整采用丝杠单边接触对刀,但仍不能完全克服丝杠误差。T型丝杠误差影响孔中心距误差,主轴加工时可能发生的较大径向跳动也会影响孔中心距误差。4床维修与改造技术方案从上述分析可以看出,T型丝杠螺距误差及其磨损误差是首先需要克服的误差源,在排除后才有可能分析主轴误差,其技术改造方案分析如下。4.1除螺距误差及反向间隙误差更换新的T型丝杠仍会发生磨损,但无法消除螺距误差及反向间隙误差;若更换滚珠丝杠会使磨损有所减缓,但不能消除反向间隙误差,况且滚珠丝杠价格昂贵,不宜采用此方案。4.2移动部件误差测试法该方案不需更换丝杠,只需修配进给传动链各个零件的配合面,以便尽量减小反向间隙误差。对于T68卧式镗床两条光栅尺的分辨率取0.005mm,T4240型立式坐标镗床两光栅尺的分辨率取0.001mm。T68镗床Z坐标将光栅尺体平行于前立柱导轨安装,读数头安装在滑动的主轴箱上,Y坐标将光栅尺体平行于上滑座导轨安装在上滑座,读数头安装于下滑座;T4240坐标镗床Y坐标将光栅尺体平行于横梁导轨安装在横梁导轨一侧,读数头安装在滑动的主轴箱背面,X坐标将光栅尺体平行于工作台导轨安装在底座上,读数头安装在工作台上,这样可直接测量移动部件的直线位移。该方案消除了螺距误差和丝杠磨损产生的反向间隙误差,是最佳方案。光栅尺行程满足机床原行程要求,数显装置设有按键,有清零、置数、复位、设置坐标正负方向、相对坐标和绝对坐标转换等功能,整个系统如图5和图6所示。5mmp基因检测数显改造后镗孔中心距在300mm时中心距误差为0.010mm,合格。两坐标重复定位精度不大于0.01mm,数显改造后镗床使用非常方便,在箱体上镗孔余量可行时可以一次调整到中心距位置镗孔即满足精度,不出废品,光栅数显装置起了作用。6双柱坐标，修正后的精度6.1光栅尺起的作用机床重复定位精度要求两坐标在全行程内不大于0.005mm,现场测量全行程重复定位误差达0.002mm,完全合格,说明光栅尺起了作用。在厚度30mm的一块普通钢板上的边长为40mm和60mm的矩形4个顶点各钻精镗直径为20mm的孔,在投影仪上测量的尺寸如图7所示。孔中心距最大超差0.015mm,最小超差0.007mm,又加工一件后中心距最大超差0.017mm,最小超差0.010mm,误差极不稳定且具有随机性,仍然不合格。6.2两端孔口的径向测量两直线运动坐标在采用光栅尺后直接测量工作台的运动位移。千分表安放在工作台上,当主轴下端伸出主轴套筒110mm时,在静态下转动主轴测量其下端径向跳动误差为0.002mm;分别在X和Y方向用力推拉主轴下端,用千分表测主轴下端X和Y方向的径向变动量,X方向为0.040mm,Y方向为0.005mm,说明主轴轴承或套筒在X方向上比Y方向有较大的间隙。动态精镗孔时主轴有较大的径向跳动,易产生圆柱度误差,引起孔中心距误差。用内径千分尺测量图7中工件4个孔的直径,均在Y方向上比X方向大0.040mm左右,孔呈椭圆形的圆柱度误差。6.3孔距误差的影响T4240型立式坐标镗床主轴X方向比Y方向间隙大,说明X方向磨损严重,Y方向磨损很小。分析图4主轴传动,因加工过程中主轴在套筒中上下运动施力,转动图6上的手轮6,齿轮带动主轴上的齿条实现运动,齿轮对齿条的作用力正好施加在X方向上,所以套筒与主轴在X方向磨损严重,Y方向磨损很小,致使主轴在X方向让刀大,Y方向让刀量很小,所以镗出的孔X方向直径小,Y方向直径大,呈椭圆形。而由图2看出,T68卧式镗床轴向进给丝杠5传递动力,使主轴与套筒在圆周方向受力近似均匀,径向让刀量相同,孔无圆度误差。在投影仪上测量所镗孔的中心距原理是把工件放在显微镜下,放大的孔显示在计算机CRT上,人工用鼠标在放大的圆上取3个以上的点,计算机用点的坐标计算出孔中心的坐标,由此计算出中心距。如图8所示,两条直径Dx和Dy分别与坐标轴X和Y平行,由于孔呈椭圆形,若取圆上A、B、C、D四个与Dx和Dy对称的点,则圆度误差不会影响孔中心的位置,计算出的孔中心O点正确,中心距就不失真;若取A、B、E奇数个不与Dx和Dy对称的点,圆度误差就会影响到孔中心的位置,所计算出的孔中心O点就不正确,中心距失真(中心距误差往往超过0.010mm以上),所以应取偶数个点(通常取4个)来计算中心距,以避免中心距失真。6.4圆度误差随机性的原因图7所示零件是任意取3个点测量的,中心距出现很大的偏差,多件加工后任意取圆上的3点测量中心距,误差不稳定且有随机性,这正是圆度误差所致。取与Dx和Dy对称的4个点测量同一个零件的结果如图9所示,中心距误差不超过0.003mm,完全合格,再加工一件后用该方法进行测量试验,结果相同,证明前述误差分析正确。6.5t4240双柱坐标混凝土延误针对前述双柱坐标镗床误差试验分析和研究,需采取相应的正确对策克服机床误差。(1)抗推动铣床误差的对策对主轴系统大修需电镀、精密磨削、更换主轴轴承等比较复杂的工作,需联系专业厂家大修,难以很快解决,为不影响正常生产,在联系专业厂家大修的同时,应探索克服镗床误差的对策。(2)x方向上的孔径对钻孔、扩孔和铰孔而言,由于刀具轮廓形状是圆柱面,采用对称切削刃切削时能抵消径向切削力。镗床主轴在X方向摆动使得孔径在该方向有扩大的趋势,所以要在Y方向上测量孔径,并按这一直径设计出与之配合的轴直径。测量两个孔的中心距时,在投影仪上取4个点测量来计算中心距能克服镗床的主轴误差。(3)x方向上的孔直径由于镗孔加工是单个刀刃切削,刀具受一个径向切削力作用而让刀,加之主轴系统在X方向上间隙较大,孔在X方向的让刀量大于Y方向,X方向上的直径小于Y方向,因此要在X方向上测量孔直径,并按这一直径设计出与之配合的轴直径。同样在