机床精度与维修.

机床的精度加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度称为机床精度。包括：几何精度、传动精度、运动精度、定位精度及精度保持性等几个方面。各类机床按精度可分为普通精度级、精密级和高精度级。一、几何精度：机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度,它指的是机床在不运动(如主轴不转,工作台不移动)或运动速度较低时的精度.它规定了决定加工精度的各主要零、部件间以及这些零、部件的运动轨迹之间的相对位置允差。例如,床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度等。在机床上加工的工件表面形状,是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的,而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的,所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。是评价机床质量的基本指标。1)工作台的平面度2)X轴向移动对工作台面的平行度3)Y轴向移动对工作台面的平行度4)各坐标方向移动的相互垂直度5)主轴的回转精度6)机头在Z坐标方向移动的直线度7)机头沿坐标方向移动时对主轴轴心线的平行度8)主轴回转轴心线对工作台面的垂直度几何精度指标：机床调水平检验方法：将工作台置于导轨行程中中间位置，将水平仪分别沿Ｘ和Ｙ坐标轴置于工作台中央，调整机床垫铁高度，使水平仪水泡处于读数中间位置；分别沿Ｙ坐标轴全行程移动工作台，观察水平仪读数的变化，调整机床垫铁的高度，使工作台沿Ｙ和Ｘ坐标轴全行程移动时水平仪读数的变化范围小于２格，即（0.04mm）1.工作台的平面度检验方法：用平尺检测工作台面的平面度误差的原理：在规定的测量范围内，当所有点被包含在该平面的总方向平行并相距给定值的两个平面内时，则认为该平面是平的。首先在检验面上选ABC点作为零位标记，将三个等高量块放在这三点上，这三个量块的上表面就确定了与被检面作比较的基准面。将平尺置于点A和点C上，并在检验面点E处放一可调量块，使其与平尺的小表面接触。此时，量块的ABCE的上表面均在同一表面上。再将平尺放在点B和点E上，即可找到点D的偏差。在D点放一可调量块，并将其上表面调到由已经就位的量块上表面所确定的平面上。将平尺分别放在点A和点D及点B和点C上，即可找到被检面上点A和点D及点B和点C之间的各点偏差。至于其余各点之间的偏差可用同样的方法找到。客户现场安装时平面度的测量1）将机头移动到机床工作台面上的g点位置。（如图）2）将磁力表架吸到机头上，使百分表的表头与工作台相接触，测杆应尽量与工作台垂直（如图2-3），测杆压缩0.15～0.2mm，然后转动表盘使指针指向“0”位。•3）根据合格证上的要求调整“XY步长”，控制进给速度，使机头运动，把百分表分别移动到f、e、d、k、h、a、b、c八点（如图），并记录每一点处表针对应的数值。•4）测量完毕后将机头移回到g点，如果此时百分表的表针仍指向“0”位，则说明所测出的数值有效；否则必须重新装卡百分表，重新测量。•5）计算九个点的测量值中最大值与最小值的差值，即为工作台的平面度。工作台面平面度超差一般有以下几点原因：•机床床身扭曲变形。使Y轴导轨跟随床身一起变形。这种变形需要先对床身进行检测，检测方法：1.将水平仪横向放置于工作台面中央，调整地脚使水平仪中的水银珠滚动到中间位置。2.移动工作台面，对Y向全行程分段进行测量（一般分三段即可，如EM-P每100mm行程分为一段），如果水平仪位置在不同段发生变化，调整地脚使其一致，如果调整地脚悬空仍无法将水泡位置调整一致，就确定为机床床身变形。3.将水平仪纵向放置于工作台面中央，测量方法同1、2。如果调整地脚直到悬空仍无法将水银珠位置调整一致，就确定为机床床身变形。•调整方法：松开床身与底座的连接螺栓，参照水平仪读数，在变形的低点位置加垫适当厚度的铜垫。•注*如果机床不带底座无法调整，只能通过机械加工重新修整床身精度。•横梁导轨直线度、平行度发生变化造成平面度超差测量方法：1、架平尺于工作台面上，将百分表磁力表座吸在滑动座上，于导轨一端对表（如图所示）2、用百分表测量导轨两端是否读数一致，如果不一致，用铜垫垫平（如图所示）3、测量导轨上每个螺钉固定点在百分表上的读数是否一致，误差不得超过0.02mm，超出部分即为导轨变形量。（导轨直线度误差）4、测量另一根导轨每个螺钉固定点在百分表上的读数是否一致，误差不得超过0.02mm，超出部分即为导轨变形量。（导轨直线度误差和平行度误差）调整方法：松开导轨紧固螺钉，将导轨用铜棒校直。•横梁变形测量方法：将平尺横放于工作台面上使用百分表测量其侧边（图1），运动机头调整平尺将X轴全行程的起始点和终止点调整为0－0，运动机头测量X轴全行程，观察百分表读数在运动中的变化，如果变化大，说明横梁发生变形。•调整方法：横梁变形很多情况下是因为床身变形造成的，这种变形引起的平面度超差在维修中很难调整。首先要调整床身变形。如果非床身变形所致，且变形量不大的情况下，可根据平面度测量的数据，在工作台面和工作台底板之间加垫适当厚度的铜垫。如变形量较大，须依靠加工手段重新修整横梁精度。注*以上两种变形通常也会造成X⊥Y超差，因此在调整平面度的同时也要调整X⊥Y。•工作台面变形这种变形多出现于铝工作台面的机床上，通常表现为工作台面中部凸起或凹下。调整方法：可根据平面度测量的数据，在工作台面和工作台底板之间加垫适当厚度的铜垫X、Y轴方向移动对工作台面的平行度•此项精度测量方法与平面度测量方法类似。•X轴只需测量a-c、h-d、g-e点的直线度即为X轴移动对工作台面的平行度•Y轴只需测量a-g、b-f、c-e点的直线度即为Y轴移动对工作台面的平行度第二节各坐标方向移动的相互垂直度1.X、Y坐标垂直度检验方法：检验方法：工作台处于行程中间位置，将角尺置于工作台上，把百分表固定在Z轴吸表板上，使百分表测头垂直触及角尺（Ｙ向），Ｙ轴向移动工作台，调整角尺位置，使角尺的一个边与Ｙ轴轴线平行，再将百分表测头垂直触及角尺另一边（Ｘ轴向），Ｘ轴向移动工作台，记录百分表读数，其读数最大差值即为工作台Ｘ坐标轴向移动对Ｙ轴向移动的工作垂直度误差。2.Z与工作台面垂直度（1）Z⊥Y检验方法：将角尺沿Ｙ轴向放在工作台上，并调整角尺位置使角尺轴线与X轴轴线垂直；百分表固定在Z轴吸表板上，百分表测头在Ｙ－Ｚ平面内垂直触及角尺，上下移动Z轴（最大行程），记录百分表读数及方向，其读数最大差值即为在Ｙ－Ｚ平面内主轴垂直移动对工作台面的垂直度误差；（2）Z⊥X检验方法：将角尺沿X轴向放在工作台上，并调整角尺位置使角尺轴线与Y轴轴线垂直；百分表固定在Z轴吸表板上，百分表测头在Ｘ－Ｚ平面内垂直触及角尺，上下移动Z轴（最大行程），百分表读数最大差值为在Ｘ－Ｚ平面内主轴箱垂直移动对工作台面的垂直度误差。主轴回转精度径向跳动：是指瞬时回转轴线平行于平均回转轴线的径向运动量。它主要影响工工件的圆度和圆柱度轴向窜动：是指瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动,它主要影响工件的的端面形状和轴向尺寸精度。角度摆动：是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度作公转，它对工件的形状精度影响很大。由于主轴部件在制造、装配、使用中等各种因素的影响，会使主轴产生回转运动误差，其误差形式可以分解为：主轴回转精度的测量主轴回转精度的测量装置如图4-20所示。在主轴端部连结一个精密的测量球3，球的中心和主轴回转轴心线间有微小偏心e，在球的横向（垂直于主轴回转轴线方向）相互垂直的位置上安装两个位移传感器2、4，并使之与测量球之间保持一定的间隙。当主轴旋转时，由于轴心线的漂移引起测量间隙产生微小的变化，两个传感器接受此信号经放大器5放大后，分别输入到示波器6的水平和垂直偏置端口。假设测量球的圆度误差很小，近似正圆，主轴也没有回转误差，此时在示波器上显示出一个以偏心距e为半径的圆。当主轴存在回转误差时，传感器测出误差信号叠加到球心所作的圆周运动上，这时示波器上将描绘出一个非圆的李沙育图形，它是由不重合的每转回转误差曲线叠加而成。包容该图形半径差为最小的两个同心圆的半径差△Rmin，即为主轴回转径向漂移量。主轴径向跳动检验方法：将刀杆装卡在主轴锥孔内，百分表安装在机床固定部件上，百分表测头垂直触及被测表面，旋转主轴，记录百分表的最大读数差值，在a、b处分别测量。标记刀杆与主轴的圆周方向的相对位置，取下刀杆，同向分别旋转刀杆90度、180度、270度、后重新装卡，在每个位置分别检测。取４次检测的平均值为主轴锥孔轴线的径向跳动误差。测量轴向窜动检测方法：将刀杆装卡在主轴锥孔内，百分表安装在机床固定部件上，百分表测头垂直触及被测端面中心位置，旋转主轴，记录百分表的最大读数差值。标记检棒与主轴的圆周方向的相对位置，取下刀杆，同向分别旋转刀杆90度、180度、270度、后重新装卡，在每个位置分别检测。取４次检测的平均值为主轴锥孔轴线的径向跳动误差。即为主轴轴向窜动量主轴角度摆动倾角摆动可视为径向圆跳动与端面圆跳动的综合。凡引起径向圆跳动与端面圆跳动的因素均会影响主轴的倾角摆动。影响主轴回转运动误差的主要因素有：•主轴误差主轴误差主要包括主轴支承轴径的圆度误差、同轴度误差（使主轴轴心线发生偏斜）和主轴轴径轴向承载面与轴线的垂直度误差（影响主轴轴向窜动量）。•采用滚动轴承对主轴纯径向跳动的影响主轴采用滚动轴承作支承时，引起主轴纯径向跳动的因素除了轴承本身的精度外，还与轴承相配合件的精度有关。滚动轴承的间隙对主轴的纯径向跳动也是有影响的。•轴承误差主轴采用滚动轴承支承时，如图4-3所示，内外环滚道的形状误差（图a、b）、内环滚道与内孔的同轴度误差（图c）、滚动体的尺寸误差和形状误差（图d），都对主轴回转精度有影响。主轴轴承间隙增大会使轴向窜动与径向圆跳动量增大。•与滚动轴承相配合件的影响轴承内圈是薄壁零件，受力后很容易变形，主轴轴颈的圆度误差将导致内圈变形而引起主轴的纯径向跳动。同理，轴承外圈也是薄壁零件，装到箱体孔中后，箱体孔的圆度误差也将引起外圈滚道产生变形，引起主轴的纯径向跳动。采用推力轴承时，其滚道的端面误差会造成主轴的端面圆跳动。角接触球轴承和圆锥滚子轴承的滚道误差既会造成主轴端面圆跳动，也会引起径向跳动和摆动主轴轴向窜动检验方法：将检验棒插在主轴锥孔内，百分表安装在机床固定部件上，百分表测头垂直触及验棒顶部中心位置，旋转主轴，记录百分表的最大读数差值•产生轴向窜动的主要原因是：主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。提高主轴回转精度的措施：•1.主要是要消除轴承的间隙。•2.适当提高主轴及箱体的制造精度•3.选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度•4.对高速主轴部件进行平衡•5.对滚动轴承进行预紧等均可提高机床主轴的回转精度。3.主轴与工作台面垂直检验方法：将带有百分表的表架装卡在主轴上，并将百分表的测头调至平行于主轴轴线，主轴旋转一周，百分表读数的最大差值即为垂直度偏差。分别在X、Y方向记录百分表在相隔180度的两个位置上的读数差值。修刮、调整卡紧套来消除误差。二、传动精度机床的传动精度是指机床内联系传动链末端件之间的相对运动精度。这方面的误差就称为该传动链的传动误差。例如：在做切割加工时，由于在X、Y两运动轴之间的传动链中丝杠、轴承及联轴器存在加工或安装误差不一致，使得X、Y轴的实际移距与要求的移距之间有了误差,这个误差将直接造成工件的外形误差。为了保证工件的加工精度,不仅要求机床有必要的几何精度,而且还要求内联系传动链有较高的传动精度。减少传动链传动误差的措施：•1）减少传动件的数目，缩短传动链：传动元件越少，传动累积误差就越小，传动精度就越高。•2）提高传动副（特别是末端传动副）的制造和装配精度；•3）消除传动间隙三、运动精度静态精度只能在一定程度上反映机床的加工精度,因为机床在实际工作状态下,还有一系列因素会影响加工精度。例如：1）由于切削力、夹紧力的作用,机床的零、部件会产生弹性变形;2）在机床内部热源(如电机的发热,轴承、丝杠副等零件的摩擦发热等)以及环境温度变化的影响下,机床零、部件将产生热变形;•3）由于切削力和运