卧式加工中心加工误差与机械精度的调整

■中国一拖集团有限公司第三装配厂 （河南洛阳 471004）

王雷飞 段松松 常超杰

我单位引进了3 台意大利MAN DELL I 公司生产的REG ENGT 1200 U 型主轴立卧转换式、 双交换工作台（800mm×800mm）万能式加工中心，用于拖拉机箱体上的轴承孔、各前后端面及定位销孔的精加工，箱体的主要关键尺寸及各项精度主要由大型卧式加工中心来保证，进而保证整车装配的质量。3台设备在实际生产中，使用频率高、维护与保养不及时和生产环境等因素，造成几何精度值下降，导致很多生产的壳体零件的质量不合格，以至于返修和报废。现就实际生产中遇到的问题及解决方案进行论述。

在加工传动箱壳体内腔的两组轴承孔中心轴线与前后端面垂直度超差，前后端面与底面分动箱安装面垂直度超差（见图1）。

图1中，上一组轴承孔分别为φ110mm、φ90mm和φ85mm，下一组轴承孔φ100mm、φ90mm和φ 80mm。三坐标在测量传动箱壳体时是采用下一组轴承孔φ100mm、φ90mm和φ80mm轴线建立测量坐标，通过在前后端面上采点计算它们之间垂直度与平行度的具体测量值（见表1）。

图1 传动箱壳体

表1 工件工艺要求及三坐标实测结果 （单位：mm）

1. 机床工作原理和加工误差的分析

机床的工作原理：该机床结构为动柱式，主轴箱在Y轴滑台上做上下移动，Y轴立柱在Z轴滑台上前后移动，B轴旋转工作台安装在X轴滑台上做左右运动（见图2）。

加工工艺过程两组轴承孔为Z轴前后移动B轴工作台回转调头镗孔，前后两端面为主轴在卧式状态下由Y轴和X轴插补运动铣削加工而成的。根据工件的加工误差和三坐标测量结果进一步对此机床结构进行分析，Y轴立柱在Z轴底座上运动，φ100mm、φ90mm和φ80mm轴线与前端面的垂直度超差，前后端面与底面分动箱安装面垂直度超差。由此可以判断：

（1）B轴工作台面与Z轴移动平行度超差。

（2）Z轴与X轴垂直度超差。

（3）Y轴与Z轴垂直度超差。

2. 检查机床机械几何精度

检测精度的常用工具有精密方尺、精密方箱、高精度主轴心棒及百分表杆磁力座等。

图2 机床机构示意图

（1）主轴精度的检测：①选用高精度主轴心棒及百分表杆磁力座。②主轴上安装高精度主轴心棒，百分表杆磁力座安装在B轴工作台面上，百分表微量压在主轴心棒上。移动Z轴检验侧母数值0.02mm/300mm和上母线数值0.01mm/300mm，符合标准。③靠近主轴端取一点检验主轴径向跳动数值0.01mm，符合标准。取离主轴端300mm处，检验径向跳动数值0.02m m，符合标准。④由于上母线数符合标准，由此可判断主轴精度合格。

（2）B轴工作台与Z轴平行度的检测：①工作台表面清理干净，油石打磨去掉毛刺。②在主轴上装检验心棒，将百分表座吸在心轴上。③将表针微量压住工作台表面，百分表架在主轴头上测工作台面，X轴移动工作台面，偏移数值（0～0.02mm/500mm），平行度符合要求。④B轴旋转180°再测X轴移动工作台面，偏移数值（0～0.02m m/500m m）。平行度符合要求。⑤Z 轴移动工作台面，偏移数值（0～0.08mm/500mm），平行度超差。⑥B轴旋转180°再测Z轴移动工作台面，偏移数值（0～0.07mm/500mm）。平行度超差基本一致。⑦由以上检测数据可以判断主轴与工作台在Z轴方向超差。

（3）Z轴与X轴垂直度的检测：①将方尺沿X轴方向平放在工作台面上。②先将百分表加在主轴心棒上，沿Z方向压在方尺上表面，移动X轴400mm，记录百分表的变化值，根据变化值找正Z向的方尺。③然后再将百分表沿X方向压在方尺侧面，在方尺范围内移动Z轴，测量表针400m m长的最大变化值0.07mm，就是X轴与Z轴的垂直度超差值0.07mm。④可根据百分表沿X方向的变化值，来判断X轴与Z轴的偏移角度。

（4）Y 轴与Z 轴垂直度检测：①将方尺沿Z轴方向竖直放置在工作台面上。②先将百分表加在主轴检棒，沿Y方向压在方尺上表面，移动Z轴，在全长400m m范围，记录表针的变化值，根据变化值找正Z 向的方尺（可通过塞尺的放在方尺下端来解决找正的问题）。③再将百分表沿Z 方向压在方尺侧面，在方尺范围内移动Y轴，测量表针400m m长的最大变化值0.08mm，就是X轴与Z轴的垂直度超差值0.08mm。④可根据百分表沿Y方向的变化值，来判断X轴与Z轴的偏移角度。

3. 机床机械几何精度调整

（1）Y轴与Z轴垂直度和Z轴与X轴垂直度的调整：为避免重复调整带来的误差和不便，Y轴与Z轴垂直度和Z轴与X轴垂直度可以同时进行调整。首先对Z轴与X轴垂直度的调整。然后对Y轴与Z轴垂直度调整，最后同时进行检测。①调整X轴与Z轴的镶条，消除镶条间隙。②根据误差值压表的方向，判断出Z轴相对于X轴垂直度的偏斜方向。③将Z轴地脚螺栓的紧固螺母松开，根据Z轴与X轴的偏斜方向，在Z轴后部水平位置的垂直方向找一支点，放置螺纹千斤顶。④顶紧千斤顶，观察百分表的读数变化，在方尺压表的范围内移动X轴，计算垂直度的差值。重复以上动作直到满足0.02mm/400mm要求为止。⑤调整X轴与Z轴的镶条，消除镶条间隙。⑥打开Z轴前后护罩，根据立柱倾斜方向，将需要顶起的一侧导轨前后压板松开，将导轨支撑块的紧固螺钉松开。⑦将调整的一侧前后导轨支撑块的斜铁通过调整螺钉往里压，从而使这一侧的立柱往上起，通过百分表的表针变化来判断调整量是否符合要求。⑧重复检验步骤或调整步骤，直到满足0.02mm/400mm允差要求。⑨将Z轴地脚螺栓紧固后，再次检验X、Z垂直度，确信无误后再安装防护装置。

（2）B 轴 工 作 台 与Z 轴 平行度的调整步骤：工作台面与X、Z 坐标轴的平行度要求是0.02mm/500mm。但是由于导轨在不同部位的磨损程度不同，所以单纯地去调整基座或者去垫衬工作台是达不到预期效果的，需两者结合起来调整，步骤如下：①在主轴上装400mm长的检验心轴，将百分表座吸在心轴上。②将表针微量压住工作台表面，不超过0.20mm。③检验主轴沿Z轴方向移动对工作台的平行度。在工作台的800mm范围内X方向上分左中右3个部位进行检验，移动Z轴分别对3个部位进行检验。④调整X轴基座，先松开地脚锁紧螺钉，根据X方向工作台不同位置检验的结果，上调或下调具体的地脚螺钉，其目的是经调整后要将这3个位置测得的Z与工作台的平行度结果一致。记录检验的误差值。⑤同样X轴移动时检验主轴对工作台的平行度。在工作台800mm范围内Z方向分3个部位，移动X轴分别对3个部位进行检验。⑥根据测量结果调整X轴基座，经调整后将这3个位置测得的X与工作台的平行度基本保持一致。注意调整时兼顾保持Z与工作台的平行度基本不变。记录误差值。以上调整完成以后，即可保证工作台在不同部位与Z、X平行度的一致性。⑦将工作台固定螺钉拆掉，安装起吊环，起吊至500mm左右的高度。⑧清理工作台底面及工作台安装台面，油石打磨毛刺。⑨根据先前调整测量结果在Z、X平行度误差值，确定垫衬部位和需垫衬的尺寸。⑩剪切所需尺寸的铜皮放入确定的部位，落下工作台，压紧固定螺钉。⑪计算的数值在实际操作中可能存在误差，重复以上检验步骤，或进行数次微量调整，直到满足0.02mm/500mm的允差值。

4. 试加工

装上零件，开机试加工后，三坐标分别对3个工件进行精度测量：上一组轴承φ 1 1 0 m m、φ 90m m和φ 85m m，与下一组轴承孔φ100mm、φ90mm和φ80mm之间的轴线平行度，前端面与下一组轴承孔φ 100mm、φ 90mm和φ80mm轴线之间的垂直度和前后端面之间的平行度。表2所列为三坐标分别对3个工件进行精度测量的结果。

5. 结语

以上对工作中遇到的卧式加工中心在加工箱体类零件时产生加工误差进行了分析，对解决措施进行了简要的梳理。在不同的卧式加工中心产生相同或类似的加工误差时，应根据该机床结构分析产生误差的原因，具体问题解决要根据机床结构和加工的工艺方法来考虑相适应解决方法。文中如有不妥之处，请给予赐教。

表2 工件工艺要求及三坐标实测结果 （单位：mm）

[1] 俞立钧.机械精度设计基础及应用[S]. 上海：上海大学出版社，2006：48-54.

[2] 王选逵. 机械制造工艺学[S]. 北京：机械工业出版社，2007：34-39.

[3] 左文刚. 现代数控机床全过程维修[S]. 北京：人民邮电出版社，2008：75-89.

[4] 李登万. 数控机床机械装调技术[J]. 北京：北京理工大学出版社，2011（7）：115-132.