快速检查机床性能

　　主动检查机床性能有两个目的：零故障和不间断生产。机床性能完全检测是机床维护和/或机床质量控制的一部分。二十多年来，机床车间管理人员就一直使用激光测量系统进行机床误差测量和标定。

　　测量一个简单的三轴加工中心的第一步是测量18个位移误差参数，即每轴的6个误差参数。机床主轴沿移动轴运动时，可能产生线性位移误差、水平及垂直方向上的直线度偏移以及三个旋转误差：偏摆角、俯仰角、滚摆角。两轴之间的垂直度也必须测量。这样，描述机床的全部几何性能总共需要测量21个参数。

　　几何误差通常由单参数激光测量系统测量，对于不是简单的线性位移误差的测量，就需要安装配置各种光学附件，但一次安装运动只能 测量一轴的一个误差参数，整个几何特征测量需要21次安装及测量行程。一次安装及测量需要1个小时，所以整个测试至少需要3个工作日。

　　很多车间不愿意牺牲工作时间做这些传统测试，经理们也会容忍性能较差的机床制造的废品，因为他们相信眼前停机及人员专门培训费用要高于定期机床检测所取得的长期效益。

　　最糟糕的情况是，车间结果检查发现工件超差后才会做性能测量。此时，车间通过激光测量试图发现事实背后的根本原因。由此引起的意外机床停机要求重新规划生产流程，并且为了进行机械调整可能损失好几天的时间。
 
　　如果车间打算用一种折中的方法避免这样的问题，即只做所需测试的一部分，通常只做线性测试，测量的数据可以检测到螺距及刻度误差，但是象轴垂直度、磨损或导轨没对齐等问题仍旧看不出。另外，没有俯仰角或直线度数据，无法诊断出影响空间定位的误差。

　　六自由度测量的快速机床误差评估（RMTEA） 可以解决这个问题，大量减少测试时间，这样小车间也可以提前控制加工过程，最终通向零故障以及更少对事后检查的依赖。
 
随着三轴加工中心主轴沿着运动轴的运动，测试结果将显示线性位移误差、水平及垂直直线度偏差以及三个角度误差：便摆角、俯仰角、滚摆角误差。 

垂直度误差，或机床轴相互之间的垂直度也必须测量。

　　RMTEA的关键元件是一个激光传感器，它把来自激光头的光束分成三束：反射镜把光束返回到激光头，由此可得到线性位移读数，第二束光用来测量直线度偏差或在垂直于移动轴的两个方向的移动，第三束光穿过一个起微型自准直仪作用的光学件，得到偏摆角和俯仰角 ，滚摆角误差由一个差分电子水平仪测量，激光头定位参考水平仪，该水平仪是多轴传感器的一部分。

　　传统的安装在三脚架上激光头需要调整很多光学件。RMTEA调整过程约需半个小时，激光头的一般吸附在机床工作台上，仅有的调整是安装机床主轴上的多轴传感器。传感器安装在主轴上可以保证检测的运动误差和从工具端部看到的误差一样。一般不需去掉机床保护装置就可 安装，减少安装时间至10到15分钟。

　　对齐后，主轴沿着第一个测量轴（X轴）按增量移动定位，在每一个测量点处都会记录6个定位误差 。如果增加五棱镜测量Y轴和Z轴，可确定各轴之间的垂直度及18个定位误差。利用这种方法，每次30到45分钟，测量5个测回可测21个误差参数。整个三轴机床评估时间降低到3到4个小时，减少85%的测量时间。 

　　为了有效分析数据趋势，必须经常测量机床特性，因为用传统激光系统测量机床特性很耗时间，并且需要非常专业的测量专家，所以制造商可能一年也就测试一次机床。管理人员没有数据来预测机床何时无法再满足精度要求，如果机床性能故障点计算错误，那么机床标定或者过勤，或者在重新标定前出现废品。

　　象波音、Caterpillar及GM公司这样的行业先驱正逐步把这项技术应用到他们的制造加工中。 波音公司的机床安装专家 Robert Dickman 说，一旦波音帮助开发的补偿软件可以和所有公司的NC-CNC机床兼容，API 系统可以减少机床80%的停机时间。（文章开头的图片展示Dickman 正在测量一台CNC修改的精密镗床）。Dickman 说，现在公司可以把原先超差的使用非常频繁的加工机床，提前做测试。

　　GM 已经在其遍布北美的模具制造厂应用了这项技术。通过把所有主要加工机床的性能综合评估以及改进，生产出来的模具质量已经大幅度提高，减少了90%的手工修整。

　　机床标定及改造服务供应商发现RMTEA可节省时间，使他们具有竞争优势。改造公司可以把工作做的更快。位于伊利诺斯Rockford 的 Bourne & Koch 最近做了一个机床改造，要求测量精度非常高，使用的就是RMTEA，而没有使用其通常的激光测量，完成该项目用了8个月，提前工期4个月。

　　预测机床性能下降低于设计标准的预测保养项目，以及最小化加工中断的维修规划，都从RMTEA大大获利，性能恶化预测可以通过过去测量的数据趋势来分析。

　　例如，假设一台精密磨床必须保持每次测试时的线性定位精度为 0μm/m，如果按这种方法持续恶化，用户可以在初始鉴定9个月后安排重新标定。

　　用户不必仅限于线性定位分析。即使简单的工具路径，也应该为直线度、角度、垂直度建立单独的标准。假定一加工平板表面有0.03mm的平面度要求，为磨削这一表面需要一个线性路径，但线性定位能力达不到这个要求，如果机床无法保证直线度满足平面度的要求，该机床就不能用于该工件的磨削加工。

　　通过机床性能分级，管理人员可以让现有的不同性能的机床满足工件精度要求。管理人员必须有每个机床的最近的测量数据，因为机床性能随着时间的推移会发生变化，并且如果不是定期检测，依据哪个机床的哪个工件作出决定将不是很理想。由于RMTEA允许经常数据采集，性能推断变得更加准确，所以机床的使用更加高效。

　　使用 RMTEA，车间可以每个季度就进行一次完整的特性测量，增加的数据使得趋势分析更加可靠。保证需要维修之前机床的利用率最大化，减少废品，较少地依赖事后检查过程。

　　现代组装车间通常按照ISO 9000等标准，更新自己的质量控制标准，以保证生产过程。 机床几何定位能力评估在质量评估中占据主要地位，且激光干涉仪是基本使用工具。为了采集所有数据并最小化加工中断，六自由度同时测量可保证满足质量要求，并以最有效的方式利用加工资源。

（API中国）

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