機床基礎對機床精度的影響

楊忠丹

（資陽南車傳動有限公司，四川資陽 641303）

機床基礎對機床精度的影響

楊忠丹

（資陽南車傳動有限公司，四川資陽 641303）

通過機床基礎對機床精度影響原因分析，提出大型機床在安裝中應該注意的問題，避免造成重大損失，確保機床能夠正常運行和投資得到良好的回報。

基礎 承重 變形量 精度

我公司是長期從事各種機車重要部件傳動箱的生產制造。多年來，因傳動箱孔系位置誤差和同軸度誤差等加工精度質量問題，造成生產制造出的傳動箱在試驗過程中出現異音，影響傳動箱的正常交出。為了提高傳動箱孔系的加工精度，2005年我公司投巨資從國外引進一臺落地式HCW －180NC精密數控鏜床，經過歷時7個月安裝調試，在前期對機床幾何精度和機床定位重復精度檢查均達到出廠標準和技術協議要求情況下，對機床加工精度進行核查并試加工期間，出現了不重合誤差的現象，即對傳動箱孔系試加工期間，出現未鏜完的孔系，再進行鏜孔加工時，偏離原孔中心的現象，其誤差值在0.1～0.15 mm范圍內波動，隨著時間推移，其誤差值繼續增大，由于不重合誤差的原因，造成了不能滿足傳動箱孔系的加工精度要求。本文對加工精度不重合現象進行分析并提出防范措施，告誡其他企業在安裝大型機床時避免出現同樣錯誤而造成重大經濟損失。

1 落地式HCW-180NC精密數控鏜床安裝過程和不重合誤差的出現

在簽訂購置落地式HCW －180NC精密數控鏜床合同后，在規定時間內，我公司按照生產廠家提供的機床基礎圖和所需的承重，制作了機床基礎并用80 t鋼材對機床基礎作了承重試驗；在承重試驗過程中并未發現整個機床基礎有裂紋、斷裂、下沉的缺陷。

2005年初開始對引進的落地式HCW －180NC精密數控鏜床進行安裝調試，安裝前在機床床身和工作臺床身的縱向和橫向位置附近分別安裝了與基礎連成一體的檢測基礎變形用的檢測棒并將檢測棒調平。檢測棒安裝具體位置和檢測棒結構形式見圖1和圖2。

在安裝機床立柱、工作臺等部件前，將水平儀放置在不同位置的檢測棒上，用16 t重的機床配重在檢測棒附近做承重試驗，觀看水平儀是否變化并檢查基礎變形情況，結果未發現基礎有變形的現象。接著對機床進行安裝調試并對機床幾何精度和定位精度、重復定位精度逐項進行檢查，檢查結果均達到出廠標準和技術協議要求。期間時間歷時5個月，在六七月份對傳動箱孔系進行試加工，開始試加工階段，機床運行和加工均正常；到7月中旬期間，在進行傳動箱精加工時，發現孔系重復精加工出現偏移現象，而此時孔系在所有的機床位置參數均沒有改變，用百分表檢查加工的孔系，其偏移原孔的中心0.1～0.15 mm，其誤差值大于技術要求所規定定位精度和重復定位精度10倍之多，技術要求規定定位精度：P≤0.010 mm/1 000 mm，0.025 mm/5 000 mm；重復定位精度：PS≤0.008 mm。出現如此大偏差是不能滿足傳動箱孔系加工精度要求的。為什么在安裝過程中，對機床幾何精度、定位精度、重復定位精度檢查結果都達到出廠標準和技術協議要求的情況下，在短短幾個月時間內，會出現這樣的誤差？雙方技術人員十分迷惑。

2 不重合誤差查找過程和分析

針對不重合誤差問題的出現，我們從以下幾個方面逐步進行了詳細檢查，查找造成不重合誤差原因：

①對編制的傳動箱加工程序逐條進行檢查，特別是對具有位置要求數據的查對，結果是整個加工程序編制沒有任何錯誤；

②檢查數控系統技術參數是否發生了變化，沒有發現其技術參數在運行過程中發生改變，數控系統也未出現任何報警信號，因此判定數控系統運行正常；

③試加工傳動箱孔系是在夏季，而安裝的初期是年初，其溫差是否會對機床精度和對加工傳動箱孔系加工精度造成影響，查閱相關資料，證實機床安裝對溫度的要求是機床安裝所在地室內溫度范圍在：+10～35℃均為合格，實際測量機床所安裝的車間溫度在18～32℃范圍內，滿足機床安裝規定的溫度條件，排除了因溫度影響機床精度。

④檢查機床立柱（含主軸箱）X軸方向往復移動、工作臺V軸方向往復移動幾何精度的變化情況，具體方法如下。

（1）檢查機床在X軸方向往復移動幾何精度變化情況（圖3、圖4，其測量數據見表1）

將立柱移動到X軸正方向的極限位置，將電子水平儀（精度：0.001 mm/1 000 mm）分別放置在主軸方滑枕X軸方向、Z軸方向上，圖3和圖4。

將水平儀調整為零；記錄此時的溫度和時間，立柱往X軸負方向移動，每移動1 m，記錄一次數據，移動全長5 m，將記錄的數據填入表格中，為了避免溫度變化梯度引起誤差，將檢測時間按照技術協議所規定的，即在測量過程中以及12 h內最大允許的溫度變化梯度不超過6℃情況下進行檢測，其檢測結果見表1。

將立柱移動到X軸負方向的極限位置，按照上述方式進行檢測，其測量值與表1中數字基本上一致，但水平儀顯示方向正好相反；查閱機床安裝調試時，對此項幾何精度的檢測記錄，通過測量數據對照，可以看出此項機床幾何精度變化較大。

（2）按照同樣方法檢查工作臺在V軸方向往復移動幾何精度變化情況（圖5，測量數據見表2）

將工作臺移動到V軸正方向的極限位置，將電子水平儀（精度：0.001 mm/1 000 mm）分別放置在工作臺X軸方向、V軸方向上，見圖5。移動工作，每移動1 m，記錄一次數據，移動全長3 m，將記錄的數據填入表格中，其測量結果見表2。

通過對機床和工作臺兩項關系到加工精度的幾何精度的測量并與原測量值比較和分析，可以知道機床和工作臺的幾何精度發生了很大變化，其變化值是原測量值的幾十倍，而機床幾何精度變化結果是直接導致加工孔系出現不重合誤差問題主要原因。又是什么原因造成了機床幾何精度在短短的幾個月內發生如此大的變化呢？

表1

表2

經過認真分析和判斷，初步認為可能是機床的基礎發生了變化導致安裝調試好的機床幾何精度發生變化。因此查找重點就是對機床基礎進行檢測并判定其是否合格。

（3）對機床基礎進行檢測

針對機床X軸方向、工作臺V軸方向幾何精度變化，將水平儀放置在機床X軸方向、工作臺V軸方向的檢測棒上，將水平儀調整為零，分別將機床立柱和工作臺從一個極限位置移動到另一個極限位置，查看水平儀測量值。檢測棒具體位置見圖1，經過反復檢測，機床X軸方向檢測棒上水平儀數字顯示為：0.08～0.10 mm/m；工作臺V軸方向檢測棒上水平儀數字顯示為：0.06 ～0.08 mm/m；并在其范圍波動，并且當對機床立柱和工作臺起始移動位置相反進行移動時，水平儀數字顯示方向相反。

3 原因判斷和結論

根據以上檢查結果，可以判斷不重合誤差產生的原因是由于機床基礎變形量超過了機床安裝要求基礎變形量0.02 mm/m幾倍，甚至幾十倍。由于機床基礎屬于浮動基礎，隨著立柱、主軸箱、配重等重量在床身上移動時，機床基礎的傾斜變形嚴重超過其要求，無法保證機床幾何精度穩定性，造成了傳動箱孔系加工精度達不到技術要求。因此結論是該機床基礎給予報廢。

4 浮動基礎產生原因與機床基礎制作應遵循原則

經過查閱原機床基礎資料和相關技術人員分析產生浮動機床基礎主要原因有：

（1）機床基礎設計者對機床結構和運行方式不了解，只考慮機床基礎承重，對帶有移動重負荷時，機床基礎的傾斜變形要求重視不夠；

（2）對機床基礎原地質情況不了解，機床安裝所在地原來是一個養魚塘，通過回填新建的廠房，因此地質狀況十分復雜；

（3）機床基礎盡管進行整體澆鑄，所用的鋼筋和混泥土符合標準，但是整個機床基礎仍然處于松軟土質上，沒有對基礎采用打樁澆鑄支撐機床基礎，增加機床基礎剛性和強度；

（4）機床安裝前，對機床基礎檢測沒有按照相關標準進行詳細檢測，特別是對機床基礎的傾斜變形量重要參數檢測不夠；

（5）機床基礎在澆鑄完成后，承重試驗的周期太短，如果是浮動基礎，一般需要在承重幾個月后才出現傾斜、變形等現象；未能在機床安裝前及時判定出該機床基礎是浮動基礎。

由于原機床基礎不能達到機床安裝調試的技術要求，因此只有重新制作新的機床基礎并對機床進行拆卸、搬遷、再安裝調試，給公司造成了200萬元左右的經濟損失，教訓是十分深刻，損失是慘重的。

查閱相關資料，機床基礎的制作應根據：當帶有移動負荷時機床的基礎制作應將機床部分的基礎和附屬部件的基礎連成一個整體；由于機床基礎變形直接影響機床的幾何精度和加工精度，因此作為機床安裝的基礎必須經過正規設計和澆鑄，并且在機床安裝前后都要進行仔細檢查。同時應遵循以下原則：

（1）土質的檢驗、基礎的設計和施工必須由具有重型機床基礎設計和施工資質的專業機構完成；

（2）基礎的施工尺寸必須根據機床安裝位置的土質檢驗情況來確定，必須按照機床生產廠家對機床基礎標準綜合考慮；

（3）機床基礎的設計應了解機床基本運行方式，若帶有移動重負荷時機床的基礎設計應充分考慮基礎承重，特別是機床基礎的傾斜變形要求；

（4）機床基礎的尺寸必須根據機床移動所引起的實際變形角度來計算，立柱、旋轉工作臺、主軸箱、工件等重量較大部件移動時，其實際變形角度不能超過以下值：

Φ =0.02 mm/m=0.000 2 rad（5）機床基礎承重部分支撐梁、支撐柱必須用鋼筋混泥土澆鑄而成，基礎周邊、底部采用混泥土澆鑄即可；

（6）機床基礎完成后必須進行檢驗，核實是否符合機床基礎圖和相關的設計參數，對大型、精密機床必須對機床基礎作靜載荷、移動動載荷試驗，檢驗機床基礎的承重、抗變形能力；

大型、精密機床基礎應按照上述原則、國家相關的標準以及生產廠家提供的基礎圖和技術要求制作，是能夠防止因機床基礎因素影響機床的幾何精度和加工精度，避免重大投資造成損失并得到良好的回報。

5 結語

通過本文對大型精密機床的基礎對機床幾何精度和加工精度產生的問題和原因分析，告誡其他企業在投資大型精密機床中，不僅要注重機床本身的所能達到的加工精度和機床的先進性，同時也要高度重視安裝機床的基礎的可靠性和穩定性；避免產生同樣的問題，使重大投資得到預期的回報。

［1］《機床設計手冊》編寫組編.機床設計手冊 （上、下冊）.北京：機械工業出版社，1978.

［2］《機修手冊》第3版編委會.金屬切削機床修理第3卷（上、下冊）.北京：機械工業出版社，1993.

作者：楊忠丹，男，1962年生，工程師，主要從事設備技術工作，發表論文1篇。

（編輯 孫德茂）

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YANG Zhongdan
（CSR Ziyang Transmission Co.，Ltd.，Ziyang 641303，CHN）

2009－12－18）

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