Ballbar球桿分析儀的擴展應用

■神龍汽車有限公司襄陽工廠 (湖北 441004）薛澤波 尹吉春

1.應用背景

目前各大汽車廠的機械加工機床多為數控機床。數控機床本身制造精度高、加工精度高，效率更高。如果機床本身的精度有損失，則會導致大批產品報廢、成本流失。因此，機床精度的保證非常重要。傳統的精度檢測方式是利用機械儀表檢測，并且是靜態檢測。現在數控機床多數是高速機床，而靜態精度檢測用于高速機床就會有些力不從心。多數情況是需要知道機床運動過程中的動態精度如何。圖1所示為英國Renishaw公司的Ballbar球桿分析儀，本文介紹這款高速機床動態精度檢測儀器的應用及擴展應用。

2.球桿儀功能

圖1 Ballbar球桿儀

Ballbar球桿分析儀可以分析機床各移動方向的導軌垂直度、直線度以及三維空間任意兩方向組成平面動態運動時兩軸配合的直線度情況。

3.球桿儀檢測原理

Ballbar球桿分析儀的檢測原理是：利用機床NC程序驅動機床運動，運動過程中使用Ballbar球桿分析儀器的數據產生儀器，將運動時產生的數據實時反饋給Renishow Ballbar軟件，對數據進行采集、篩選，輸出分析結果，技術人員根據軟件分析結果（見圖2）來判斷機床精度是否有損失。

4.球桿儀的應用分析

我公司將該儀器應用于COMAU機床加工中心上。下面以一個XY方向垂直度補償的分析為例介紹其應用。

圖2 軟件分析結果

既然是動態分析，就需要機床是運動的。數控機床的運動是靠NC代碼驅動，這就需要我們編輯相應的合理的NC程序。而COMAU機床提供了相應的NC程序。

（1）參數程序設置說明：

因我公司有些COMAU機床加工中心是帶有W軸的，參數程序設置中帶有W軸的判定。后續會在擴展應用中提供相應的NC程序。

（2）測量XY平面運行主程序說明：

（4）Ballbar球桿分析儀使用步驟：①在主軸上裝入Ballbar測量使用的專用夾具（見圖3）。夾具在主軸上的安裝位置如圖4所示，測量儀安裝圖如圖5所示，測量儀擺桿如圖6所示。②運行Ballbar球桿分析儀的測試程序及前述測量XY平面運行主程序。③運行預先安裝在筆記本電腦上的Ballbar分析軟件。④調試好Ballbar球桿分析儀分析軟件相應的功能。⑤在機床內部無干涉的情況下，按照機床操作面板上的提示裝入Ballbar球桿分析儀相應的測量儀機械件。

圖3 夾具本體

圖4 夾具主軸上安裝位置

圖5 測量儀安裝圖

圖6 測量儀擺桿

（5）Ballbar結果分析：上述整個過程完畢后，Ballbar分析軟件會將分析結果輸出，技術人員只需根據機床制造廠和工藝生產要求，分析結果是否滿足加工制造精度，即可判定是否需要對設備的機械部分修整或更換。

5.球桿儀的擴展應用

從以上分析可得出：①NC程序的作用是驅動機床運動。②Ballbar球桿分析儀的作用是產生信號，并向Ballbar球桿分析儀應用軟件提供實時數據。③Ballbar球桿分析儀應用軟件的作用是采集數據和分析數據，并輸出分析結果。④技術人員的作用是分析測量結果是否滿足使用要求。

由此可以看出，機床的N C程序是通用條件，只要根據相應數控機床NC代碼規則將NC程序加以更改，便可在其他數控機床上使用。我們根據Ballbar球桿儀工作原理及上述結論，使其在我廠另一款數控機床上得以擴展應用（因保密原因，具體廠家的機床類型和型號在此不便公開），NC程序編制同樣以XY平面測量為例，根據要測量的設備的NC代碼規則編制相應的NC程序，具體程序如下：

上述程序編制完成后，只需要將程序裝載在相應的機床上，連接好帶有Ballbar分析軟件的筆記本電腦，按照前述使用步驟就可以應用了。

6.結語

明白Ballbar測量軟件的工作原理后，整個擴展應用過程可以實施的關鍵在于機床如何實現自行運動。測量過程使用的硬件和軟件都無需更改。只要善于總結、細心觀察，工作中很多應用是可以移木嫁接的。

[1]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D基礎部分編程手冊［E］.北京：SIEMENS公司，2003.4.

[2]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D高級部分編程手冊［E］.北京：SIEMENS公司，2004.10.

專家點評

通過對球桿儀的應用及擴展應用，介紹了數控機床的動態精度檢測，并給出了具體的應用程序，可以很方便地借鑒到其他數控機床。