MAG加工中心幾何精度檢測與調整關鍵技術

孔海龍

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

近幾年很多企業購買國外高端加工中心設備用于產品的加工，對提高產品質量起到了重要作用。加工高精度產品時，必須靠加工中心自身的精度來保證產品的加工精度。因此，加工中心本身的精度要遠高于加工產品的精度，通常高出一個量級。

加工中心的精度包括幾何精度、重復定位精度、定位精度等。隨著加工中心設備長時間的運行，必然導致加工中心設備精度不斷下降，從而無法保證加工產品的精度要求。因此，設備維修人員應掌握加工中心幾何精度的調整方法，滿足加工中心對精度的需求。

1 MAG 加工中心機械坐標系統

要掌握加工中心幾何精度的調整方法，首先需要理解MAG加工中心機械坐標系統。精密加工中心通常有5 個軸，其中Z 軸的正方向，定義為固定機床床身的底部并平行于主軸、遠離主軸端的方向。如圖1 所示，確定Z 軸位置后，根據笛卡爾右手坐標系，中指方向為Z 軸，食指方向為X 軸，大拇指方向為Y 軸，繞Y軸旋轉的方向為B 軸，與Z 軸平行且垂直X-Y 平面的為主軸。

2 機械零點的建立

以MAG 321 加工中心零點為實例，建立機床機械零點，見圖2。其中，X 表示X 軸可移動的范圍，Xh表示B 軸半徑的距離，X0表示X 軸零點起始位置，Y 表示Y 軸可移動的范圍，Y0表示Y 軸零點起始位置，Y1表示主軸在Y0位置的中心點與床身底部的距離，N 表示主軸的中心與B 軸臺面的距離，Z 表示Z軸可移動的范圍，Z0表示Z 軸零點起始位置，Z1表示主軸前端面與B 軸中心的距離，h1表示B 軸臺面與床身底部的距離。

3 幾何精度檢測常用工具

（1）2 個高精度水平儀。

（2）千分表（精要求1 μm）。

（3）方形和三角形大理石（精度要高）。

（4）標準檢棒（長度和直徑根據機床而定）。

（5）固定支架。

4 幾何精度檢測主要步驟及調整方法

4.1 機床水平調整

圖1 XS321 加工中心

圖2 機床機械零點示意

首先使用用高精度水平儀對機床2 個方向進行水平調整，這是幾何精度調整的基本條件，否則以下步驟的調整就無意義。

4.2 機床幾何精度調整步驟

（1）調整機床X 與Y 方向的水平。

（2）Z 軸與X 軸的垂直度。

（3）Y 軸與Z 軸的垂直度。

（4）Y 軸與X 軸的垂直度。

（5）Y 軸與主軸的垂直度。

（6）主軸與X 軸的垂直度。

（7）Z 軸與主軸的平行度。

（8）B 軸平面度。

（9）B 軸蓋板跳動。

4.3 Z 軸與X 軸垂直度調整方法（圖3）

（1）將大理石水平固定在B 軸的支架上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動X/Z 軸，利用千分表將大理石調至水平。

（3）移動Z 軸，調整大理石Z 方向M1、M2點的千分表讀數為零，即大理石與機床的Z 方向平行。

（4）將千分表接觸大理石的M3點并至零位，移動X 軸至M4點，讀取千分表數值，與標準范圍值（＜10 μm）進行比較。若讀數超出標準范圍，校正機床X 方向位置。

4.4 Y 軸與Z 軸垂直度調整方法（圖4）

（1）將千分表固定在主軸上，移動Z 軸，用千分表將大理石側面調置水平并與Z 軸平行。

（2）移動Z 軸，調整大理石下側方向M1、M2點的千分表為零，即大理石與機床的Z 方向平行。

（3）將千分表接觸大理石M3點并將千分表歸零，移動Y 軸至M4點。若讀數超出標準范圍（＜10 μm），調整主軸固定在Y 方向上側滑塊墊片厚度。

4.5 Y 軸與X 軸垂直度調整方法（圖5）

（1）將大理石豎直放在B 軸調整塊上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動X 軸，用千分表將大理石下側面M3、M4的千分表為零,即大理石與X 軸平行。

圖3 Z 軸與X 軸垂直度檢測

圖4 Y 軸與Z 軸垂直度檢測

圖5 Y 軸與X 軸垂直度檢測

（3）將千分表接觸大理石M1點并將千分表歸零，移動Y 軸至M2點。若超出標準范圍（＜10 μm），調整Y 軸支架方向下側滑塊墊片的厚度。

4.6 Y 軸與主軸垂直度調整方法（圖6）

（1）將大理石豎直放在B 軸調整塊上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動Z 軸，用千分表將大理石下側面調置水平與Z 軸平行。

（3）同上操作，移動Y 軸，調整大理石垂直方向與機床的Y方向平行。

（4）用千分表測量大理石的下側A 點并將千分表歸零，轉動主軸180°方向，讀取千分表B 點數值，若讀數超出標準范圍（＜10 μm），調整主軸固定在Y 方向上下側滑塊墊片厚度。

圖6 Y 軸與主軸垂直度檢測

4.7 主軸與X 軸垂直度調整方法（圖7）

（1）將支架固定在B 軸上，并將大理石水平放在支架上。

（2）將千分表固定在主軸上，移動X/Z 軸，用千分表將大理石調置水平。

（3）移動X 軸，調整大理石的X 方向與機床的X 方向平行。

（4）將固定千分表的圓形支架固定在主軸上。

（5）用千分表測量大理石的左側M1點并將千分表歸零，旋轉主軸180°，讀取千分表M2點數值。若讀數超出標準范圍（＜10 μm），調整主軸固定在Y 方向滑塊墊片厚度。

圖7 主軸與X 軸垂直度檢測

4.8 Z 軸與主軸平行度調整方法（圖8）

（1）測量主軸檢棒A點：沿Z 方向距離主軸30 mm 處。

（2）測量主軸檢棒B點：沿Z 方向距離主軸180 mm 處。

（3）測量檢棒水平位置與豎直位置最高點，分別將測量A 點千分表歸零，移動Z 軸至測量B點，分別讀取千分表數值。若讀數超出標準范圍（＜15 μm）），調整主軸滑塊墊片厚度。

圖8 Z 軸與主軸的平行度檢測

圖9 B 軸平面度檢測

4.9 B 軸平面度調整方法（圖9）

將千分表支架固定在主軸上，將測量點1 處的千分表歸零，移動Z、X軸至測量點2、3、4 處，讀取千分表數值。若讀數超出標準范圍（＜20 μm），調整Z 軸滑塊墊片厚度

圖10 B 軸蓋板跳動檢測

4.10 B 軸蓋板跳動的調整方法（圖10）

將千分表支架固定在主軸上，將測量點A 處的千分表歸零,手動轉動B 軸，分別測量點B、C、D 處，讀取千分表數值。若超出標準范圍（＜10 μm），調整B 軸蓋固定位置。

5 幾何精度檢測方法的應用

某臺已運行10 年的MAG XS321 加工中心加工工件缸孔，再經過珩磨機加工后，測量缸孔圓度、圓柱度超差。檢查機床的夾具、主軸、絲杠、導軌未發現問題，將B 軸夾具拆下檢查可能會影響加工精度的項目，檢測數據見表1。

表1 MAG XS321 加工中心幾何精度檢測值 μm

結論：主軸與X/Y 軸的垂直度及Y 軸與X 軸垂直度已超標準范圍，但考慮到該設備已運行10 年，符合質量要求。B 軸平面度2 點已嚴重超出范圍，根據機床結構原理分析，判斷是機床右側Z 軸滑塊或滑軌磨損導致超差，更換機床右側Z 軸滑塊后，加工工件測量合格。

6 結束語

結合MAG 加工中心生產現場實際情況，研究幾何精度檢測的關鍵技術，利用幾何精度檢測方法和幾何精度的調整方法，對機床出現的精度誤差進行糾正。不同公司生產的型號各異的機床，其精度測量項目和方法會有差別，但測量方法大同小異，建議擁有加工中心的企業，可提前建立設備精度檔案，為日后設備維修提供有效參考。