MAG加工中心几何精度检测与调整关键技术

孔海龙

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛 266555）

0 引言

近几年很多企业购买国外高端加工中心设备用于产品的加工，对提高产品质量起到了重要作用。加工高精度产品时，必须靠加工中心自身的精度来保证产品的加工精度。因此，加工中心本身的精度要远高于加工产品的精度，通常高出一个量级。

加工中心的精度包括几何精度、重复定位精度、定位精度等。随着加工中心设备长时间的运行，必然导致加工中心设备精度不断下降，从而无法保证加工产品的精度要求。因此，设备维修人员应掌握加工中心几何精度的调整方法，满足加工中心对精度的需求。

1 MAG 加工中心机械坐标系统

要掌握加工中心几何精度的调整方法，首先需要理解MAG加工中心机械坐标系统。精密加工中心通常有5 个轴，其中Z 轴的正方向，定义为固定机床床身的底部并平行于主轴、远离主轴端的方向。如图1 所示，确定Z 轴位置后，根据笛卡尔右手坐标系，中指方向为Z 轴，食指方向为X 轴，大拇指方向为Y 轴，绕Y轴旋转的方向为B 轴，与Z 轴平行且垂直X-Y 平面的为主轴。

2 机械零点的建立

以MAG 321 加工中心零点为实例，建立机床机械零点，见图2。其中，X 表示X 轴可移动的范围，Xh表示B 轴半径的距离，X0表示X 轴零点起始位置，Y 表示Y 轴可移动的范围，Y0表示Y 轴零点起始位置，Y1表示主轴在Y0位置的中心点与床身底部的距离，N 表示主轴的中心与B 轴台面的距离，Z 表示Z轴可移动的范围，Z0表示Z 轴零点起始位置，Z1表示主轴前端面与B 轴中心的距离，h1表示B 轴台面与床身底部的距离。

3 几何精度检测常用工具

（1）2 个高精度水平仪。

（2）千分表（精要求1 μm）。

（3）方形和三角形大理石（精度要高）。

（4）标准检棒（长度和直径根据机床而定）。

（5）固定支架。

4 几何精度检测主要步骤及调整方法

4.1 机床水平调整

图1 XS321 加工中心

图2 机床机械零点示意

首先使用用高精度水平仪对机床2 个方向进行水平调整，这是几何精度调整的基本条件，否则以下步骤的调整就无意义。

4.2 机床几何精度调整步骤

（1）调整机床X 与Y 方向的水平。

（2）Z 轴与X 轴的垂直度。

（3）Y 轴与Z 轴的垂直度。

（4）Y 轴与X 轴的垂直度。

（5）Y 轴与主轴的垂直度。

（6）主轴与X 轴的垂直度。

（7）Z 轴与主轴的平行度。

（8）B 轴平面度。

（9）B 轴盖板跳动。

4.3 Z 轴与X 轴垂直度调整方法（图3）

（1）将大理石水平固定在B 轴的支架上。

（2）将千分表固定在主轴上，移动X/Z 轴，利用千分表将大理石调至水平。

（3）移动Z 轴，调整大理石Z 方向M1、M2点的千分表读数为零，即大理石与机床的Z 方向平行。

（4）将千分表接触大理石的M3点并至零位，移动X 轴至M4点，读取千分表数值，与标准范围值（＜10 μm）进行比较。若读数超出标准范围，校正机床X 方向位置。

4.4 Y 轴与Z 轴垂直度调整方法（图4）

（1）将千分表固定在主轴上，移动Z 轴，用千分表将大理石侧面调置水平并与Z 轴平行。

（2）移动Z 轴，调整大理石下侧方向M1、M2点的千分表为零，即大理石与机床的Z 方向平行。

（3）将千分表接触大理石M3点并将千分表归零，移动Y 轴至M4点。若读数超出标准范围（＜10 μm），调整主轴固定在Y 方向上侧滑块垫片厚度。

4.5 Y 轴与X 轴垂直度调整方法（图5）

（1）将大理石竖直放在B 轴调整块上。

（2）将千分表固定在主轴上，移动X 轴，用千分表将大理石下侧面M3、M4的千分表为零,即大理石与X 轴平行。

图3 Z 轴与X 轴垂直度检测

图4 Y 轴与Z 轴垂直度检测

图5 Y 轴与X 轴垂直度检测

（3）将千分表接触大理石M1点并将千分表归零，移动Y 轴至M2点。若超出标准范围（＜10 μm），调整Y 轴支架方向下侧滑块垫片的厚度。

4.6 Y 轴与主轴垂直度调整方法（图6）

（1）将大理石竖直放在B 轴调整块上。

（2）将千分表固定在主轴上，移动Z 轴，用千分表将大理石下侧面调置水平与Z 轴平行。

（3）同上操作，移动Y 轴，调整大理石垂直方向与机床的Y方向平行。

（4）用千分表测量大理石的下侧A 点并将千分表归零，转动主轴180°方向，读取千分表B 点数值，若读数超出标准范围（＜10 μm），调整主轴固定在Y 方向上下侧滑块垫片厚度。

图6 Y 轴与主轴垂直度检测

4.7 主轴与X 轴垂直度调整方法（图7）

（1）将支架固定在B 轴上，并将大理石水平放在支架上。

（2）将千分表固定在主轴上，移动X/Z 轴，用千分表将大理石调置水平。

（3）移动X 轴，调整大理石的X 方向与机床的X 方向平行。

（4）将固定千分表的圆形支架固定在主轴上。

（5）用千分表测量大理石的左侧M1点并将千分表归零，旋转主轴180°，读取千分表M2点数值。若读数超出标准范围（＜10 μm），调整主轴固定在Y 方向滑块垫片厚度。

图7 主轴与X 轴垂直度检测

4.8 Z 轴与主轴平行度调整方法（图8）

（1）测量主轴检棒A点：沿Z 方向距离主轴30 mm 处。

（2）测量主轴检棒B点：沿Z 方向距离主轴180 mm 处。

（3）测量检棒水平位置与竖直位置最高点，分别将测量A 点千分表归零，移动Z 轴至测量B点，分别读取千分表数值。若读数超出标准范围（＜15 μm）），调整主轴滑块垫片厚度。

图8 Z 轴与主轴的平行度检测

图9 B 轴平面度检测

4.9 B 轴平面度调整方法（图9）

将千分表支架固定在主轴上，将测量点1 处的千分表归零，移动Z、X轴至测量点2、3、4 处，读取千分表数值。若读数超出标准范围（＜20 μm），调整Z 轴滑块垫片厚度

图10 B 轴盖板跳动检测

4.10 B 轴盖板跳动的调整方法（图10）

将千分表支架固定在主轴上，将测量点A 处的千分表归零,手动转动B 轴，分别测量点B、C、D 处，读取千分表数值。若超出标准范围（＜10 μm），调整B 轴盖固定位置。

5 几何精度检测方法的应用

某台已运行10 年的MAG XS321 加工中心加工工件缸孔，再经过珩磨机加工后，测量缸孔圆度、圆柱度超差。检查机床的夹具、主轴、丝杠、导轨未发现问题，将B 轴夹具拆下检查可能会影响加工精度的项目，检测数据见表1。

表1 MAG XS321 加工中心几何精度检测值 μm

结论：主轴与X/Y 轴的垂直度及Y 轴与X 轴垂直度已超标准范围，但考虑到该设备已运行10 年，符合质量要求。B 轴平面度2 点已严重超出范围，根据机床结构原理分析，判断是机床右侧Z 轴滑块或滑轨磨损导致超差，更换机床右侧Z 轴滑块后，加工工件测量合格。

6 结束语

结合MAG 加工中心生产现场实际情况，研究几何精度检测的关键技术，利用几何精度检测方法和几何精度的调整方法，对机床出现的精度误差进行纠正。不同公司生产的型号各异的机床，其精度测量项目和方法会有差别，但测量方法大同小异，建议拥有加工中心的企业，可提前建立设备精度档案，为日后设备维修提供有效参考。