进口大型加工中心精度变动了怎么办？快来看原因分析及应对措施
进口大型数控加工中心是国家斥巨资引进的设备，具有精度高、性能可靠、加工范围大等技术特点，此类机床的数量往往是一个企业精密加工能力的象征。液气一体化进口大型数控加工中心的正常使用，及时掌握机床的精度变化范围，保持机床的精度，使之能够加工出合格的高精度产品是维护工作的重点，也是提高机床有效利用率的前提。但在实际使用过程中，经常会出现一些技术或管理上的问题，这些问题如果不及时正确处理，就会影响机床的正常使用，甚至降低机床的使用寿命，给企业带来很大的麻烦，造成不可挽回的损失。
我公司从2010年起先后引进两台德国进口海科特卧式加工中心、四台捷克TOS WHQ13数控卧式镗铣加工中心，最大轴加工行程达到3.5m。海科特HEC 160定位精度首批4台数控机床定位精度为0.008mm，TOS WHQ13数控机床定位精度为0.01mm，均为我公司重点精密机床。但首批4台机器投入使用后一年多时间内，产品质量问题频发，机床精度发生异常变化，且已过质保期。期间国外厂家现场维修周期长，给生产带来很大压力，亟待分析影响机床精度变化的因素，及时找到有效的解决方案。
根据合同要求，前期安装的4台进口加工中心在安装验收时，都通过了严格的几何精度检测、定位精度及重复定位精度检测、NASA试件加工检测。为何才几个月就出现问题？精度下降问题又是怎么回事？研究分析显示，导致机床几何精度下降的两大因素是基础不均匀沉降和环境温度变化后机床床身变形。除了机床本身精度的变化外，加工工序不合理也可能造成机床几何精度下降，从而造成产品质量故障，下面将逐一分析。
1.机床基础生产
新车间用地原为农田，地质松散，若不按照机床厂家提供的基础图打桩，可能会造成地基不牢。对其中两台机床的基础进行了沉降监测，监测设备的选取及基准监测点的标定具体步骤如下。
（1）沉降监测设备（见表1）。
（2）基准点及沉降监测点布置。根据相关规范和技术要求，埋设基准点应布置在建筑物压力影响范围之外，并保证其稳定性、可靠性和长期保存。共埋设1个沉降监测基准点，编号为BM1，以BM为起点。试验台基础上共布置9个沉降监测点，从东南角开始编号为点1，按顺时针方向编号为点9。位置如图1所示。
TOS卧式加工中心的床身呈T型，X轴床身与Z轴床身在7、8点和3、4点处用螺栓固定连接，图中布局为：X轴床身沿1、9点处布置X导轨，Z轴沿床身沿5、7、8点处布置。从维修人员对导轨直线度测试的数据可以看出，X导轨的直线度变化在中间呈内凹状，Z轴的直线度变化在5点位置处呈上翘状，整体呈中间内凹状。
江苏方建工程质量鉴定检测有限公司于2011年9月19日至29日期间，每隔一天进行5次对基础9个点进行沉降检测，9个点的累计沉降量见表2。
从表2数据的分析可以判断，监测点沉降与机床床身实际变化曲线无相关性。另外，在第二批机床的基础施工图1中，我们加厚了混凝土层，并对混凝土中的钢筋进行了加粗和密实处理。经过观察发现，两台同型号的海科特加工中心在使用一段时间后，其几何精度的变化方式相同。经过这一系列的观察，基本可以排除基础不均匀沉降造成机床导轨弯曲、精度下降的可能性。
这里要指出的是，精密机床基础必须严格按照机床制造厂提供的基础图进行施工，夏季施工及检修期间要多浇水，冬季施工及检修期间要注意防寒，基础表面严禁有二次找平层，防止表面起皱，机床安装前，基础还应做超过机床自身重量的预压试验。
2.环境温度变化因素
由于条件所限，目前我们的大型加工中心都是在常温环境下安装使用。研究表明，在运行过程中，机床床身上下存在温差，自上而下形成温度梯度。夏季导轨上表面温度高，下表面温度低，温差（t1-t2）使上表面拉伸大于下表面，形成向上的拱形形状。冬季则相反，由于温差（t1-t2）的作用，下表面收缩大于上表面，导轨表面呈向下的挠曲形状。这种现象对精密机床的精度和稳定性产生不利影响。对其中一台海科特机床的维修实践表明，我们的维修人员在2012年4、5月和10、11月的检查中发现机床导轨的直线度发生了明显变化。 X轴在3m移动范围内的水平变化可达0.06mm，而安装时调试的水平精度要求仅为0.003mm。
海科特机床制造商在关于机床最高加工精度的最佳工作条件的声明中提到：机床应安装在有空调的车间内，并安装在非常合格的地基上。施工前需要检查当地的土壤条件，并由专业人员检查地基。施工由一家工程公司进行。
将我公司所在城市年平均气温变化图与2015年机床调整记录表进行对比，发现其中一台固定资产编号为捷克（TOS）的机床在3月、4月、5月及10月的气温变化较大，变化幅度较大，如图2、表3所示。
3. 应对措施
（1）购置必要的检测工具：如00级大理石尺、角尺、精度电子水平仪（0.001）、球杆仪等。
（2）缩短机床精度检查周期，在加工零件精度要求较高时提前对机床进行检查，发现精度丢失时及时恢复。例如2012年，维修人员对6台大型加工中心进行了50多次检查。
（3）依托自身维修能力，培养一支高技能的维修队伍。
（4）掌握电子水平仪、球杆仪等精密测量仪器的测量技术，经培训后能熟练使用球杆仪在1小时内检测出机床的几何精度是否下降，三、四人可在2天内恢复一台机床的安装水平。
在对海科特机床进行精度调整时，请注意：海科特机床自带冷却液空调，操作人员应根据环境温度的变化，经常设定冷却水温度，以减少上下导轨温差，从而保证机床的高精度加工。在调整机床几何精度时，维护人员要先打开冷却水开关，对机床进行预热，确保调整后的精度与加工时的精度一致。
4.处理程序的合理性
以图3所示零件为例：此零件需精镗加工，φ轴承块公共轴与φ420mm外圆块间位置度要求较高，工艺要求为0.05mm。
（1）原加工路径（见图4）中，刀具快速定位到3个销孔拟合圆的中心1，然后快速移动到A孔，加工完A孔后，快速定位到B孔，加工完B孔后，移动到A孔，快速移动到C孔。该解决路线没有考虑消除间隙对孔位加工的影响。
（2）φ530mm外镗刀重量约13kg，刀具长度约325mm，φ147mm内镗刀重量约4kg，刀具长度约220mm，镗杆伸出主轴的长度为30mm，因此刀具重量产生的扭矩不均等，会造成镗杆不同程度的下垂，从而影响三销孔的位置。
5. 改进措施
通过分析加工路线、加工过程和试验数据，提出如下改进措施。
（1）程序优化：最优加工路线如图5所示。机床精度与刀具系统：改变镗杆伸出长度，消除镗杆自重造成下垂不一致的不良现象，φ530mm外圆镗刀及镗杆伸出长度缩短30mm变为0，φ147mm镗刀的镗杆伸出长度加长120mm变为150mm，使两种刀具受重力作用产生的扭矩相同；另外，两种刀具加工时所用的机床导轨部分缩小到100mm以内，消除了部分因机床精度引起的加工误差。
（2）加工工艺细节的改进： ①认真清理主轴刀具定位面，消除因破碎铁屑等杂物造成的两把刀具定位不准。 ②粗加工结束后，应松开工件夹紧装置，消除粗加工应力和夹紧力。 ③选用锋利的刀片，避免因刀片磨损严重而造成孔、内圆形状误差。 ④加工过程连续完成，减少温差影响。
（3）优化改进前后试验数据对比：采用两种不同的加工方法加工同一工件，利用测头通过在线测量获得试验数据，如表4、表5所示。
上述事例说明，零件的加工精度不仅与机床本身的制造、安装精度有关，而且与加工工艺路线的合理设计也密切相关。
6. 结论
大型精密加工中心机床在常温条件下使用，受季节气温变化影响，机床精度保持期较短。严格按照基础图正确施工，确保基础质量满足机床安装要求，这是决定机床能否正常使用的前提。立足自身实力，培养一支精干的维修队伍，配备必要的精度检测设备，加强监控，缩短机床精度检测周期，定期恢复机床安装精度，这些措施是生产正常开展的保障。生产工艺人员优化加工路线，操作人员精益求精，确保进口机床发挥最大作用。
作者：南车戚蜀堰机车车辆技术研究所有限公司丁忠、王思忠