２０１３年１０月 机床与液压 Ｏｃｔ．２０１３ 第４１卷第２０期 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．２０ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．２０．０１４ 球杆仪对数控机床切削参数的优化 陈金英 （北京工业职业技术学院机电系，北京１０００４２） 摘要：主要利用球杆仪在不同的切削进给率下检测数控机床加工的圆度值，采用对比进给率和圆度值的折线图形的方 法，分析了数控机床精度的差异，并进行切削参数的优化，提高了零件的加工精度，为从事数控机床编程与加工的人员提 供了提高机械零件加工精度的措施。 关键词：切削参数；优化；球杆仪 中图分类号：ＴＰ３９１．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１３）２０—０４１—２ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＮＣ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂａｌｌｂａｒ ＣＨＥＮ Ｊｉｎｙｉｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｌｌｂａｒ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ ｖａｌｕｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇ ｐｏｌｙｌｉｎｅ ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｂｏｕｔ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ａｎｄ ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ ｖａｌｕｅｓ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐａ－ ｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ＳＯ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｗａｓ ｅｎｓｕｒｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｂｏｕｔ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｅｃｉ— ｓｉｏｎ ｆｏｒ ＣＮＣ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｓｏｎｎｅ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｔｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｂａｌｌｂａｒ 数控机床长期使用其加工精度很难满足要求，数 示，其中球杆仪系统参数如表２所示。 控机床各方面的性能也在降低。目前利用球杆仪技术 表１ 快速检测模式的测试流程 检测数控机床性能的方法已被广泛应用，能够帮助用 户快速找出机床的问题并且能够提供详细而又具体的 分析，球杆仪已被国际机床检验标准所采用。除了能 对数控机床进行动态特性测试和评估、分离故障源 外，还能实现数控机床切削参数的快速优化。作者用 球杆仪在不同的切削进给率下检测机床加工精度，以 找到满足加工精度要求的进给率，避免生产废品零 件。 １ 使用设备 （１）数控铣床被测数控机床是北京第一机床厂 和大连机床厂生产的两款Ｆａｎｕｃ系统的三轴数控铣 床，其进给轴分别为 轴、Ｙ轴和ｚ轴。 （２）球杆仪 由Ｒｅｎｉｓｈａｗ Ｂａｌｌｂａｒ２０软件和ＱＣ２０．Ｗ球杆仪系 统组成。Ｒｅｎｉｓｈａｗ Ｂａｌｌｂａｒ２０软件模式有快速检测模 该系统提供了有效的测量方法，对数控机床中存 式、操作者模式、高级模式、配置模式４种。其中快 在的几何误差、伺服系统和控制系统所带来的不准确 速检测模式有运行球杆仪测试、回顾测试结果两大功 因素进行检测。可以通过软件系统生成的诊断曲线图 能。 进行目测或利用软件的分析功能进行分析，确定数控 运行球杆仪快速检测模式的测试流程如下表１所 机床的主要误差源。 收稿日期：２０１２—０９—０７ 基金项目：北京市人才强教深化计划骨干教师项目（ＪＨＲ２０１ １８４３３） 作者简介：陈金英（１９７６一），女，副教授，研究方向为机械制造及数控机床故障诊断。Ｅ—ｍａｉｌ：ｖｅｇａｃｈｊｙ＠１６３．ｃｏｍ。 ・４２・ 表２ ＱＣ２０一Ｗ球杆仪系统参数 采样速率 传 标称长度 行程 分辨率 测量范围 机床与液压 ４３ 第４ｌ卷 最大１ ０００点／ｓ 两球中心距１００ ｍｍ 一４２ ４１ 感 器 １．２５～１．７５ ｍｍ ０．１ ｕｍ 目 ４０ ±１ ｍｍ 盍３９ 酉 ３８ 秦缔 刀径中的径 ±１・０￣ｍ（２０℃时）， Ｃ ￣ｍ（０ －４０￣３７ ，３６ 罾 标称长度 校准规 公差 校准精度 （Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ￣）设备 ２．４０２～２．４８０ ＧＨｚ １００ ｍｉｌｌ ３５ 标称额定功率０，最大功率３ ｄＢｍ ２００ ６００ ｌ ０００ １ ４００ １ ８００ 进给翠／（ａｍ－ｒｒａｉｎ 图２不同进给率与对应圆度值的折线图形 由折线图形可以分析出： ±５０ ｕｍ ４－１．０ ｍ（在２０℃时） ①该数控铣床在进行逆时针铣削时圆度值相对较 好，进给率Ｆ＝１ ６００ ｍｒｎ／ｍｉｎ时圆度最好，Ｆ＝１ ２００ ｍｍ／ｍｉｎ时圆度次之，Ｆ＝６００ ｍｍ／ｍｉｎ时相对较好； ２数据采集与分析 （１）数据采集 图１为数控铣床进给率为６００ ｍｍ／ｍｉｎ时圆轨迹 测试图形。在１０种不同的进给率下进行采集，观察 数控铣床的圆度变化情况，采集的数据如表３所示。 一 ②当难加工的零件既需要顺时针也需要逆时针加 工时，在总圆度值的折线图中圆度值较好的进给率分 别为２００、４００、１ ２００ ｒａｍ／ｒａｉｎ； ．… ． … ③由上述分析可见无论顺时针还是逆时针加工， 该数控铣床在Ｆ＝１ ２００ ｒａｍ／ｒａｉｎ时圆度最好。 ３结论 用球杆仪检测数控机床精度，得出了机床在不同 的切削进给率下机械零件的加工精度有较大差异的结 论。因此利用不同进给率与对应圆度值的折线图形， 可看出数控机床在哪些进给率下加工精度较高。在数 控机床现有条件下，文中的研究内容为机床操作者提 供了提高机械零件加工精度的措施。 参考文献： 【１】董学武，任代，李学新，等．加工方法对基于ＣＡＤ／ＣＡＭ 数控曲面加工质量与效率的影响［Ｊ］．机床与液压， ２００６（３）：９０—９１． 图１进给率Ｆ６００的圆轨迹图形 表３不同进给率下机床的圆度值 【２】陈金英，唐正清，江书锦．三轴数控机床功能升级的研究 ［Ｊ］．煤矿机械，２０１２（２）：１６９． 【３】陈金英．数控铣削编程［Ｍ］．北京：北方交通出版社， ２０１０：３１—３６． 【４】余纬．数控加工中圆度误差的机电调整实例分析［Ｊ］． 机床与液压，２００６（１２）：２４１—２４２． 【５】周鸿斌，张建民，付红伟，等．基于球杆仪的ＰＲＳ—ＸＹ型 混联数控机床关键结构参数误差快速检测技术［Ｊ］．机 床与液压，２００７，３５（１０）：１３４—１３５． 【６】李业农，张丽萍，周开俊，等．基于球杆仪的ＶＭＣＬ６００型 立式加工中心精度检测与分析［Ｊ］．机床与液压，２０１２， ４０（４）：１５０—１５２． （２）数据分析 为了便于观察数控铣床在不同的进给率下圆度数 【７】冷汹涛．数控机床定位精度和重复定位精度的检验 ［Ｊ］．机床与液压，２００８，３６（８）：１９１—１９２． 【８】张变霞，沈兴全．球杆仪的三轴数控机床几何误差检测 方法与误差补偿［Ｊ］．煤矿机械，２００８（３）：１６９． 值的变化，根据表３内１０种进给率生成了对应的圆 度数值折线图形，见图２。
