影响长床身安装精度的主要因素

2019-08-13张卫宁

设备管理与维修 2019年7期

张卫宁

（北京卓众出版有限公司，北京 100083）

0 引言

设备基础的合理构建对于任何设备都很重要，尤其是长床身设备的水平精度是保证高精度加工生产的先决条件。国内外各大知名机床厂商均对设备基础构建有明确指标要求，以保证设备的各项精度得以实现。地锚等连接组件的设计生产要根据设备的体量、加工要求不同而有所区别，但首先材料的选择和结构设计包括分布密度能满足设备的强度要求。长床身设备出现偏重力时会产生较大的杠杆力，这个力设计时必须考虑进去。因为长床身一般由几节床身拼凑而成，各节床身的外形尺寸会稍有区别，形状特性上也不会完全一致，这就决定几节床身拼在一起要想满足几何精度的统一要求，势必对各节床身分别施以外力，在床身内部就会产生内应力，内应力可以通过合理的调试手法部分化解或相互抵消，这源自调试人员在反复调试过程中对床身金属特性的熟悉和掌控，过大的内应力会对设备长期的精度保持产生不良影响，在保证床身几何精度的前提下，调试应遵循内应力越小越好的原则。

1 影响长床身安装精度的主要因素

（1）基础的施工质量（精度）。包括基础的外形几何尺寸、位置、不同平面的标高、上平面的平整度和与水平面的平行度偏差；基础的强度、刚度、沉降量、倾斜度及抗振性能等。

（2）垫铁、地脚螺栓的质量（精度）。包括垫铁本身的质量、垫铁的接触质量、地脚螺栓与水平面的垂直度、二次灌浆质量、垫铁的压紧程度及地脚螺栓的紧固力矩等。

（3）设备测量基准的选择，直接关系到整台设备安装找正找平质量。安装时测量基准通常选在设备底座、机身、壳体、基座、床身、台板、基础板等加工面上。

（4）散装设备的装配精度，包括各运动部件之间的相对运动精度，配合面之间的配合精度和接触质量，都将直接影响设备的运行质量。

（5）测量装置的精度必须与被测量装置的精度要求相适应，否则达不到质量要求。

（6）设备内应力的影响。设备制造安装过程中所产生的内应力将使设备产生变形而影响设备的安装精度。因此，在设备制造安装过程中应采取防止设备产生内应力的技术措施。

（7）温度的变化对设备基础和设备本身的影响很大（包括基础、设备和测量装置），尤其是大型精密设备。

（8）操作者的技术水平及操作产生的误差。操作误差不可避免，关键是将操作误差控制在允许范围内，这里有操作者技术水平和责任心问题。

影响长床身安装精度的其他因素，包括设备基础的合理构建，地锚等连接组件的材料质量，安装调试产生的内应力，环境温度是否稳定，操作者的技术水平等。其中环境温度对床身精度的影响，从材料力学的相关知识可知，铸铁材料（床身的主要材料）的热膨胀系数是（9.2～11.8）×10-6/℃。简单记为温度每升高1℃铸铁床身将延长0.01 mm/m。如20 m的床身温度每升高1℃，设备长度方向增加0.2 mm，因为床身被固定在基础上（水泥基础的热膨胀系数很低，在正常的温度变化范围内默认为没有热变形）无法伸缩，由此产生的内应力会使床身向相对薄弱的方向伸展，多数会形成中鼓形状以释放温升造成的伸长量。

2 工程实例

2.1 施工项目

（1）工程名称：GE天津SKODA HCW3-250NC＆IOV350数控设备安装改造

（2）施工地点：通用电气水电设备（中国）有限公司

（3）施工内容：SKODA HCW3-250NC＆IOV350镗床设备拆箱、零部件检查、就位安装、电源改造、新增铸铁平台的设计制造安调、液压系统清洗改造、操作间改造、排削器改造、武重转台安装调试、HMI和报警页面的汉化、水冷系统改造、HT2手持单元改造、安装调试镭尼绍RMP60探头、整机调试、设备几何精度检测、设备动态精度激光补偿、设备验收。

2.2 施工过程

SKODA设备总重500 t，床身长29 m，由5节床身组成，4节6 m床身和1节5 m床身，属于典型的长床身设备。为了检测地基的稳定情况，在床身旁与地基相连6 m等距预埋5块检测平板，调平后胶封调整螺钉，用来检测地基变化情况。

2019年2月12日，设备床身地脚灌浆完毕，开始精调，床身共有58个地脚垫铁，经过20 d的床身调整基本接近公差要求。3月19日精调过程中检测的结果不理想（图1），又经过6 d的调整，3月25日检测结果有很大改善（图2）。

从测量图形可以看出，要达到全程0.08 mm的直线度，在中间鼓起位置向下压紧螺栓就可以改善，经过10 d局部精调，直线度得到很大的改善，达到0.08 mm，但整个图形向下倾斜0.75 mm（图3）。原因分析：基础建完后放置30 d，其间应进行1.5倍设备重量（700 t）的预压，受条件所限只压了100 t左右的重物，因此当把150 t的床身放到基础之上后，基础会有一定的不稳定，不稳定的程度很难界定，由于基础施工也没有进行专业验收，只对外观形状进行了测量，这些不确定因素都为日后的设备安装调试及使用带来隐患。此外，春天温度变化比较大，2次测量虽然都是上午9点左右，但2次测量温差＞5℃，影响测量结果。对此，计划静置20 d后重新精调床身精度。

图1 3月19日绝对水平测量结果

图2 3月25日绝对水平测量结果

图3 直线度测量结果

2019年5月5日开始对床身进行为期4天的最后精调，取得了重大突破。5月9日15:30床身测量结果见图4；5月10日8:30床身测量结果见图5；5月10日16:00床身测量结果见图6。可以看出随着时间的不同，测量图形有不同变化，由于只隔了一天时间，上午和下午测量变化最大的是温度。

5月12日、14日、16日相同时间分别对床身进行检测，结果显示床身形变与当天温度的对应关系不明显。为进一步验证床身变形是否随温度的变化最为明显，5月20日上午9:00测量床身精度。5月27日气温26℃，比5月20日高3℃，上午9:00重新测量床身精度。图7为5月20日和27日SKODA主导轨直线度对比情况，可以看出环境温度升高导致床身形变加大。

在测量过程中还发现了一个重要现象，即床身自身存在温差，并对床身变形起到重要作用。上午9:00测量床身直线度时，用红外测温仪检测床身各点温度，发现规律很强，床身高800 mm，从下往温差有4～5℃；下午3:00再用测温仪检测温差基本在1℃左右，对应的结果是上午检测的直线度图形比下午检测的结果差。国外进口机床规定床身温差≤1℃。