大型数控机床的验收

 

摘要：随着我國(guó)工业水平的提高，对加工产品质量的要求也越来越高。各项行业近几年来对大型高精密数控机床的引进也越来越多(duō)，因此这些大型数控设备的验收工作就显得尤為(wèi)重要。大型数控机床验收的全过程包含了技术、管理(lǐ)及贸易等诸多(duō)方面，是一个复杂的过程，它直接影响到机床的功能(néng)、可(kě)靠性、加工精度和综合加工能(néng)力。大型数控机床的验收涉及到机、電(diàn)、液、气等机床硬件及数控系统软件等多(duō)方面内容，其复杂程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于传统小(xiǎo)型机床，故对于大型数控机床的验收要格外谨慎。

 

数控机床的验收是在普通机床验收上发展而来的，但又(yòu)區(qū)别于普通机床的验收。各使用(yòng)行业没有(yǒu)形成统一的验收模式，取决于各个设备使用(yòng)行业内部延续的管理(lǐ)制度。所以验收有(yǒu)必要形成一套有(yǒu)效的管理(lǐ)制度和验收流程，同时对验收人员的综合业務(wù)一素质有(yǒu)较高的要求。对于大型数控的验收，尤其对一些大数控龙门铣床、大型数控镗床、五轴联动机床和与之配套的電(diàn)主轴等级设备的验收杂。它涉及到机、電(diàn)、液、气等级机床硬件及数控系统软件多(duō)方面内容。其程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于传统小(xiǎo)型机床，故对于大型数控机床的验收要格外谨慎。所以形成完整的验收设备管理(lǐ)制度和流程是十分(fēn)必要的，从而提高设备使用(yòng)单位的生产效率。

1 设备选型与技术协议

1．1设备选型是保障验收质量的前提

数控机床在机械加工领域的应用(yòng)日益增多(duō)。基价格昂贵，对使用(yòng)也较高，在各个企业里一般都被列為(wèi)重要设备。对这类数控机床特别是大型数控机床的前期选型至关重要，关系到设备后期使用(yòng)的可(kě)靠性、稳定性及技术支持等诸多(duō)因素。

数控机床的选择型一般与購(gòu)置成本、加工成品件尺寸、加工精度、售后及技术支持等因素较大关系。購(gòu)置成本确定下来后，依据其他(tā)因素进行调研和论证。如果选择國(guó)外数控机床，尽量选择一些國(guó)际品牌（如瑞士、德國(guó)、法國(guó)、西班牙等）的产品。他(tā)们生产的数控机床代表着世界上最先进的技术，从设备的外观、静态精度、加工精度、位置精度、稳定性、安全性、环保等指标，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)内产品。选择國(guó)内数控设备尤其大型数控机床，就要对國(guó)内机床制造行业进行深入的了解。根据中國(guó)机械网发布的机床行业“新(xīn)十八罗汉企业”，它们代表了國(guó)内机床制造业的先进技术产品。如金属切削机床制造行业有(yǒu)沈阳机床（集团）有(yǒu)限责任公司、齐重数控装备股份有(yǒu)限公司、大连机床集团有(yǒu)限公司、济南二机床集团、北京第一机床厂、沈阳集团昆明机床股份有(yǒu)限公司、武汉重型机床集团公司等企业，金属成形机床制造行业有(yǒu)湖(hú)北三环锻压设备有(yǒu)限公司等。这些首先在國(guó)内具有(yǒu)深厚的制造技术和企业文(wén)化底蕴。近年来由于國(guó)家政策的扶持和自身对國(guó)际先进技术的引进，在机床产品的性能(néng)、精度、可(kě)靠性等方面得到迅猛的发展。甚至有(yǒu)些关键技术可(kě)以与國(guó)际品牌相媲美。

设备选型工作中，和技术交流購(gòu)置单位提供了大量的核算和依据。根据購(gòu)置单位自己的产品在数控设备的功能(néng)、性能(néng)、配置、数控系统、精度等方面货比三家就可(kě)得出正确合理(lǐ)的判断。

1．2 设备的技术协议是验收的保障

1．2．1 技术协议编写依据

进行前期调研和技术交流后，購(gòu)置单位首先根据加工产品的要求编写所需设备的标书进行招标。中标单位应由三家以上应标单位中选出。设备技术协议通常由購(gòu)置单位依据中标条款编写，由供需双方确认签字。首先对所需设备名称、型号、供需单位名称、日期进行填写，技术协议正文(wén)中可(kě)对设备的要求进行具體(tǐ)描述。

1．2．2 设备技术协议的内容要求

设备技术协议应包括以下内容：

（1）设备的用(yòng)途、功能(néng)、结构形式。如加工产品的材料、产品最终成型的、设备构成要求等，特别是非标设备，要把设备的整體(tǐ)构成要求提出来。

（2）主要技术指标。如工作台直径及承重、机床的几何精度、位置精度、加工精度等。

（3）设备的重量、體(tǐ)积、使用(yòng)条件、用(yòng)電(diàn)功率等如使用(yòng)電(diàn)源的波动情况、温度、湿度、气源、水源、震动源、润滑易購(gòu)品及替代品。

（4）机床配置、验收执行的标准。如数控系统品牌功能(néng)、液压系统元件、主轴轴承精度，德國(guó)的VDI3441标准、國(guó)家标准JB6086-92《数控龙门镗铣床精度检验》等标准。

（5）供货范围、文(wén)件资料、技术服務(wù)条款。如主机及备附件、随机工具、图纸资料、装箱单及特殊供货清单。明确设备的保修范围和期限、对購(gòu)置单位操作、编程、维修等人员的培训要求等项目。

（6）特殊要求。如工件测量装置、刀(dāo)具测量装置等。

以上内容尽可(kě)能(néng)性在技术协议中描述清楚，避免验收时出现不必要的遗憾。

 

 

2 数控机床的验收过程

结合验收大型数控机床的经验，筆(bǐ)者总结出大型数控机制验收工作按时间顺序可(kě)分(fēn)為(wèi)预验收和最终验收两个步骤。终验收包括到货后的开箱验收、安装过程中的验收、完成后的总體(tǐ)验收。

2.1 数控机床的预验收

预验收是设备購(gòu)置方在生产厂家為(wèi)了检查、验证所購(gòu)置的机床能(néng)否满足自身产品的加工质量及生产效率要求，提供的资料、备附件等是否齐全。生产厂家在机床通过正常运行试加工并经整體(tǐ)检验合格后，購(gòu)置方才能(néng)进行预见验收工作。如果设备存在较大质量隐患，预验收中没有(yǒu)发现，到用(yòng)户现场安装调试中由于场地、专用(yòng)工具、人员配置等因素整改工作十分(fēn)困难。数控机床的验收工作都应在合同及设备技术协议中规定家预验收过程。预验收主要是指購(gòu)置单位在机床生产厂家对总装完成后的机床进行先期检验。如果预验收通过，则意味着用(yòng)户同意该机床向用(yòng)户厂家发运，货物(wù)到达用(yòng)户处后，用(yòng)户将支付该设备较大部分(fēn)的購(gòu)置款。所以，预验收是非常重要的步骤，不可(kě)忽视。

预验收检查内容有(yǒu)以下几个方面：

（1）检验数控机床主要零部件是否按技术协议要求提供。如数控系统、液压元件、反馈元件{光栅尺、编码器}、驱动元件、主轴轴承等。

（2）机床各项参数是否达到技术协议要求。如工作台尺寸、各驱动轴的行程等。机床的几何精度、位置精度、加工精度（标准试切件或双方协商(shāng)的试切件）等精度指标是否符合标准要求，各轴的补偿精度是否生效等。

（3）机床各动作是否正确。如是否按照右手法则规定的正负方向运动、机床各轴运动时的驱动功率比值是否正常等。

（4）机床各驱动轴、主轴运行时的噪声、振动情况是否符合技术协议要求，气路、冷却装置是否满足使用(yòng)需要。

（5）机床使用(yòng)和维护的安全性是否符合技术协议要求。如机床防护罩、防护栏（梯）等。

（6）检验技术协议未要求（制造厂标配）部分(fēn)，如发现不满意处可(kě)向生产厂家提出，以便及时整改。

（7）作好预验收记录。根据对设备精度检验及要求整改内容编写预难以报告，并由購(gòu)置单位和生产厂家签字确认。

2．2 最终验收

根据技术协议要求，检测机床的各项技术指标，验收工作分(fēn)以下几步。

2．2．1 到货后验收

机床的包装箱到达安装现场后，设备管理(lǐ)部门及时组织有(yǒu)关人员开箱检查，参加人员应包括设备管理(lǐ)人员、技术人员、使用(yòng)单位。如果是进口设备，则需要商(shāng)務(wù)代理(lǐ)、海关商(shāng)检人员等。

检验项目根据技术协议有(yǒu)：

（1）外观检查。主机及各零部件有(yǒu)无碰撞损伤、变形、受潮和锈蚀等现象，逐项如实填写“设备开箱检查单”并及时向有(yǒu)关部门汇报。所有(yǒu)检验项目应做好检查记录，如有(yǒu)必要则应进行拍照或录像，以便日后进行或索赔。

（2）核对应有(yǒu)的随机的操作、编程、维修说明书，图纸资料及装箱单，合格证等技术文(wén)件资料。

（3）按技术协议规定，对照装箱单清点主机及各零部件、附件、备件和工具的数量、规格及完好状况。

2．2．2 安装过程验收

安装过程中的验收工作主要是检查各零部件本身的质量、精度和安装调整后各轴之间的几何精度、位置精度、功能(néng)、性能(néng)等。通常情况下，大型数控机床都是分(fēn)體(tǐ)的。按體(tǐ)积或各部分(fēn)的功能(néng)分(fēn)成若干零部件，这些零部件本身及其安装组合后都有(yǒu)精度要求。如某公司購(gòu)置的全闭环控制大型数控龙门镗铣床，数控系统為(wèi)德國(guó)西门子SIENMEN S 840D 、反馈装置為(wèi)HEIDENHAIN 光栅尺、CYTEC公司生产的G30型双回转摆动铣头、主轴转速、10000r/min。主要包括床身导轨、横梁、立柱、Z轴滑枕、工作台、電(diàn)主轴、排屑器、電(diàn)柜、油冷机、冷却水箱等部件。其中两个床身导轨在安装过程中，不但对二者本身直線(xiàn)度有(yǒu)很(hěn)高的要求，而且对二者之间的平等度、等高度也有(yǒu)很(hěn)高的要求，这些精度在安装过程中就应检验完成。对于安装过程中的检验项目要特别严格，尤其对主要导轨的精度、机床大部件之间连接面的粗糙度等要求不能(néng)有(yǒu)放松，否则在安装完成后将很(hěn)难修正，后果非常严重一。大部件之间的连接螺钉在调整好几何精度后，需要用(yòng)较長(cháng)的加力杆与扳手相接拧紧，防止机床运行时几何精度反复变化。另外，大型数控机床的零部件非常多(duō)、安装调试周期長(cháng)参加人员也较多(duō)，很(hěn)容易出现由于安装过程中的错误或疏忽导致日后的诸多(duō)故障。所以安装过程中验收主管人员要严把质量关。

2．2．3 安装完成后的总體(tǐ)验收

总體(tǐ)验收工作涉及很(hěn)多(duō)内容，概括地说包括硬件验收与软件验收。

（1）硬件验收

机床的性能(néng)检验是通过试車(chē)来完成的。试車(chē)时要注意机床通常的技术指标，如运行平衡性、液压、润滑、发热、噪声、爬行、报警提示、電(diàn)流过载保护和限位保护等，这些参数要根据不同的机床具體(tǐ)考虑。一般可(kě)通过空运转试验和带负荷试验来检验该机床的各项指标。空运转时间在24H左右，主轴轴承温度不大于70℃，温升小(xiǎo)于40℃，噪声符合國(guó)家标准，运行平衡无爬行现象，各种过载保护功能(néng)及安全保护装置灵敏、可(kě)靠。负荷试验主要是為(wèi)了试验设备在额定负荷下的工作能(néng)力。负荷试验可(kě)按数控设备的设计功率25%、50%、75%、100%的顺序分(fēn)别进行。在负荷试验中按规范检查轴承的温升，液压系统的泄漏、传动、操纵、控制自动安全装置是否正常，运转声音是否正常。

数控功能(néng)试車(chē)是按照机床配备的数控系统说明书和技术协议要求，对机床应具备的和数控功能(néng)进行手动或数控程序方面的检验。数控功能(néng)检验的最好办法是编一个检验程序，将机床的全部功能(néng)及主轴的各级转速、极限转速和各坐(zuò)标轴的多(duō)个进给速度和极限进给速度都包括进去，空运行该程序24H左右。

精度检验包括几何精度、位置精度及加工精度检验。

①几何精度检验。机床的几何精度是保证该机床加工工件精度的基础。所以，机床几何精度的检测必须准确、严格和全面。需要注意的是所有(yǒu)的检测项目必须一次全部合格，如果有(yǒu)某项超差则需要调整后生其中的五项改变可(kě)能(néng)导致其他(tā)项目的改。所以，所有(yǒu)检测项目都应一次检测合格。几何精度的检验可(kě)以按照生产家提供的合格证或國(guó)家有(yǒu)关标准提出的检测项目逐项检测。以大型机床五轴联动数控龙门镗铣床為(wèi)例，几何精度有(yǒu)工作能(néng)面的平面度；X轴与Y轴及Z轴的相互垂直度；X、Y轴移动时对工作台的平行度；主轴回转轴線(xiàn)对工作台面的平等度；主轴在Z轴方向移动的直線(xiàn)度；主轴轴向及孔径跳动等；常用(yòng)的检测工具有(yǒu)：精密水平仪、直角尺、精密方箱、平尺、平等光管、千分(fēn)表、高精度主轴检验心棒等。检测工具和仪器的精度必须比几何精度高一个等级。有(yǒu)些特殊检具应由机床生产厂家根据两条导轨的宽度设计的。有(yǒu)些机床专用(yòng)检具应机床的专用(yòng)测量工具留给用(yòng)户，如大型数控龙门铣订配置的德國(guó)CYTEC公司生产的G30型双回转摆动铣头主轴检验棒，在技术协议中应明确體(tǐ)现。

②位置精度检验。数控机床的定位精度是指机床各驱动轴在数控系统的控制下运动所能(néng)达到的位置精度。因此，根据实测的定位精度数值，可(kě)判断出该机床加工过程中能(néng)否达到最好的工件加工精度。该项精度取决于数控机床的几何精度、机床的测量系统精度、控制系统的精度和刚度及其动态特性等因素。它是机床综合精度的检验，所以是非常的必要的检测。机床在几何精度的前提下方可(kě)进行位置精度检验。位置精度包括定位精度、重复定位精度、反向差值、原点的复归精度、位置偏差及定位系统偏差等。主要检测工具有(yǒu)双频激光干涉仪、测微仪和成组规、光學(xué)计数显微镜、360齿分(fēn)度标准转台或多(duō)面棱體(tǐ)与准直仪等。直線(xiàn)运动轴以双频激光干涉仪為(wèi)准。位置精度的检测方法一般依据技术要求的标准验收。欧洲生产商(shāng)通常采用(yòng)德國(guó)VDI/DGQ 3441标准，日本机床生产商(shāng)通常JIS B6201、JIS、B6336或JIS B6338

标准，我國(guó)现在GB/T17421.2-2000SF标准，國(guó)际标准ISO230-2；1997标准。需要注意的是，不同的标准对“位置精度”的定义是有(yǒu)差异的，验收时一定要弄清标准、指标的定义及计算方法。

③ 切削精度检验。 机床切削精度的检验可(kě)根据厂家提供的检验项目或双方协商(shāng)确认的试切件图纸进行加工，加工后对工件的形状误差、位置误差及表面粗糙度进行检验。以大型机床五轴联动数控龙门镗铣床為(wèi)例，除做NAS 方圆切削加工外，应作五轴试切件的倾斜角度、镗孔精度及各尺寸精度等。机床使用(yòng)时電(diàn)主轴的功率、扭矩之间的关系应符合图1所示功率扭矩图。

 

 （2）机床的软件验收

一台完整的数控机床不仅是各种机床硬件的组合，还应包括机床的软件部分(fēn)。如果在验收时不注意这一点，在日后的使用(yòng)和维护中会遇到很(hěn)多(duō)困难却无资料可(kě)查，直接影响生产。甚至由于验收记录不全，有(yǒu)些责任不能(néng)明确，再现问题不能(néng)索赔，造成经济损失。

机床的软件包括技术文(wén)件、技术培训和对遗留问题的处理(lǐ)。技术文(wén)件包括生产厂家技术文(wén)件和系统文(wén)件，如制造出具设备的机械電(diàn)气图纸明快上、机床使用(yòng)说明书及定义的指令和参数。数控系统资料及维护手册等。生产厂家还应相关的外購(gòu)件的说明及图纸、安装后所改动部分(fēn)的图纸及说明、机床数据备份光盘（包括PLC程序，数控系统中的NC参数以及位置精度补偿程序等一些数值）。这些文(wén)件及参数对日后操作培训、编程培训和维修人员培训。地点可(kě)以在设备制造厂和用(yòng)户现场，所需时间因机床的复杂程度而定，一般大约2~3周。

而遗留问题方面，由于设计、制造、装配、运输以及安装过程中的失误，机床在验收报告中难免有(yǒu)不尽人意的地方。对于严重的问题用(yòng)户方要要求及时解决或索赔；对于不严重或有(yǒu)所怀疑的问题应与生产厂家协商(shāng)后，双方签署备忘录以便日后处理(lǐ)。机床在验收时的所有(yǒu)验收记录如有(yǒu)必要，都要应由生产厂家签字确认。机床验收后交由用(yòng)户使用(yòng)，各种有(yǒu)关资料交由设备主管部门保管存档。

3 结语

在验收数控机床时，尤其是验收大型数控机床，加强上述几方面的验收对设备管理(lǐ)工作非常有(yǒu)益，可(kě)减少不必要时的损失，并可(kě)為(wèi)以后的机床维修提供依据。企业设备部门具有(yǒu)设备的技术管理(lǐ)和组织管理(lǐ)等特点，在搞好技术管理(lǐ)的同时加强组织管理(lǐ)，这样才能(néng)促进企业良性发展。