大型数控机床的验收

郭宝财

(北京科技大学，北京 100083)

数控机床的验收是在普通机床验收基础上发展而来的，但又区别于普通机床的验收。各使用行业没有形成统一的验收模式，取决于各个设备使用行业内部延续的管理制度。所以验收有必要形成一套有效的管理制度和验收流程，同时对验收人员的综合业务素质有较高的要求。对于大型数控机床的验收，尤其对一些大型数控龙门铣床、大型数控镗床、五轴联动机床和与之配套的电主轴等设备的验收就比较复杂。它涉及到机、电、液、气等机床硬件及数控系统软件多方面内容。其复杂程度也远远大于传统小型机床，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制度和流程是十分必要的，从而提高设备使用单位的生产效率。

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日益增多。其价格昂贵，对使用者要求也较高，在各个企业里一般都被列为重要设备。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的可靠性、稳定性及技术支持等诸多因素。

数控机床的选型一般与购置成本、加工成品件尺寸、加工精度、售后服务及技术支持等因素有较大关系。购置成本确定下来后，依据其他因素进行调研和论证。如果选择国外数控机床，尽量选择一些国际知名品牌(如瑞士、德国、法国、西班牙等)公司的产品。他们生产的数控机床代表着目前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，远远高于国内同类产品。选择国内数控设备尤其大型数控机床，就要对国内机床制造行业进行深入的了解。根据中国机械网发布的机床行业“新十八罗汉企业”，它们代表了国内机床制造业的先进技术与产品。如金属切削机床制造行业有沈阳机床(集团)有限责任公司、齐重数控装备股份有限公司、大连机床集团有限公司、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湖北三环锻压设备有限公司等。这些企业首先在国内具有深厚的制造技术和企业文化底蕴。近年来由于国家政策的扶持和自身对国际先进技术的引进，在机床产品的性能、精度、可靠性等方面得到迅猛的发展。甚至有些关键技术可以与国际知名品牌相媲美。

设备选型工作中，调研和技术交流给购置单位提供了大量的信息和依据。根据购置单位自己的产品，在数控设备的功能、性能、配置、数控系统、精度等方面货比三家就可得出正确合理的判断。

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，购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购置单位依据中标条款编写，由供需双方确认签字。首先对所需设备的名称、型号、供需单位名称、签订日期进行确定填写，技术协议正文中可对设备的要求进行具体描述。

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几项内容:

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

(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、体积、使用条件、用电功率等。如使用电源的波动情况、温度、湿度、气源、水源、震动源、润滑易购品及替代品。

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

(5)供货范围、文件资料、技术服务条款。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、对购置单位操作、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、刀具测量装置等。

以上内容尽可能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，笔者总结出大型数控机床的验收工作按时间顺序可分为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、完成后的总体验收。

2.1 数控机床的预验收

预验收是设备购置方在生产厂家为了检查、验证所购置的机床能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体检验合格后，购置方才能进行预验收工作。如果设备存在较大质量隐患，预验收中没有发现，到用户现场安装调试中由于场地、专用工具、人员配置等因素整改工作十分困难。数控机床的验收工作都应在合同及设备技术协议中规定预验收过程。预验收主要是指购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，则意味着用户同意该机床向用户厂家发运，货物到达用户处后，用户将支付该设备较大部分的购置款。所以，预验收是非常重要的步骤，不可忽视。

预验收检查内容有以下几个方面:

(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需要。

(5)机床使用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，如发现不满意处可向生产厂家提出，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验收报告，并由购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，设备管理部门及时组织有关人员开箱检查，参加人员应包括设备管理人员、技术人员、使用单位。如果是进口设备，则需要商务代理、海关商检人员等。

检验项目根据技术协议有:

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

(2)核对应有的随机携带的操作、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、性能等。通常情况下，大型数控机床都是分体运输的。按体积或各部分的功能分成若干零部件，这些零部件本身及其安装组合后都有精度要求。如某公司购置的全闭环控制大型数控龙门镗铣床，数控系统为德国西门子 SIEMENS 840D、反馈装置为HEIDENHAIN光栅尺、CYTEC公司生产的G30型双回转摆动铣头、主轴转速10 000 r/min。主要包括床身导轨、横梁、立柱、Z轴滑枕、工作台、电主轴、排屑器、电柜、油冷机、冷却水箱等部件。其中两个床身导轨在安装过程中，不但对二者本身直线度有很高的要求，而且对二者之间的平行度、等高度也有很高的要求。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有放松，否则在安装完成后将很难修正，后果非常严重。大部件之间的连接螺钉在调整好几何精度后，需要用较长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、安装调试周期长、参加人员也较多，很容易出现由于安装过程中的错误或疏忽导致日后的诸多故障。所以，安装过程中验收主管人员要严把质量关。

2.2.3 安装完成后的总体验收

总体验收工作涉及很多内容，概括地说包括硬件验收与软件验收。

(1)硬件验收

机床的性能检验是通过试车来完成的。试车时要注意机床通常的技术指标，如运行平稳性、液压、润滑、发热、噪声、爬行、报警提示、电流过载保护和限位保护等，这些参数要根据不同的机床具体考虑。一般可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24 h左右，主轴轴承温度不大于70℃，温升小于40℃，噪声符合国家标准，运行平稳无爬行现象，各种过载保护功能及安全保护装置灵敏、可靠。负荷试验主要是为了试验设备在额定负荷下的工作能力。负荷试验可按数控设备的设计公称功率25%、50%、75%、100%的顺序分别进行。在负荷试验中要按规范检查轴承的温升，液压系统的泄漏、传动、操纵、控制以及自动安全装置是否正常，运转声音是否正常。

数控功能试车是按照机床配备的数控系统说明书和技术协议要求，对机床应具备的各数控功能进行手动或数控程序方面的检验。数控功能检验的最好办法是编一个检验程序，将机床的全部功能及主轴的各级转速、极限转速和各坐标轴的多个进给速度和极限进给速度都包括进去，空运行该程序24 h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。需要注意的是所有的检测项目必须一次全部合格，如果有某项超差则需要调整后重新检测全部项目。这是因为几何精度多数相互关联，其中的一项改变可能导致其他项目的改。所以，所有检测项目都应一次检测合格。几何精度的检验可以按照生产厂家提供的合格证或国家有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为例，几何精度有工作台面的平面度;X轴与Y轴及Z轴的相互垂直度;X、Y轴移动时对工作台面的平行度;主轴回转轴线对工作台面的平行度;主轴在Z轴方向移动的直线度;主轴轴向及孔径跳动等;常用的检测工具有:精密水平仪、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表、高精度主轴检验心棒等。检测工具和仪器的精度必须比所测几何精度高一个等级。有些特殊检具应由机床生产厂家提供，用户可直接使用。如检验大型数控龙门镗铣床两条X轴导轨等宽度用的桥架，是厂家根据两条导轨的宽度设计的。有些机床专用检具应作为机床的专用测量工具留给用户，如大型数控龙门铣床配置的德国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体现。

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达到的位置精度。因此，根据实测的定位精度数值，可判断出该机床加工过程中能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、进给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，所以是非常必要的检测。机床在保证几何精度的前提下方可进行位置精度检验。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。主要检测工具有双频激光干涉仪、测微仪和成组块规、光学读数显微镜、360齿分度标准转台或多面棱体与准直仪等。直线运动轴测量以双频激光干涉仪为准，回转轴检测以双频激光干涉仪旋转轴测量系统为准。位置精度的检测方法一般依据技术协议要求的标准验收。欧洲机床生产商一般采用德国VDI/DGQ 3441标准，日本机床生产商通常采用JIS B6201、JIS B6336或JIS B6338标准，我国现在采用GB/T17421.2－2000标准，国际标准采用ISO 230－2:1997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根据厂家提供的检验项目或双方协商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为例，除做NAS方圆件切削加工外，应作五轴试切件的加工。此试切件的精度包括外圆与内孔同轴度、圆度、倾斜角度、镗孔精度及各尺寸精度等。机床使用时电主轴的功率、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。如果在验收时不注意这一点，在日后的使用和维护中会遇到很多困难却无资料可查，直接影响生产。甚至由于验收记录不全，有些责任不能明确，出现问题不能索赔，造成经济损失。机床的软件包括技术文件、技术培训和对遗留问题的处理。技术文件包括生产厂家技术文件和系统文件，如制造出具设备的机械、电气图纸及说明书、机床使用说明书及定义的指令和参数。数控系统资料及维护手册等。生产厂家还应提供相关的外购件的说明及图纸、安装后所改动部分的图纸及说明、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参数值)。这些文件及参数对日后的维修和维护都非常有用，不可忽视。技术培训包括操作培训、编程培训和维修人员培训。地点可以在设备制造厂和用户现场，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，机床在验收中难免有不尽人意的地方。对于严重的问题用户方要坚决要求及时解决或索赔;对于不严重或有所怀疑的问题应与生产厂家协商后，双方签署备忘录以便日后处理。机床在验收时的所有验收记录如有必要，都应由生产厂家签字确认。机床验收后交由用户使用，各种有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工作非常有益，可减少不必要的损失，并可为以后的机床维修提供依据。企业设备部门具有设备的技术管理和组织管理等特点，在搞好技术管理的同时加强组织管理，这样才能促进企业良性发展。

［1］JB6086－92数控龙门镗铣床精度［S］.

［2］GB/T16769－1997金属切削机床 躁声声压级测量方法［S］.

［3］GB10931－89数字控制机床位置精度评定方法［S］.

［4］马贤智主编.机械产品质量与检验标准手册－金属切削机床卷.北京:机械工业出版社，1994.

［5］徐灏主编.机械设计手册［M］，第2版.北京:机械工业出版社，2000.

［6］GB/T17421.2－2000，e9V ISO 230 －2:1997.机床检验通则第二部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定［S］.