Ballbar球杆分析仪的扩展应用

■神龙汽车有限公司襄阳工厂 (湖北 441004）薛泽波 尹吉春

1.应用背景

目前各大汽车厂的机械加工机床多为数控机床。数控机床本身制造精度高、加工精度高，效率更高。如果机床本身的精度有损失，则会导致大批产品报废、成本流失。因此，机床精度的保证非常重要。传统的精度检测方式是利用机械仪表检测，并且是静态检测。现在数控机床多数是高速机床，而静态精度检测用于高速机床就会有些力不从心。多数情况是需要知道机床运动过程中的动态精度如何。图1所示为英国Renishaw公司的Ballbar球杆分析仪，本文介绍这款高速机床动态精度检测仪器的应用及扩展应用。

2.球杆仪功能

图1 Ballbar球杆仪

Ballbar球杆分析仪可以分析机床各移动方向的导轨垂直度、直线度以及三维空间任意两方向组成平面动态运动时两轴配合的直线度情况。

3.球杆仪检测原理

Ballbar球杆分析仪的检测原理是：利用机床NC程序驱动机床运动，运动过程中使用Ballbar球杆分析仪器的数据产生仪器，将运动时产生的数据实时反馈给Renishow Ballbar软件，对数据进行采集、筛选，输出分析结果，技术人员根据软件分析结果（见图2）来判断机床精度是否有损失。

4.球杆仪的应用分析

我公司将该仪器应用于COMAU机床加工中心上。下面以一个XY方向垂直度补偿的分析为例介绍其应用。

图2 软件分析结果

既然是动态分析，就需要机床是运动的。数控机床的运动是靠NC代码驱动，这就需要我们编辑相应的合理的NC程序。而COMAU机床提供了相应的NC程序。

（1）参数程序设置说明：

因我公司有些COMAU机床加工中心是带有W轴的，参数程序设置中带有W轴的判定。后续会在扩展应用中提供相应的NC程序。

（2）测量XY平面运行主程序说明：

（4）Ballbar球杆分析仪使用步骤：①在主轴上装入Ballbar测量使用的专用夹具（见图3）。夹具在主轴上的安装位置如图4所示，测量仪安装图如图5所示，测量仪摆杆如图6所示。②运行Ballbar球杆分析仪的测试程序及前述测量XY平面运行主程序。③运行预先安装在笔记本电脑上的Ballbar分析软件。④调试好Ballbar球杆分析仪分析软件相应的功能。⑤在机床内部无干涉的情况下，按照机床操作面板上的提示装入Ballbar球杆分析仪相应的测量仪机械件。

图3 夹具本体

图4 夹具主轴上安装位置

图5 测量仪安装图

图6 测量仪摆杆

（5）Ballbar结果分析：上述整个过程完毕后，Ballbar分析软件会将分析结果输出，技术人员只需根据机床制造厂和工艺生产要求，分析结果是否满足加工制造精度，即可判定是否需要对设备的机械部分修整或更换。

5.球杆仪的扩展应用

从以上分析可得出：①NC程序的作用是驱动机床运动。②Ballbar球杆分析仪的作用是产生信号，并向Ballbar球杆分析仪应用软件提供实时数据。③Ballbar球杆分析仪应用软件的作用是采集数据和分析数据，并输出分析结果。④技术人员的作用是分析测量结果是否满足使用要求。

由此可以看出，机床的N C程序是通用条件，只要根据相应数控机床NC代码规则将NC程序加以更改，便可在其他数控机床上使用。我们根据Ballbar球杆仪工作原理及上述结论，使其在我厂另一款数控机床上得以扩展应用（因保密原因，具体厂家的机床类型和型号在此不便公开），NC程序编制同样以XY平面测量为例，根据要测量的设备的NC代码规则编制相应的NC程序，具体程序如下：

上述程序编制完成后，只需要将程序装载在相应的机床上，连接好带有Ballbar分析软件的笔记本电脑，按照前述使用步骤就可以应用了。

6.结语

明白Ballbar测量软件的工作原理后，整个扩展应用过程可以实施的关键在于机床如何实现自行运动。测量过程使用的硬件和软件都无需更改。只要善于总结、细心观察，工作中很多应用是可以移木嫁接的。

[1]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D基础部分编程手册［E］.北京：SIEMENS公司，2003.4.

[2]Siemens公司.SINUMERIK840D/840Di/810D高级部分编程手册［E］.北京：SIEMENS公司，2004.10.

专家点评

通过对球杆仪的应用及扩展应用，介绍了数控机床的动态精度检测，并给出了具体的应用程序，可以很方便地借鉴到其他数控机床。