加工中心五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)誤差補(bǔ)償技術(shù)

閆龍+紀(jì)鑫+臧笑宇+何一方

摘要：隨著機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)對(duì)零件加工精度要求不斷提升，零件結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，這樣在制造加工過程中使用五坐標(biāo)加工中心頻率越來越高，也對(duì)設(shè)備精度提出很高要求，尤其在航空產(chǎn)品中，零件空間機(jī)構(gòu)尺寸精度和位置精度達(dá)到0.005-0.025mm，這樣高精度尺寸和技術(shù)要求需要克服機(jī)床自身的機(jī)械誤差、重復(fù)定位誤差和機(jī)床中心數(shù)誤差帶來的加工誤差，這些誤差無法人為直接預(yù)知和消除，利用該技術(shù)可以在加工高精度要求空間結(jié)構(gòu)時(shí)預(yù)先測(cè)量誤差并通過計(jì)算補(bǔ)償空間誤差，從而得到合格產(chǎn)品，隨著高精加工需求的增加，故此市場(chǎng)前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：加工中心 五軸聯(lián)動(dòng) 高精度 誤差 補(bǔ)償

一、技術(shù)開發(fā)目的：

該項(xiàng)技術(shù)用于五坐標(biāo)加工中心銑床在利用五軸聯(lián)動(dòng)加工空間位置時(shí)，由于機(jī)床自身機(jī)械誤差和機(jī)床坐標(biāo)系中心數(shù)誤差而造成的五軸聯(lián)動(dòng)后插補(bǔ)值微小誤差，由于聯(lián)動(dòng)的角度和位置千變?nèi)f化，該誤差在加工中無法被發(fā)現(xiàn)和消除，從而導(dǎo)致零件加工位置誤差，利用該技術(shù)可以利用打表和計(jì)算發(fā)現(xiàn)誤差值，并對(duì)加工進(jìn)行補(bǔ)償，保證零件加工無誤。

二、技術(shù)方案：

1、設(shè)計(jì)原理：利用五坐標(biāo)加工中心加工位置坐標(biāo)，極半徑長(zhǎng)度及機(jī)床主軸與加工零件軸線形成角度間函數(shù)關(guān)系，結(jié)合打表測(cè)量的加工位置與理論位置在X、Z或Y、Z向偏差值，進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，將實(shí)際偏差值補(bǔ)償?shù)綑C(jī)床加工坐標(biāo)系中，將插補(bǔ)誤差消除；

2、應(yīng)用方法：以加工臺(tái)階孔保證同軸度為例（旋轉(zhuǎn)C軸中心為Z軸，平面坐標(biāo)為X、Y平面，G17平面）：首先，將機(jī)床主軸利用數(shù)控程序擺放到要加工空間位置，沿主軸方向打表得到主軸位置與零件已有底孔位置在軸向和周向的偏差值，并標(biāo)記方向；其次利用函數(shù)公式計(jì)算出空間偏差在平面坐標(biāo)系中的補(bǔ)償值，即在C軸和Z軸的補(bǔ)償值；最后在補(bǔ)償后重新運(yùn)行程序?qū)ρa(bǔ)償后主軸五軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)定位位置進(jìn)行驗(yàn)證。

3、創(chuàng)造性、新穎性：通過將加工不同空間位置時(shí)將主軸偏差進(jìn)行編程打表檢測(cè)，并將偏差投影到平面坐標(biāo)中進(jìn)行補(bǔ)償加工坐標(biāo)系，將無法直接測(cè)量和操作者無法預(yù)知和發(fā)現(xiàn)的加工誤差變成直觀的平面坐標(biāo)補(bǔ)償數(shù)值，應(yīng)用更加直接易懂，且效果準(zhǔn)確明顯，并且可以驗(yàn)證正確性。

三、應(yīng)用舉例：

以加工高壓渦輪類機(jī)匣零件外型面島嶼上空間斜孔和與其同軸的沉頭孔為例，前提是兩組同軸的孔無法在一次裝夾中完成加工。其中一組螺紋孔從零件外側(cè)加工，另一組沉頭孔在零件重新裝夾后利用90度角度頭從零件內(nèi)側(cè)加工，兩次加工存在重復(fù)定位誤差、機(jī)床機(jī)械誤差、角度頭誤差和機(jī)床中心數(shù)造成的五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)誤差。以此為例（旋轉(zhuǎn)C軸中心為Z軸，平面坐標(biāo)為X、Y平面，G17平面）：首先，將機(jī)床主軸利用數(shù)控程序擺放到要加工空間位置，沿主軸方向打表得到主軸位置與零件已有底孔位置在軸向和周向的偏差值，并標(biāo)記方向；其次利用函數(shù)公式計(jì)算出空間偏差在平面坐標(biāo)系中的補(bǔ)償值，即在C軸和Z軸的補(bǔ)償值（如下圖1中所示的螺紋孔與沉頭孔中心的偏差）；最后在補(bǔ)償后重新運(yùn)行程序?qū)ρa(bǔ)償后主軸五軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)定位位置進(jìn)行驗(yàn)證。

附圖1

附圖2

加工順序?yàn)?，外?cè)螺紋孔–內(nèi)側(cè)沉頭孔，加工后沉頭孔會(huì)相對(duì)螺紋孔有不定向的偏移（如上圖1所示）

1）、在機(jī)床主軸中心裝夾杠桿表，按附圖2中測(cè)量H1、H2；

2）、按附圖2中測(cè)量V1、V2；

3）、水平方向調(diào)整值：（H1-H2）/2；

4）、垂直方向調(diào)整值：（V1-V2）/2；

5）、如果只想把沉頭孔上移，將（V1-V2）/ 2增加到原有G54坐標(biāo)系Z值上；

6）、如把沉頭孔左移=把螺紋孔右移

調(diào)整值：A=（H1-H2）/2，

利用公式：C=常數(shù)XA

常數(shù)可根據(jù)附表1函數(shù)表進(jìn)行查找，將結(jié)果增加到G54坐標(biāo)系的C值上。

附表1

四、技術(shù)方案的有益效果：

目前，將該項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于美普惠公司高壓渦輪機(jī)匣類零件外型空間島嶼上臺(tái)階孔和螺紋孔的加工，孔徑公差0.05mm，位置度公差0.127mm，應(yīng)用設(shè)備為德馬吉公司的DMU125P型五坐標(biāo)加工中心，應(yīng)用該技術(shù)消除了機(jī)床聯(lián)動(dòng)加工外型螺紋和連接90度角度頭聯(lián)動(dòng)加工內(nèi)型同軸臺(tái)階孔間的誤差，合格率由不足20%提升為100%，補(bǔ)償準(zhǔn)確性極高。

隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和加工零件類型的增加，以及零件結(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜化，尺寸和技術(shù)條件不斷高精度化，利用該技術(shù)可以在加工空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸要求精度高時(shí)預(yù)先測(cè)量誤差并通過計(jì)算補(bǔ)償空間誤差，從而得到合格產(chǎn)品，隨著高精加工需求的增加，故此市場(chǎng)前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)：

西門子840D操作說明書 西門子（中國(guó)）

PWA360 Pratt & Whitney Group