搖籃式五軸立式加工中心五軸RTCP精度手動(dòng)調(diào)試方法

薛佟, 劉志坤

（1.沈陽優(yōu)尼斯智能裝備有限公司，沈陽110142；2.沈陽機(jī)床股份有限公司，沈陽 110142）

0 引言

數(shù)控機(jī)床的幾何精度是加工精度的基礎(chǔ)和保證，尤其對(duì)于一些復(fù)雜零件而言，加工時(shí)間較長(zhǎng)，且零部件原材料費(fèi)用較高，更要求機(jī)床具備很高的運(yùn)行精度和重復(fù)定位精度。在實(shí)際加工中，由于受到各種內(nèi)外因素的影響，比如加工振動(dòng)、溫度變化、誤操作撞刀等的影響，造成機(jī)床精度發(fā)生變化，尤其是空間精度發(fā)生變化，對(duì)五軸機(jī)床來說，五軸空間精度發(fā)生變化，導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)精度降低，從而影響加工精度。這就要求我們?cè)谑褂梦遢S機(jī)床進(jìn)行精加工操作之前，必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行五軸精度的校準(zhǔn)，以保證機(jī)床精度，這樣加工精度才有可能得到保證。五軸RTCP精度誤差的大小直接影響著五軸機(jī)床的零件加工尺寸。

1 各國(guó)五軸精度調(diào)整功能對(duì)比

機(jī)床制造廠商在五軸機(jī)床出廠前通常采用雷尼紹無線測(cè)頭與數(shù)控系統(tǒng)功能相結(jié)合的方法進(jìn)行測(cè)量，例如西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，就配備了CYCLE996運(yùn)動(dòng)測(cè)量循環(huán)功能，這一功能可對(duì)擁有多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)床的軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。但是對(duì)于用戶而言，該測(cè)量方法卻不一定實(shí)用，一是配備雷尼紹測(cè)頭成本較高；二是使用該自動(dòng)補(bǔ)償對(duì)專業(yè)性要求較高，普通用戶操作起來有難度。下面介紹一種在用戶處，沒有五軸自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的情況下，利用球頭檢棒與百分表即可完成五軸精度校準(zhǔn)的簡(jiǎn)易方法，使用本方法，可有效地解決和調(diào)整機(jī)床的五軸RTCP精度誤差。

2 五軸精度調(diào)整操作

在五軸機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，對(duì)五軸精度的補(bǔ)償是通過2組參數(shù)來完成，分別為RTCP_OFFSET1、RTCP_OFFSET2。其中RTCP_OFFSET1為第一旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)，RTCP_OFFSET2為第二旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)。第一旋轉(zhuǎn)中心位于第一旋轉(zhuǎn)軸上，第二旋轉(zhuǎn)中心位于第二旋轉(zhuǎn)軸上。第一旋轉(zhuǎn)軸為主旋轉(zhuǎn)軸，第二旋轉(zhuǎn)軸的方向依賴于第一旋轉(zhuǎn)軸，其方向跟隨第一旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)而變化。以AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸機(jī)床為例，A軸為第一旋轉(zhuǎn)軸，C軸為第二旋轉(zhuǎn)軸，如圖1所示。

圖1 AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸示意

通常情況下，機(jī)床零點(diǎn)位于主軸端面中心，第一旋轉(zhuǎn)中心和第二旋轉(zhuǎn)中心則分別為第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸在空間上的2個(gè)垂足，如圖2所示。

下面以A/C軸結(jié)構(gòu)的兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)五軸立式加工中心為例，詳述在手動(dòng)對(duì)五軸RTCP精度的調(diào)整。首先進(jìn)行C軸在XY平面內(nèi)回轉(zhuǎn)中心的XY坐標(biāo)確定，將AC軸回零，主軸孔安裝上檢棒，一般長(zhǎng)度為300 mm，球頭檢棒移動(dòng)至工作臺(tái)中心，盡量貼近工作臺(tái)面，如圖3所示，把磁力表座吸附在C軸工作臺(tái)上，開啟五軸聯(lián)動(dòng)功能，旋轉(zhuǎn)C軸，以C0°時(shí)的千分表數(shù)為基準(zhǔn)，順時(shí)針變化為正，逆時(shí)針變化為負(fù)，分別記錄C90°、C180°和C270°時(shí)的誤差，記為Δ90、Δ180和Δ270。

C軸誤差計(jì)算如下：

將上述誤差疊加數(shù)RTCP_OFFSET1X和RTCP_OFFSET2 Y中。復(fù)位生效后可按下列步驟檢驗(yàn)，把主軸中心移動(dòng)至C軸工作臺(tái)邊緣，把千分表表針壓到如圖3所示檢棒球頭位置。開啟系統(tǒng)中的五軸聯(lián)動(dòng)功能選項(xiàng)，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)C軸，這時(shí)由于五軸聯(lián)動(dòng)功能的開啟，X、Y軸也將同時(shí)跟隨C軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，觀察千分表表針有無變化，若無變化，則證明C軸回轉(zhuǎn)中心在XY平面內(nèi)坐標(biāo)設(shè)置正確。若有變化，則需要重做上述步驟調(diào)整RTCP_OFFSET1 X和RTCP_OFFSET2 Y。具體如圖4所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)中心示意圖

圖3 C軸回轉(zhuǎn)中心誤差檢測(cè)示意圖

其次進(jìn)行A軸回轉(zhuǎn)軸心在YZ平面內(nèi)的坐標(biāo)確定，并找出AC軸回轉(zhuǎn)軸心在Y方向上的差值。將A、C軸回零，球頭檢棒移動(dòng)至工作臺(tái)中心，和工作臺(tái)面之間預(yù)留一定高度，以方便在工作臺(tái)中心位置安裝千分表。將千分表指針沿Z軸正方向?qū)?zhǔn)球頭底部，如圖4所示。先激活刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，刀長(zhǎng)應(yīng)設(shè)定為主軸端面到球頭中心的長(zhǎng)度，再開啟系統(tǒng)五軸聯(lián)動(dòng)功能，手搖輪轉(zhuǎn)動(dòng)A軸，以A0°時(shí)的千分表數(shù)為基準(zhǔn)，順時(shí)針變化為正，逆時(shí)針變化為負(fù)，分別記錄A90°和A-90°時(shí)的誤差，記為Δ90、Δ-90。

A軸誤差計(jì)算如下：

將上述誤差疊加到CNC參數(shù)RTCP_OFFSET1 Y和RTCP_OFFSET1Z中。

圖4 RTCP調(diào)試系統(tǒng)操作

將RTCP_OFFSET2 Y修正為：RTCP_OFFSET2 YΔAy。此時(shí)RTCP_OFFSET2 Y的數(shù)值即是A軸軸心與C軸軸心在Y方向上的差值，在兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)中，A/C軸軸心線在理論上應(yīng)該相交且垂直，但實(shí)際制造過程中由于加工、裝配精度的影響，無法做到相交且垂直，所以該參數(shù)即是為了補(bǔ)償A/C軸軸心線的誤差數(shù)值。復(fù)位生效后可重復(fù)上述步驟檢驗(yàn)，觀察千分表表針有無變化，若無變化，則證明A軸回轉(zhuǎn)中心在XY平面內(nèi)坐標(biāo)設(shè)置正確。至此對(duì)五軸精度的檢查及調(diào)整結(jié)束。

圖5 A軸回轉(zhuǎn)中心誤差檢測(cè)示意圖

3 結(jié)語

通過本文所述方法，可以快速簡(jiǎn)單地對(duì)五軸機(jī)床的五軸精度進(jìn)行校正，雖然其缺乏一定的回轉(zhuǎn)軸軸線角度偏差的補(bǔ)償，但是對(duì)于不具備自動(dòng)校正功能的用戶，該方法簡(jiǎn)便易學(xué)，具有很高的可操作性。

[1]劉新山,文長(zhǎng)明.五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床RTCP動(dòng)態(tài)精度標(biāo)定裝置及其標(biāo)定方法:CN105043190A[P].2015-11-11.

[2]佘劍,劉旭,申少澤.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)RTCP功能的五軸標(biāo)定方法:CN105159228A[P].2015-12-16.

[3]黃澤昊.五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床:CN201530385672.4[P].2016-02-17.

[4]張虎,周云飛,唐小琦,等.數(shù)控機(jī)床空間誤差球桿儀識(shí)別和補(bǔ)償[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2002(10):108-113.

[5]李銳鋼.基于激光跟蹤儀標(biāo)定五軸數(shù)控加工中心主軸[J].光學(xué)精密工程,2012,20(3):477-483.

[6]謝春,張為民.車銑復(fù)合加工中心綜合誤差檢測(cè)及補(bǔ)償策略[J].光學(xué)精密工程,2014,22(4):1004-1011.

[7]李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[8]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.