摘要:精度是五軸機(jī)床最重要的技術(shù)指標(biāo),它直接決定加工產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量,因此機(jī)床精度是機(jī)床制造商和機(jī)床用戶共同關(guān)注的焦點(diǎn)。先進(jìn)五軸機(jī)床多數(shù)配備高精度探頭,并且具備自動(dòng)調(diào)整精度的自適應(yīng)能力,有一些五軸機(jī)床不具備昂貴的探頭工具,也不支持自動(dòng)校正的功能,一旦五軸機(jī)床精度喪失,機(jī)床用戶需花巨額的費(fèi)用聘請(qǐng)具有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行調(diào)整,浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。本文針對(duì)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控系統(tǒng)功能的工作原理進(jìn)行分析,介紹如何通過(guò)一些簡(jiǎn)易的方法快速提高機(jī)床加工精度,減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間,提高機(jī)床產(chǎn)值和產(chǎn)能,間接地為公司企業(yè)創(chuàng)造效益。文章從五軸功能的工作原理出發(fā),闡述如何通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來(lái)提高雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床的加工精度,解決機(jī)床加工不合格的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:雙轉(zhuǎn)臺(tái);五軸數(shù)控機(jī)床;精度;企業(yè)效益
1? 機(jī)床加工精度
我司在利用雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床加工腕體零件時(shí),出現(xiàn)個(gè)別形位公差不合格的現(xiàn)象。該零件為典型的五面體零件,有兩個(gè)孔的同軸度要求在0.025mm以內(nèi),但這兩孔中間的特征小,屬于兩頭大,中間小的產(chǎn)品,無(wú)法從一個(gè)方向進(jìn)行加工,所以選擇使用雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床一次性裝夾,從兩個(gè)方向進(jìn)行加工。但工件加工后的同軸度均在0.04mm以上,不能達(dá)到圖紙的加工要求,經(jīng)過(guò)調(diào)整加工工藝,問(wèn)題依然存在。最后,公司決定對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行檢測(cè)。
2? 機(jī)床加工精度檢查
造成五軸機(jī)床加工精度差的因素有很多,各平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸定位精度、重復(fù)精度的影響,機(jī)床幾何精度的影響,環(huán)境溫度的影響,五軸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的影響等。為此,針對(duì)各個(gè)可能產(chǎn)生的影響作一一排查:
利用激光干涉儀對(duì)平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸對(duì)定位精度進(jìn)行檢測(cè),并重新進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。利用方尺、平尺、角尺等工具對(duì)機(jī)床幾何精度進(jìn)行檢測(cè)。均未發(fā)現(xiàn)很大的偏差,不是問(wèn)題的根源所在,最后針對(duì)五軸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。
目前先進(jìn)的五軸數(shù)控系統(tǒng)均具備五軸聯(lián)動(dòng)RPCP功能和傾斜面加工功能,操作者在使用這些功能時(shí),數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)根據(jù)輸入的NC程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí),數(shù)控系統(tǒng)會(huì)調(diào)用機(jī)床的一些數(shù)據(jù)信息,而這些數(shù)據(jù)信息如果不能準(zhǔn)確反映機(jī)床的真實(shí)情況時(shí),數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)也就會(huì)出現(xiàn)偏差,也就會(huì)造成機(jī)床的加工精度變差,不能達(dá)到用戶的使用要求。而機(jī)床在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中受溫度、以及絲桿導(dǎo)軌磨損等因素的影響,實(shí)際的位置必然會(huì)產(chǎn)生變化,比如轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的位置發(fā)生位移,而系統(tǒng)本身不能檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)際位置,系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)并不是機(jī)床當(dāng)前真實(shí)的位置,所以就造成腕體零件加工不合格的根源所在。
下面將詳細(xì)介紹與五軸加工精度相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)以及如何進(jìn)行校正。
3? 五軸相關(guān)參數(shù)
五軸機(jī)床在出廠前除了調(diào)試好基本功能外,還需對(duì)五軸相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。以廣州數(shù)控GSK25I五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)為例,介紹雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床的調(diào)試過(guò)程:
①機(jī)床結(jié)構(gòu)類型參數(shù)(8010):雙轉(zhuǎn)臺(tái)類型的五軸機(jī)床,參數(shù)設(shè)置為“12”。
“0”沒(méi)有旋轉(zhuǎn)軸
“2”雙擺頭(分別用第一軸和第二軸做主從軸)
“12”雙轉(zhuǎn)臺(tái)(分別用第一軸和第二軸做主從軸)
“21”擺頭+轉(zhuǎn)臺(tái)(第 1旋轉(zhuǎn)軸為刀具旋轉(zhuǎn)軸,第 2旋轉(zhuǎn)軸為工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸)
②第一旋轉(zhuǎn)軸軸向參數(shù)(8012)和第二旋轉(zhuǎn)軸的軸向參數(shù)(8016):
以AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例:主動(dòng)軸為A軸,第一旋轉(zhuǎn)軸軸向參數(shù)(8012),設(shè)置為“1”,從動(dòng)軸為C軸,第二旋轉(zhuǎn)軸的軸向參數(shù)(8016)設(shè)置為“3”。
③刀具軸方向參數(shù)(8019),以立式五軸機(jī)床為例,參數(shù)8019#設(shè)置為“3”Z軸。
④轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置參數(shù)(8020):
轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置是第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心處“機(jī)床坐標(biāo)值”。以AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例,為C轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心位置。
⑤第一旋轉(zhuǎn)軸到第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量參數(shù)(8021):
此參數(shù)是一個(gè)矢量,矢量起點(diǎn)為主動(dòng)軸軸心,終點(diǎn)為從動(dòng)軸軸心,參照為機(jī)床坐標(biāo)系。以AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)為例,如果C轉(zhuǎn)臺(tái)在A轉(zhuǎn)臺(tái)之上,此參數(shù)為正,如果為“搖籃式”結(jié)構(gòu),此參數(shù)為負(fù)。
4? 五軸加工精度校正
①旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置XY軸檢查:
利用高精度尋邊器對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)止口進(jìn)行分中,完畢之后將基準(zhǔn)孔中心位置的XY軸機(jī)械坐標(biāo)值設(shè)置到系統(tǒng)參數(shù)8020#X和Y上。
②檢查參數(shù)8020Z方向的數(shù)值,利用高精度Z軸設(shè)定器檢測(cè)主軸端面到C軸工作臺(tái)的機(jī)械坐標(biāo)值,并修正參數(shù)。
將A軸移動(dòng)至+90°工作臺(tái)垂直狀態(tài),利用尋邊器,尋找工作臺(tái)面Y軸的機(jī)械坐標(biāo)位置,記錄數(shù)值。再將A軸移至-90°工作臺(tái)垂直狀態(tài),尋找工作臺(tái)面Y軸的機(jī)械坐標(biāo)位置,記錄數(shù)值。將兩組數(shù)據(jù)相減再除以2,即可得出8021Z軸的數(shù)據(jù)。XY軸數(shù)據(jù)默認(rèn)為零。
③球頭檢棒檢查五軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)態(tài)精度:
調(diào)整好參數(shù)之后,利用球頭檢棒檢查五軸的工作精度,分別檢測(cè)A軸、C軸、以及AC聯(lián)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)精度。觀察千分表的跳動(dòng)情況,并修改參數(shù)8020和8021,直到表跳動(dòng)的刻度在公差范圍內(nèi)。
球頭檢棒安裝好后,測(cè)量好主軸端面到球心的長(zhǎng)度(135.351mm),將數(shù)值寫入系統(tǒng)中。
先檢測(cè)C軸,將主軸移至離旋轉(zhuǎn)中心約60mm處,校表吸在工作臺(tái)面上,調(diào)整校表的位置使指針接觸圓球的側(cè)面(盡量找到圓球的最大直徑處),壓表0.1mm左右,在系統(tǒng)MDI方式下執(zhí)行:“G43.4H1C360”指令,觀察表針在四個(gè)象限的跳動(dòng)情況,反復(fù)調(diào)整,直至指針跳動(dòng)在0.005mm范圍時(shí)則視為通過(guò)檢測(cè)。
同樣的方法檢測(cè)A軸,不過(guò)A軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能旋轉(zhuǎn)
-30°~100°,此時(shí)注意程序的編寫,不要超出行程。同樣當(dāng)表針跳動(dòng)在0.005mm范圍時(shí)則視為通過(guò)檢測(cè)。
再檢測(cè)AC軸聯(lián)動(dòng)的動(dòng)態(tài)精度,同樣方法當(dāng)表針跳動(dòng)在0.005mm范圍時(shí)則視為通過(guò)檢測(cè)。
5? 工件對(duì)刀
①找正工件坐標(biāo)系:
使用五軸功能時(shí),工件可以不用放在轉(zhuǎn)臺(tái)中心,但是必須要注意坐標(biāo)系測(cè)量的順序?;镜臏y(cè)量順序?yàn)椋?/p>
A軸設(shè)置:將可傾軸A軸放置水平狀態(tài)時(shí)設(shè)置為A軸零點(diǎn)。
C軸設(shè)置:通常的做法是毛坯的長(zhǎng)邊平行于工件的X軸,做法同樣是利用千分表進(jìn)行校正。
X、Y軸設(shè)置:X、Y軸方法與三軸機(jī)床的設(shè)置方法一致,根據(jù)編程需要進(jìn)行設(shè)置。X、Y軸對(duì)刀時(shí)不可再移動(dòng)A、C旋轉(zhuǎn)軸。
Z軸設(shè)置:主軸不裝刀具,移動(dòng)Z軸,當(dāng)主軸端面碰到工件上表面時(shí)設(shè)置為Z軸工件坐標(biāo)系零點(diǎn)(編程零點(diǎn)在工件上表面),操作時(shí)可借助Z向設(shè)定器進(jìn)行對(duì)刀,防止損壞主軸或工件。
②刀長(zhǎng)設(shè)置:
五軸機(jī)床一般都使用絕對(duì)刀長(zhǎng),即其刀長(zhǎng)偏置H值為由主軸端面到刀尖的長(zhǎng)度,測(cè)量方法是利用Z向設(shè)定器測(cè)量刀長(zhǎng)。
6? 校正前后工件加工對(duì)比
校正前,連續(xù)加工了五件,同軸度均不能達(dá)到圖紙0.025mm的要求,校正機(jī)床以后,同樣加工五件,該位置的同軸度均在合格范圍內(nèi),達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求。
7? 結(jié)束語(yǔ)
機(jī)床的加工精度直接影響加工工件的質(zhì)量,因此掌握五軸精度的檢驗(yàn)和校正方法有著重要的意義,而上述的校正補(bǔ)正的方法已經(jīng)在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的使用中發(fā)揮了重要的作用。通過(guò)這些簡(jiǎn)易的方法,機(jī)床操作者就可以進(jìn)行調(diào)整,無(wú)需花費(fèi)任何費(fèi)用便達(dá)到了提高機(jī)床精度的目的,為企業(yè)減少不必要的開(kāi)支,而且充分利用了機(jī)床,增加了機(jī)床的產(chǎn)能和產(chǎn)值。
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作者簡(jiǎn)介:劉風(fēng)帆(1983-),男,廣東廣州人,大專,助理工程師,研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)應(yīng)用(機(jī)械)。