四軸機(jī)床回轉(zhuǎn)中心與刀長的校正方法探索

黃何濤，李 汶，丁良聰

（成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司，四川 成都 611700）

引言

隨著工業(yè)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的裝配精度和使用性能要求也越來越高，零件的加工精度是否達(dá)標(biāo)將直接影響整個(gè)產(chǎn)品的使用。數(shù)控加工中心具有精度高、自動(dòng)化程度高、綜合加工能力強(qiáng)的特點(diǎn)。對于四軸萬能加工中心而言，在實(shí)際的零件加工過程中，操作者要確定工件坐標(biāo)系在實(shí)際機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，而主軸與回轉(zhuǎn)中心同軸精度以及刀長的精準(zhǔn)程度都將直接影響零件加工尺寸精度。因此，利用機(jī)床主軸立式和臥式加工的特點(diǎn)，通過簡單易行的方法，精準(zhǔn)確定回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)值和絕對刀長。

1 機(jī)床概況與問題分析

該機(jī)床為較早前的一臺單主軸四軸萬能加工中心，如圖1所示，與普通四軸數(shù)控銑床相比，除了X、Y、Z、C軸（或B軸）外，其主軸還可以立式和臥式進(jìn)行加工，且所有軸均可聯(lián)動(dòng)。操作系統(tǒng)為HEIDENHAIN MILLPLUS系統(tǒng)[1]。由于該設(shè)備沒有配備對刀裝置以及測頭，一直以來回轉(zhuǎn)中心的校正都是以較老式的方法，例如夾持一圓棒找正或者找正主軸上的標(biāo)準(zhǔn)棒等。這些方法操作起來不但較慢而且不夠精準(zhǔn)，誤差較大。而刀長的確定都是用的相對刀長，想要得到絕對刀長也只能通過設(shè)定一把標(biāo)準(zhǔn)刀，對刀后反向計(jì)算得到數(shù)值。由于主軸徑向跳動(dòng)和立臥轉(zhuǎn)換的誤差，在進(jìn)行立銑和臥銑互為同一基準(zhǔn)面的零件加工時(shí)；刀長的誤差就會(huì)顯現(xiàn)出來。對于加工精度要求較高的零件就造成尺寸超差或者工件報(bào)廢。在加工某類產(chǎn)品且只能一次裝夾加工完成的零件時(shí)，為確保一次合格率，刀長和回轉(zhuǎn)中心的的校正就顯得尤為重要。

圖1 機(jī)床結(jié)構(gòu)圖

2 校正方法及實(shí)施

2.1 主軸與回轉(zhuǎn)中心同軸

考慮到檢測機(jī)床使用的標(biāo)準(zhǔn)檢測棒未配置的情況下，裝夾找正等一系列的的操作都比較繁瑣。在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，操作者需要一種快速、高效、準(zhǔn)確的方法。具體操作步驟：第一步，準(zhǔn)備一料頭或者圓棒，建議Φ30~100 mm均可，大概裝夾在已知的回轉(zhuǎn)中心上即可。確保此時(shí)的加工平面為XY平面及主軸為立式加工狀態(tài)，激活任一坐標(biāo)系（如G55）設(shè)X和Y坐標(biāo)為零。第二步，利用繞Z軸旋轉(zhuǎn)的工作臺C軸旋轉(zhuǎn)，用刀具的側(cè)刃分粗、精銑加工出外圓。如下頁圖2所示加工深度，以方便用表找正的深度即可[2]。注意此時(shí)程序不能用G02圓弧插補(bǔ)命令加工，只能用G1 C365 F……。這樣加工出來的圓的圓心點(diǎn)才是與回轉(zhuǎn)中心重合的點(diǎn)。第三步，用千分表找正已加工圓的圓心點(diǎn)X和Y的坐標(biāo)值，誤差應(yīng)控制在0.002 mm，并將坐標(biāo)（G55）X和Y設(shè)為零。此時(shí)的坐標(biāo)點(diǎn)即是主軸與回轉(zhuǎn)中心同軸的點(diǎn)。建議每3個(gè)月用此方法校準(zhǔn)一次。

圖2 立銑加工外圓

2.2 刀長的校正方法

通過該機(jī)床為單主軸，立臥四軸加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知立銑和臥銑在轉(zhuǎn)換前后其主軸上刀具的中心點(diǎn)是不變的條件。因此可以利用機(jī)床的這一特點(diǎn)，臥銑狀態(tài)用刀具的側(cè)刃將毛坯表面精銑后，再將主軸轉(zhuǎn)換到立式狀態(tài)，在已加工表面對刀，便可以較精確的得到一把刀的絕對刀長，如圖3所示。具體操作步驟如下：第一步，毛坯裝夾好后將主軸轉(zhuǎn)換到臥式加工狀態(tài)，激活臥銑加工平面（XZ平面）及任一坐標(biāo)系（如G55）。第二步，用刀具側(cè)刃精加工表面如圖，假設(shè)刀具直徑為10 mm，在精加工完后主軸軸線在Z方向的坐標(biāo)設(shè)置為5 mm（刀具半徑）。第三步，將主軸轉(zhuǎn)到立式加工狀態(tài)并激活立銑加工平面（XY平面）及G55，注意此時(shí)坐標(biāo)原點(diǎn)必須同第一步所用坐標(biāo)原點(diǎn)一致，然后采用刀具底刃對零平面的方式，在已加工表面對刀。對刀后得到坐標(biāo)值顯示的正負(fù)值，在原有刀長的基礎(chǔ)上加減該值即得到了這把刀的絕對刀長。操作者可以采用該刀具長度作為標(biāo)準(zhǔn)刀來校準(zhǔn)其余刀具。

圖3 臥銑加工表面

3 結(jié)論

采用上述校正方法對HEIDENHAIN MILLPLUS操作系統(tǒng)未配置對刀裝置和測頭的單主軸數(shù)控萬能銑床以及類似結(jié)構(gòu)的數(shù)控萬能加工中心完全適用，能很好地解決由主軸和回轉(zhuǎn)中心不同軸產(chǎn)生的較大誤差導(dǎo)致的產(chǎn)品不合格情況，提高了零件的加工精度，彌補(bǔ)了由于機(jī)床配置不足導(dǎo)致的機(jī)床利用率低的問題。