海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)在A/C軸雙擺角銑頭幾何誤差補償中的應(yīng)用*

高秀峰 李 焱

(沈陽機床(集團)設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽 110142)

A/C軸雙擺角銑頭是中、大規(guī)格五軸聯(lián)動加工中心的核心功能部件［1－2］。由于A/C軸雙擺角銑頭結(jié)構(gòu)緊湊，擺角范圍大，A軸可達±110°，C軸可達±360°或n×360°，因此，常用于加工具有復(fù)雜曲面的大型精密零部件［3］，例如飛機的機身結(jié)構(gòu)件、風(fēng)力發(fā)電機的葉輪等。而A/C軸雙擺角銑頭的幾何誤差又是影響復(fù)雜零件加工精度的關(guān)鍵問題［4］，因此必須對A/C軸雙擺角銑頭的幾何誤差進行精度補償。

1 A/C軸雙擺角銑頭幾何誤差

如圖1所示，A/C軸雙擺角銑頭包括圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的C軸以及圍繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，C軸與A軸的聯(lián)動可以帶動主軸實現(xiàn)復(fù)雜曲面加工。

A/C軸雙擺角銑頭理論幾何精度應(yīng)當(dāng)為C軸軸線與主軸軸線重合，A軸軸線與主軸軸線垂直相交。但由于在實際制造過程中，存在的零部件加工誤差以及裝配誤差，導(dǎo)致A/C軸雙擺角銑頭裝配完成后，軸軸線、A軸軸線以及主軸軸線之間存在一定的位置誤差與角度誤差，如表1所示。

表1 中，δxCS表示C軸軸線與主軸軸線在X方向產(chǎn)生的位置誤差，其他位置誤差符號含義與此相同。αCS表示C軸軸線與主軸軸線圍繞X軸方向產(chǎn)生的角度誤差，其他角度誤差符號含義與此相同。各誤差含義如圖2～4所示。

由圖2可得:βCA=βCS－βAS

由圖3 可得:δyCA=δyCS－δyAS

因此，表1所示的8個幾何誤差實際僅為6個，如表2所示。

表1 A/C軸雙擺角銑頭幾何誤差表

表2 A/C軸雙擺角銑頭實際幾何誤差表

2 海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)在A/C軸雙擺角銑頭幾何誤差中的補償方法

2.1 海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)簡介

海德漢的iTNC530數(shù)控系統(tǒng)是適合銑床、加工中心或需要優(yōu)化刀具軌跡控制之加工過程的通用性控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度比以前的TNC系列產(chǎn)品快8倍，所配備的“快速以太網(wǎng)”通訊接口能以100 Mbit/s的速率傳輸程序數(shù)據(jù)，比以前快了10倍，新型程序編輯器具有大型程序編輯能力，可以快速插入和編輯信息程序段。該系統(tǒng)通用性好并適合五軸聯(lián)動控制，可以對五軸聯(lián)動加工中心進行精度補償［5］。

2.2 海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)在A/C軸雙擺角銑頭幾何誤差中的補償方法

(1)δyAS的測量與補償

如圖5所示，先在主軸錐孔中裝夾一根已知直徑的檢棒，A軸旋轉(zhuǎn)至 －90°(圖5a)，將百分表讀數(shù)調(diào)零;然后將A軸旋轉(zhuǎn)至90°(圖5b)并讀出百分表的讀數(shù)Δ1。由于百分表的讀數(shù)是δyAS的2倍，因此在補償該誤差時，應(yīng)當(dāng)在數(shù)控系統(tǒng)中輸入MP7530.1=－|Δ1/2|。

(2)δyCA的測量與補償

如圖6所示，A軸旋轉(zhuǎn)至0°，C軸旋轉(zhuǎn)至0°，將百分表安放在圖示的位置并將讀數(shù)調(diào)零;然后將C軸旋轉(zhuǎn)至90°，讀出百分表的讀數(shù)Δ2。由于百分表的讀數(shù)是 2 倍 δyCS，而 δyCA=δyCS－ δyAS，因此在補償該誤差時，應(yīng)當(dāng)在數(shù)控系統(tǒng)中輸入 MP7530.4=|Δ2/2|－MP7530.1。

(3)δxCS的測量與補償

如圖7所示，A軸旋轉(zhuǎn)至0°，C軸旋轉(zhuǎn)至－90°，將百分表安放在圖示的位置并將讀數(shù)調(diào)零;然后將C軸旋轉(zhuǎn)至270°并讀出旋轉(zhuǎn)過程中百分表的最大讀數(shù)Δ3。由于該讀數(shù)是δxCS的2倍，因此在補償該誤差時，應(yīng)當(dāng)在數(shù)控系統(tǒng)中輸入MP7530.3=|Δ3/2|。

(4)關(guān)于A/C軸雙擺角銑頭角度誤差的補償

由于海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)只能補償A/C軸雙擺角銑頭的位置誤差，并不能補償角度誤差，因此，A/C軸雙擺角銑頭的3個角度誤差只能依靠提高零部件加工精度或采取若干調(diào)整措施才能予以解決。

3 結(jié)語

A/C軸雙擺角銑頭在裝配完成后，C軸軸線、A軸軸線與主軸軸線之間存在3個位置誤差與3個角度誤差，如果幾何誤差不進行精度補償，則會嚴(yán)重影響曲面零件的加工精度。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)由于具有出色的五軸控制功能，可以對A/C軸雙擺角銑頭的幾何誤差進行精度補償，首先利用百分表檢測出幾何誤差值，然后再把誤差值輸入到相應(yīng)的補償指令中。但該系統(tǒng)只能補償A/C軸雙擺角銑頭存在的3個位置誤差，其余的3個角度誤差只能依靠提高零部件加工精度或采取若干調(diào)整措施才能予以解決。

［1］林劍峰，閆明，鄭鵬，等.直驅(qū)式A/C軸雙擺角銑頭模態(tài)分析［J］.機械傳動，2010，34(4):61－63.

［2］林劍峰，閆明，鄭鵬，等.直驅(qū)式雙擺角銑頭C軸傳動部分有限元分析［J］.機械傳動，2010，34(5):59－61.

［3］K M Muditha Dassanayake，Masaomi Tsutsumi，Akinori Saito.A strategy for identifying static deviations in universal spindle head type multiaxismachining centres［J］. InternationalJournalofMachine tools＆Manufacture，2006(46):1097 －1106.

［4］廖平蘭.機床加工過程宗合誤差實時補償技術(shù)［J］.機械工程學(xué)報，1992，28(2):65 －68.

［5］張興全.iTNC530數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)高速加工［J］.航空精密制造技術(shù)，2006(2):18，20.