提高雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床加工精度方法研究

摘要：精度是五軸機床最重要的技術(shù)指標，它直接決定加工產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量，因此機床精度是機床制造商和機床用戶共同關(guān)注的焦點。先進五軸機床多數(shù)配備高精度探頭，并且具備自動調(diào)整精度的自適應(yīng)能力，有一些五軸機床不具備昂貴的探頭工具，也不支持自動校正的功能，一旦五軸機床精度喪失，機床用戶需花巨額的費用聘請具有資質(zhì)的檢測單位進行調(diào)整，浪費了大量的人力、物力和財力。本文針對雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控系統(tǒng)功能的工作原理進行分析，介紹如何通過一些簡易的方法快速提高機床加工精度，減少機床的停機時間，提高機床產(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)，闡述如何通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來提高雙轉(zhuǎn)臺五軸機床的加工精度，解決機床加工不合格的問題。

關(guān)鍵詞：雙轉(zhuǎn)臺;五軸數(shù)控機床;精度;企業(yè)效益

1? 機床加工精度

我司在利用雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床加工腕體零件時，出現(xiàn)個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，無法從一個方向進行加工，所以選擇使用雙轉(zhuǎn)臺五軸機床一次性裝夾，從兩個方向進行加工。但工件加工后的同軸度均在0.04mm以上，不能達到圖紙的加工要求，經(jīng)過調(diào)整加工工藝，問題依然存在。最后，公司決定對機床精度進行檢測。

2? 機床加工精度檢查

造成五軸機床加工精度差的因素有很多，各平動軸和旋轉(zhuǎn)軸定位精度、重復(fù)精度的影響，機床幾何精度的影響，環(huán)境溫度的影響，五軸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的影響等。為此，針對各個可能產(chǎn)生的影響作一一排查：

利用激光干涉儀對平動軸和旋轉(zhuǎn)軸對定位精度進行檢測，并重新進行螺距誤差補償。利用方尺、平尺、角尺等工具對機床幾何精度進行檢測。均未發(fā)現(xiàn)很大的偏差，不是問題的根源所在，最后針對五軸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行檢測。

目前先進的五軸數(shù)控系統(tǒng)均具備五軸聯(lián)動RPCP功能和傾斜面加工功能，操作者在使用這些功能時，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部會根據(jù)輸入的NC程序進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，數(shù)控系統(tǒng)會調(diào)用機床的一些數(shù)據(jù)信息，而這些數(shù)據(jù)信息如果不能準確反映機床的真實情況時，數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)也就會出現(xiàn)偏差，也就會造成機床的加工精度變差，不能達到用戶的使用要求。而機床在長期的使用過程中受溫度、以及絲桿導(dǎo)軌磨損等因素的影響，實際的位置必然會產(chǎn)生變化，比如轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心的位置發(fā)生位移，而系統(tǒng)本身不能檢測轉(zhuǎn)臺的實際位置，系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)并不是機床當(dāng)前真實的位置，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)以及如何進行校正。

3? 五軸相關(guān)參數(shù)

五軸機床在出廠前除了調(diào)試好基本功能外，還需對五軸相關(guān)參數(shù)進行調(diào)試。以廣州數(shù)控GSK25I五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)為例，介紹雙轉(zhuǎn)臺五軸機床的調(diào)試過程：

①機床結(jié)構(gòu)類型參數(shù)（8010）：雙轉(zhuǎn)臺類型的五軸機床，參數(shù)設(shè)置為“12”。

“0”沒有旋轉(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（分別用第一軸和第二軸做主從軸）

“21”擺頭+轉(zhuǎn)臺（第 1旋轉(zhuǎn)軸為刀具旋轉(zhuǎn)軸，第 2旋轉(zhuǎn)軸為工作臺旋轉(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)臺為例：主動軸為A軸，第一旋轉(zhuǎn)軸軸向參數(shù)（8012），設(shè)置為“1”，從動軸為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），以立式五軸機床為例，參數(shù)8019#設(shè)置為“3”Z軸。

④轉(zhuǎn)臺中心位置參數(shù)（8020）：

轉(zhuǎn)臺中心位置是第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心處“機床坐標值”。以AC雙轉(zhuǎn)臺為例，為C轉(zhuǎn)臺的軸心位置。

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)是一個矢量，矢量起點為主動軸軸心，終點為從動軸軸心，參照為機床坐標系。以AC雙轉(zhuǎn)臺為例，如果C轉(zhuǎn)臺在A轉(zhuǎn)臺之上，此參數(shù)為正，如果為“搖籃式”結(jié)構(gòu)，此參數(shù)為負。

4? 五軸加工精度校正

①旋轉(zhuǎn)臺中心位置XY軸檢查：

利用高精度尋邊器對轉(zhuǎn)臺止口進行分中，完畢之后將基準孔中心位置的XY軸機械坐標值設(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)定器檢測主軸端面到C軸工作臺的機械坐標值，并修正參數(shù)。

將A軸移動至+90°工作臺垂直狀態(tài)，利用尋邊器，尋找工作臺面Y軸的機械坐標位置，記錄數(shù)值。再將A軸移至-90°工作臺垂直狀態(tài)，尋找工作臺面Y軸的機械坐標位置，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)默認為零。

③球頭檢棒檢查五軸聯(lián)動動態(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A軸、C軸、以及AC聯(lián)動時的動態(tài)精度。觀察千分表的跳動情況，并修改參數(shù)8020和8021，直到表跳動的刻度在公差范圍內(nèi)。

球頭檢棒安裝好后，測量好主軸端面到球心的長度（135.351mm），將數(shù)值寫入系統(tǒng)中。

先檢測C軸，將主軸移至離旋轉(zhuǎn)中心約60mm處，校表吸在工作臺面上，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，觀察表針在四個象限的跳動情況，反復(fù)調(diào)整，直至指針跳動在0.005mm范圍時則視為通過檢測。

同樣的方法檢測A軸，不過A軸轉(zhuǎn)動角度只能旋轉(zhuǎn)

-30°～100°，此時注意程序的編寫，不要超出行程。同樣當(dāng)表針跳動在0.005mm范圍時則視為通過檢測。

再檢測AC軸聯(lián)動的動態(tài)精度，同樣方法當(dāng)表針跳動在0.005mm范圍時則視為通過檢測。

5? 工件對刀

①找正工件坐標系：

使用五軸功能時，工件可以不用放在轉(zhuǎn)臺中心，但是必須要注意坐標系測量的順序。基本的測量順序為：

A軸設(shè)置：將可傾軸A軸放置水平狀態(tài)時設(shè)置為A軸零點。

C軸設(shè)置：通常的做法是毛坯的長邊平行于工件的X軸，做法同樣是利用千分表進行校正。

X、Y軸設(shè)置：X、Y軸方法與三軸機床的設(shè)置方法一致，根據(jù)編程需要進行設(shè)置。X、Y軸對刀時不可再移動A、C旋轉(zhuǎn)軸。

Z軸設(shè)置：主軸不裝刀具，移動Z軸，當(dāng)主軸端面碰到工件上表面時設(shè)置為Z軸工件坐標系零點（編程零點在工件上表面），操作時可借助Z向設(shè)定器進行對刀，防止損壞主軸或工件。

②刀長設(shè)置：

五軸機床一般都使用絕對刀長，即其刀長偏置H值為由主軸端面到刀尖的長度，測量方法是利用Z向設(shè)定器測量刀長。

6? 校正前后工件加工對比

校正前，連續(xù)加工了五件，同軸度均不能達到圖紙0.025mm的要求，校正機床以后，同樣加工五件，該位置的同軸度均在合格范圍內(nèi)，達到圖紙的設(shè)計要求。

7? 結(jié)束語

機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和校正方法有著重要的意義，而上述的校正補正的方法已經(jīng)在五軸聯(lián)動數(shù)控機床的使用中發(fā)揮了重要的作用。通過這些簡易的方法，機床操作者就可以進行調(diào)整，無需花費任何費用便達到了提高機床精度的目的，為企業(yè)減少不必要的開支，而且充分利用了機床，增加了機床的產(chǎn)能和產(chǎn)值。

參考文獻：

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作者簡介：劉風(fēng)帆（1983-），男，廣東廣州人，大專，助理工程師，研究方向為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用（機械）。