薛佟, 劉志坤

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

0 引言

數(shù)控機床的幾何精度是加工精度的基礎(chǔ)和保證，尤其對于一些復(fù)雜零件而言，加工時間較長，且零部件原材料費用較高，更要求機床具備很高的運行精度和重復(fù)定位精度。在實際加工中，由于受到各種內(nèi)外因素的影響，比如加工振動、溫度變化、誤操作撞刀等的影響，造成機床精度發(fā)生變化，尤其是空間精度發(fā)生變化，對五軸機床來說，五軸空間精度發(fā)生變化，導(dǎo)致聯(lián)動精度降低，從而影響加工精度。這就要求我們在使用五軸機床進行精加工操作之前，必須對機床進行五軸精度的校準，以保證機床精度，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床的零件加工尺寸。

1 各國五軸精度調(diào)整功能對比

機床制造廠商在五軸機床出廠前通常采用雷尼紹無線測頭與數(shù)控系統(tǒng)功能相結(jié)合的方法進行測量，例如西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，就配備了CYCLE996運動測量循環(huán)功能，這一功能可對擁有多個旋轉(zhuǎn)軸的機床的軸運動進行測量。但是對于用戶而言，該測量方法卻不一定實用，一是配備雷尼紹測頭成本較高；二是使用該自動補償對專業(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，沒有五軸自動校準裝置的情況下，利用球頭檢棒與百分表即可完成五軸精度校準的簡易方法，使用本方法，可有效地解決和調(diào)整機床的五軸RTCP精度誤差。

2 五軸精度調(diào)整操作

在五軸機床數(shù)控系統(tǒng)中，對五軸精度的補償是通過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，RTCP_OFFSET2為第二旋轉(zhuǎn)中心坐標。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)軸運動而變化。以AC雙轉(zhuǎn)臺型五軸機床為例，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)臺旋轉(zhuǎn)軸示意

通常情況下，機床零點位于主軸端面中心，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個垂足，如圖2所示。

下面以A/C軸結(jié)構(gòu)的兩軸轉(zhuǎn)臺五軸立式加工中心為例，詳述在手動對五軸RTCP精度的調(diào)整。首先進行C軸在XY平面內(nèi)回轉(zhuǎn)中心的XY坐標確定，將AC軸回零，主軸孔安裝上檢棒，一般長度為300 mm，球頭檢棒移動至工作臺中心，盡量貼近工作臺面，如圖3所示，把磁力表座吸附在C軸工作臺上，開啟五軸聯(lián)動功能，旋轉(zhuǎn)C軸，以C0°時的千分表數(shù)為基準，順時針變化為正，逆時針變化為負，分別記錄C90°、C180°和C270°時的誤差，記為Δ90、Δ180和Δ270。

C軸誤差計算如下：

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，把主軸中心移動至C軸工作臺邊緣，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)動功能選項，手動旋轉(zhuǎn)C軸，這時由于五軸聯(lián)動功能的開啟，X、Y軸也將同時跟隨C軸進行聯(lián)動，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)中心誤差檢測示意圖

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

A軸誤差計算如下：

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)臺中，A/C軸軸心線在理論上應(yīng)該相交且垂直，但實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，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)坐標設(shè)置正確。至此對五軸精度的檢查及調(diào)整結(jié)束。

圖5 A軸回轉(zhuǎn)中心誤差檢測示意圖

3 結(jié)語

通過本文所述方法，可以快速簡單地對五軸機床的五軸精度進行校正，雖然其缺乏一定的回轉(zhuǎn)軸軸線角度偏差的補償，但是對于不具備自動校正功能的用戶，該方法簡便易學(xué)，具有很高的可操作性。

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