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        提高雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床加工精度方法研究

        2020-09-10 16:31:14劉風(fēng)帆
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2020年4期

        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)用聘請具有資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行調(diào)整,浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。本文針對雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控系統(tǒng)功能的工作原理進(jìn)行分析,介紹如何通過一些簡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),闡述如何通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來提高雙轉(zhuǎn)臺五軸機(jī)床的加工精度,解決機(jī)床加工不合格的問題。

        關(guān)鍵詞:雙轉(zhuǎn)臺;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,無法從一個(gè)方向進(jìn)行加工,所以選擇使用雙轉(zhuǎn)臺五軸機(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)過調(diào)整加工工藝,問題依然存在。最后,公司決定對機(jī)床精度進(jìn)行檢測。

        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,針對各個(gè)可能產(chǎn)生的影響作一一排查:

        利用激光干涉儀對平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸對定位精度進(jìn)行檢測,并重新進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。利用方尺、平尺、角尺等工具對機(jī)床幾何精度進(jìn)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(jìn)行檢測。

        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)也就會出現(xiàn)偏差,也就會造成機(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(shí)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(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)臺五軸機(jī)床的調(diào)試過程:

        ①機(jī)床結(jié)構(gòu)類型參數(shù)(8010):雙轉(zhuǎn)臺類型的五軸機(jī)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(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(jī)床坐標(biāo)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(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(fù)。

        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(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)定器檢測主軸端面到C軸工作臺的機(jī)械坐標(biāo)值,并修正參數(shù)。

        將A軸移動(dòng)至+90°工作臺垂直狀態(tài),利用尋邊器,尋找工作臺面Y軸的機(jī)械坐標(biāo)位置,記錄數(shù)值。再將A軸移至-90°工作臺垂直狀態(tài),尋找工作臺面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(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)則視為通過檢測。

        同樣的方法檢測A軸,不過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)則視為通過檢測。

        再檢測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)則視為通過檢測。

        5? 工件對刀

        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)臺中心,但是必須要注意坐標(biāo)系測量的順序?;镜臏y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)行對刀,防止損壞主軸或工件。

        ②刀長設(shè)置:

        五軸機(jī)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(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

        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。通過這些簡易的方法,機(jī)床操作者就可以進(jìn)行調(diào)整,無需花費(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。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙熹.多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工精度誤差預(yù)測模型構(gòu)建[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2019,38(11):123-126.

        [2]李蓬偉.五軸數(shù)控機(jī)床的加工精度建模研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2019,48(09):33-34,102.

        [3]郝惠東.基于五軸數(shù)控機(jī)床加工精度的分析與研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(20):99-100.

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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?yàn)閿?shù)控技術(shù)應(yīng)用(機(jī)械)。

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