提高雙轉臺五軸數控機床加工精度方法研究
2021-3-4 來源： 廣州數控信息科技有限公司 作者：劉風帆
摘要：精度是五軸機床最重要的技術指標，它直接決定加工產品的精度和表面質量，因此機床精度是機床制造商和機床用戶共同關注的焦點。先進五軸機床多數配備高精度探頭，并且具備自動調整精度的自適應能力，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的檢測單位進行調整，浪費了大量的人力、物力和財力。本文針對雙轉臺五軸數控系統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，提高機床產值和產能，間接地為公司企業創造效益。文章從五軸功能的工作原理出發，闡述如何通過調整系統參數來提高雙轉臺五軸機床的加工精度，解決機床加工不合格的問題。
關鍵詞：雙轉臺；五軸數控機床；精度；企業效益
1、機床加工精度
我司在利用雙轉臺五軸數控機床加工腕體零件時，出現個別形位公差不合格的現象。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，但這兩孔中間的特征小，屬于兩頭大，中間小的產品，無法從一個方向進行加工，所以選擇使用雙轉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，經過調整加工工藝，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，各平動軸和旋轉軸定位精度、重復精度的影響，機床幾何精度的影響，環境溫度的影響，五軸結構數據的影響等。為此，針對各個可能產生的影響作一一排查：利用激光干涉儀對平動軸和旋轉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。均未發現很大的偏差，不是問題的根源所在，最后針對五軸結構數據進行檢測。
目前先進的五軸數控系統均具備五軸聯動 RPCP 功能和傾斜面加工功能，操作者在使用這些功能時，數控系統內部會根據輸入的 NC 程序進行數據轉換，在進行數據轉換時，數控系統會調用機床的一些數據信息，而這些數據信息如果不能準確反映機床的真實情況時，數控系統轉換后的數據也就會出現偏差，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、以及絲桿導軌磨損等因素的影響，實際的位置必然會產生變化，比如轉臺旋轉中心的位置發生位移，而系統本身不能檢測轉臺的實際位置，系統記錄的數據并不是機床當前真實的位置，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的數據參數以及如何進行校正。
3 、五軸相關參數
五軸機床在出廠前除了調試好基本功能外，還需對五軸相關參數進行調試。以廣州數控 GSK25I 五軸聯動數控系統為例，介紹雙轉臺五軸機床的調試過程：
①機床結構類型參數（8010）：雙轉臺類型的五軸機 床，參數設置為“12”。“0”沒有旋轉軸“2”雙擺頭（分別用第一軸和第二軸做主從軸）“12”雙轉臺（分別用第一軸和第二軸做主從軸）“21”擺頭+轉臺（第 1 旋轉軸為刀具旋轉軸，第 2 旋轉軸為工作臺旋轉軸）
②第一旋轉軸軸向參數（8012）和第二旋轉軸的軸向參數（8016）：以 AC 雙轉臺為例：主動軸為 A 軸，第一旋轉軸軸向參數（8012），設置為“1”，從動軸為 C 軸，第二旋轉軸的軸向參數（8016）設置為“3”。
③刀具軸方向參數（8019），以立式五軸機床為例，參數 8019# 設置為“3”Z 軸。
④轉臺中心位置參數（8020）：轉臺中心位置是第二旋轉軸的軸心處“機床坐標值”。以 AC 雙轉臺為例，為 C 轉臺的軸心位置。
⑤第一旋轉軸到第二旋轉軸的偏置矢量參數（8021）：此參數是一個矢量，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 雙轉臺為例，如果C 轉臺在 A 轉臺之上，此參數為正，如果為“搖籃式”結構，此參數為負。
4 、五軸加工精度校正
①旋轉臺中心位置 XY 軸檢查：利用高精度尋邊器對轉臺止口進行分中，完畢之后將基準孔中心位置的 XY 軸機械坐標值設置到系統參數8020#X 和 Y 上。
②檢查參數 8020Z 方向的數值，利用高精度 Z 軸設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。將 A 軸移動至+90°工作臺垂直狀態，利用尋邊器，尋找工作臺面 Y軸的機械坐標位置，記錄數值。再將 A 軸移至-90°工作臺垂直狀態，尋找工作臺面 Y 軸的機械坐標位置，記錄數值。將兩組數據相減再除以 2，即可得出 8021Z軸的數據。XY 軸數據默認為零。
③球頭檢棒檢查五軸聯動動態精度：調整好參數之后，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 聯動時的動態精度。觀察千分表的跳動情況，并修改參數 8020 和 8021，直到表跳動的刻度在公差范圍內。球頭檢棒安裝好后，測量好主軸端面到球心的長度（135.351mm），將數值寫入系統中。先檢測 C 軸，將主軸移至離旋轉中心約 60mm 處，校
表吸在工作臺面上，調整校表的位置使指針接觸圓球的側面（盡量找到圓球的最大直徑處），壓表 0.1mm 左右，在系統 MDI 方式下執行：“G43.4H1C360”指令，觀察表針在四個象限的跳動情況，反復調整，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 軸轉動角度只能旋轉-30°～100°，此時注意程序的編寫，不要超出行程。同樣當表針跳動在 0.005mm 范圍時則視為通過檢測。再檢測 AC 軸聯動的動態精度，同樣方法當表針跳動在 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 軸設置：將可傾軸 A 軸放置水平狀態時設置為 A軸零點。
C 軸設置：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 軸設置：X、Y 軸方法與三軸機床的設置方法一致，根據編程需要進行設置。X、Y 軸對刀時不可再移動 A、C 旋轉軸。Z 軸設置：主軸不裝刀具，移動 Z 軸，當主軸端面碰到工件上表面時設置為 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 向設定器進行對刀，防止損壞主軸或工件。
②刀長設置：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 向設定器測量刀長。
6 、校正前后工件加工對比
校正前，連續加工了五件，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，達到圖紙的設計要求。
表 1 孔￠78mm 和孔￠72mm 同軸度數據（單位：mm）
7、 結束語
機床的加工精度直接影響加工工件的質量，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在五軸聯動數控機床的使用中發揮了重要的作用。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，為企業減少不必要的開支，而且充分利用了機床，增加了機床的產能和產值。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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