搖籃式五軸加工中心機(jī)床精度標(biāo)定方法解析

搖籃式AC回轉(zhuǎn)工作臺(tái)五軸加工中心在直角坐標(biāo)系平移自由度的基礎(chǔ)上，工件可以通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)C繞Z軸旋轉(zhuǎn)C角，通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)A擺動(dòng)A角。兩旋轉(zhuǎn)軸垂直相交，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的零點(diǎn)偏差以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)中心在空間Y、Z兩個(gè)方向上的偏差值對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)加工起著至關(guān)重要的作用。機(jī)床在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于加工振動(dòng)、環(huán)境條件、不當(dāng)操作等因素會(huì)造成回轉(zhuǎn)軸零點(diǎn)的變化。

因此，本文介紹一種用于校正回轉(zhuǎn)軸零點(diǎn)和回轉(zhuǎn)軸空間距離等影響機(jī)床精度的重要參數(shù)的測(cè)量和設(shè)置方法，并通過(guò)試加工圓錐臺(tái)試件驗(yàn)證該方法的有效性。

1校正A軸零位

本文以雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)為AC軸正交雙轉(zhuǎn)臺(tái)式（圖1），其中C軸轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)平面為水平面時(shí)的A軸位置為A軸零位。A軸零位的校正方法如下：將千分表吸在主軸上，使表頭接觸到C軸轉(zhuǎn)臺(tái)表面，首先沿X軸從左到右打表，以確認(rèn)轉(zhuǎn)臺(tái)是否平整，如果千分表讀數(shù)兩點(diǎn)不同，則需要確保轉(zhuǎn)臺(tái)安裝面清潔；然后，沿Y軸從前到后打表，調(diào)整A軸角度，使千分表在Y方向前后兩點(diǎn)的讀數(shù)相同，此時(shí)C軸的旋轉(zhuǎn)平面校正到了水平位置。將C軸轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)水平后A軸的機(jī)床坐標(biāo)系值輸入到數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)。

2校正C軸中心

在校正A軸零位后，進(jìn)一步找正C轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，本文采用標(biāo)準(zhǔn)桿來(lái)找正C轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心。具體步驟如下：將標(biāo)準(zhǔn)刀安裝到機(jī)床主軸上；將千分表吸附在工作臺(tái)上，并壓到標(biāo)準(zhǔn)刀具調(diào)整表針指零；轉(zhuǎn)動(dòng)C軸觀察表針變化，并微調(diào)XY坐標(biāo)，使得主軸與工作臺(tái)同心；查看此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系中的X和Y坐標(biāo)值，并記錄下來(lái)。

由于海德漢系統(tǒng)顯示的是機(jī)床坐標(biāo)系，也就是顯示相對(duì)于原有中心的偏差值。將這個(gè)偏差值補(bǔ)償進(jìn)系統(tǒng)的參數(shù)表MP960.0和MP960.1兩個(gè)參數(shù)中。補(bǔ)償完畢后按步驟驗(yàn)證C轉(zhuǎn)臺(tái)中心是否正確。如果驗(yàn)證偏差較小，說(shuō)明標(biāo)定的X和Y值已經(jīng)校準(zhǔn)完畢。如圖2所示。

3標(biāo)定A軸與C軸回轉(zhuǎn)中心

標(biāo)定A軸與C軸回轉(zhuǎn)中心，即需要求出A軸中心和工作臺(tái)面的距離以及C軸中心與A軸中心的空間距離。標(biāo)定A軸與C軸回轉(zhuǎn)中心步驟如下：

（1）將標(biāo)準(zhǔn)桿裝夾到C軸工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，并轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)打表保證標(biāo)準(zhǔn)棒與C軸同軸度0.005 mm以內(nèi)。

(2）將千分表通過(guò)表架吸附在主軸端面，表頭朝向標(biāo)準(zhǔn)棒。將表頭壓在標(biāo)準(zhǔn)棒頂部，表針壓到零點(diǎn)，記錄此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系Z1值（圖3）

（3）將表頭壓在標(biāo)準(zhǔn)棒側(cè)邊Y向最高點(diǎn)記錄此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系Y1值，如圖4所示。需要注意的是，此刻記錄的Y1是標(biāo)準(zhǔn)刀具的Y向側(cè)面值，需要把標(biāo)準(zhǔn)刀的刀具半徑計(jì)算進(jìn)去，就是向中心偏移一個(gè)半徑R1，即Y1'＝Y(jié)1－R1。

（4）將工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)正90°，也就是（A＋90）。將表頭壓至標(biāo)準(zhǔn)刀頂部側(cè)母線最高點(diǎn)記錄此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系Z2值，如圖5所示。同樣地，把標(biāo)準(zhǔn)刀的刀具半徑計(jì)算進(jìn)去，就是向中心偏移一個(gè)半徑R1，即Z2'＝Z2－R1。

（5）將表頭壓至標(biāo)準(zhǔn)刀端面，記錄此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系Y2值，如圖6所示。

 （6）利用表或者測(cè)頭打出標(biāo)準(zhǔn)刀端面到工作臺(tái)面的距離，得出數(shù)值Z3。

根據(jù)上述測(cè)量步驟，得出Z1、Z2'、Y1'、Y2、Z3五個(gè)坐標(biāo)值。記，ΔY＝Y(jié)1'－Y2、ΔZ＝Z1－Z2'，以字母C和D分別表示標(biāo)準(zhǔn)桿頂面中心與A軸回轉(zhuǎn)中心在Y、Z方向的偏差值。

     則有：

             ΔY＝C－D         （1）

             ΔZ＝C＋D         （2）

    根據(jù)式（1）、（2），可得：

             C＝(ΔY＋ΔZ)/2  （3）

             D＝(ΔZ－ΔY)/2  （4）

最后，用標(biāo)準(zhǔn)桿端面到工作臺(tái)面的距離Z3減去標(biāo)準(zhǔn)桿端面和A軸回轉(zhuǎn)中心在Z向距離D得到，Z3－D＝E（如果標(biāo)準(zhǔn)桿頂面高于A軸回轉(zhuǎn)中心，應(yīng)做減法；如果標(biāo)準(zhǔn)桿頂面低于A心，應(yīng)為加法）。

最終得到的數(shù)值C和E，分別表示A軸和C軸回轉(zhuǎn)中心在空間上Y、Z兩個(gè)方向的偏差值。

對(duì)于海德漢系統(tǒng)，將這兩個(gè)數(shù)值輸入系統(tǒng)參數(shù)MP7530.0和MP7530.1中。

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圓錐臺(tái)試件是世界各國(guó)機(jī)床制造企業(yè)和機(jī)床用戶檢驗(yàn)五軸機(jī)床加工精度的重要零件，并被寫入我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10792.1－2007。圓錐臺(tái)試件結(jié)構(gòu)如圖7所示，該試件具有檢測(cè)項(xiàng)目多、難度大的特點(diǎn)。加工后檢測(cè)的項(xiàng)目有圓錐截面的圓度、圓錐側(cè)母線傾斜度等。試件材質(zhì)為國(guó)產(chǎn)硬鋁2A12。

按照上述機(jī)床精度標(biāo)定方法校正雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床精度后，并進(jìn)行圓錐臺(tái)試件的實(shí)際加工，加工過(guò)程中機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音和振動(dòng)情況無(wú)異常，整個(gè)加工過(guò)程用時(shí)15  min。加工后的試件如圖8所示。

加工后用三坐標(biāo)對(duì)試件進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目有圓錐截面的圓度和圓錐側(cè)母線傾斜度，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，所檢測(cè)的精度全部合格。由此可見(jiàn)，如果用圓錐臺(tái)零件評(píng)價(jià)機(jī)床的工作精度，那么說(shuō)明上述校準(zhǔn)五軸機(jī)床精度的方法是正確有效的。

5結(jié)論

通過(guò)上述方法標(biāo)定搖籃式五軸加工中心精度，可以保證A、C軸的精度指標(biāo)，避免機(jī)床在長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于回轉(zhuǎn)軸零位變化造成機(jī)床加工精度下降的問(wèn)題，可有效保證機(jī)床精度，實(shí)現(xiàn)五軸加工中心高精度的加工目標(biāo)。