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提高雙轉台五軸數控機床加（jiā）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（zuò）者：劉（liú）風帆

摘要：精度是五（wǔ）軸機床最（zuì）重要的技術指標，它直接決定加工產品的精度和（hé）表麵質（zhì）量，因此機床精度是機床製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，並且具備自動（dòng）調（diào）整精度（dù）的自適應能力，有一些五軸機床（chuáng）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（liàng）的人力、物力和財（cái）力。本文針對雙轉台五（wǔ）軸數（shù）控係統（tǒng）功能的（de）工作原理進行分析，介紹如何通過一些簡易（yì）的方法快（kuài）速提高機床加工精度，減少機床的停（tíng）機時間，提高機床產值和產能，間接地為公司企業（yè）創造效益。文章從五軸功能的工作原理（lǐ）出發，闡（chǎn）述如何（hé）通過調整係統參數來提高雙轉（zhuǎn）台五（wǔ）軸機床的加工精度，解決機床加工不合格的問題。

關鍵（jiàn）詞：雙轉台；五軸數控機床；精度；企業效益

1、機床加工精度（dù）

我司在利用雙轉台五軸（zhóu）數（shù）控機床加工腕體零（líng）件時，出現個別形（xíng）位公差不合格的現象。該零件為（wéi）典型的五麵（miàn）體零件，有兩個孔的同軸（zhóu）度要求在 0.025mm 以（yǐ）內，但這兩孔中（zhōng）間的特征小，屬於兩頭大，中間小的產（chǎn）品，無法（fǎ）從一（yī）個方（fāng）向進行加（jiā）工，所以選（xuǎn）擇使用雙轉台五軸機床一次性裝夾，從兩（liǎng）個方向進行加工（gōng）。但工件加（jiā）工後的同軸度均在 0.04mm以上，不能達到圖紙（zhǐ）的加工要（yào）求，經過調整加工工藝，問題依（yī）然存在。最後，公司決定對機床精度進行檢測。

2、機床加工精度檢查

造成（chéng）五軸機床加工精度差的因素有很多，各平動軸（zhóu）和（hé）旋轉軸定位精度、重複精度的影（yǐng）響，機床幾何精度的影響，環境溫度的影響，五軸結構數據（jù）的影響等。為此，針對各個可能產（chǎn）生（shēng）的影響作（zuò）一一排查：利用激光幹涉（shè）儀對平動軸和旋轉軸對定位精度（dù）進行檢測（cè），並重新進行螺距誤差補償（cháng）。利用方尺、平尺、角尺等（děng）工具對機床幾何精度進行檢測。均未發現很大的偏差（chà），不是問題的根源所在，最後針對（duì）五軸結構數據進（jìn）行檢測。

目前先進的五軸數控係統均（jun1）具備五軸聯（lián）動 RPCP 功能和傾斜（xié）麵加工功能，操作者在使用這些（xiē）功能時，數控係（xì）統（tǒng）內部會根據（jù）輸入的 NC 程序進行數據轉（zhuǎn）換，在進行數據轉換時，數控係統會調用機床的一些數據信息，而這（zhè）些數據信息（xī）如果不能準確反映機床的真實情況時，數（shù）控係統轉換後的數據（jù）也就會出現（xiàn）偏差，也（yě）就會造成機床的（de）加工精度變差，不能達到用戶的使用要求。而機床在長（zhǎng）期的使用過程中受溫度、以及絲杆導軌磨損等因素（sù）的影響，實際的位置必然會產生變化，比如轉（zhuǎn）台旋轉中心的位置發生位（wèi）移，而係統本身不能（néng）檢測轉台的實際位（wèi）置，係統記錄的數據並不是機床當前真（zhēn）實（shí）的位置（zhì），所以就造成腕體零件加工不合格的根源（yuán）所在。

下麵將詳細介紹（shào）與五軸加工精度相關的數據參數以（yǐ）及如何進行校正。

3 、五軸相關參數

五軸機床在出廠（chǎng）前除了調試好基（jī）本功能外，還需對五軸相關（guān）參數進行調（diào）試。以廣州數控 GSK25I 五軸聯動數控係統為例，介紹（shào）雙轉台五軸機床的調試過程：

①機床結構類型參數（8010）：雙轉台類型的（de）五軸機（jī）床（chuáng），參數設置為“12”。“0”沒有旋轉軸“2”雙擺頭（分別用第一軸和（hé）第二軸做主從軸）“12”雙轉台（tái）（分別用第一軸和（hé）第二軸做主從軸）“21”擺頭+轉台（第 1 旋轉軸為刀具旋轉軸，第 2 旋轉軸為工（gōng）作（zuò）台旋轉軸）

②第一旋轉軸軸（zhóu）向參數（8012）和第二旋轉軸的軸向參數（8016）：以 AC 雙轉台為（wéi）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（zhóu）的軸向參數（8016）設置為“3”。

③刀具軸方（fāng）向參數（8019），以立式（shì）五軸機床為例，參數 8019# 設置（zhì）為“3”Z 軸。

④轉台（tái）中心位置參數（8020）：轉台中（zhōng）心位置是（shì）第（dì）二旋（xuán）轉軸的軸心（xīn）處“機床坐標值（zhí）”。以 AC 雙轉台為例，為（wéi） C 轉台的軸心位置。

⑤第一旋轉（zhuǎn）軸到第二旋（xuán）轉軸的（de）偏（piān）置矢量參數（8021）：此參數是一個矢量，矢量起點為主（zhǔ）動軸（zhóu）軸心，終（zhōng）點為從動軸（zhóu）軸心，參照為機床坐標係。以（yǐ） AC 雙轉台為例，如果C 轉台在 A 轉台之上，此參數為正（zhèng），如果為“搖籃式”結構，此參數為負。

4 、五（wǔ）軸加工（gōng）精（jīng）度校正

①旋轉（zhuǎn）台中（zhōng）心位置 XY 軸檢查：利用高精度尋邊器對轉台（tái）止口進行分中，完畢（bì）之後將基準孔中心位置的 XY 軸機械坐標（biāo）值設（shè）置到係統參數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麵到 C 軸工作台的機械坐標值，並修正（zhèng）參數（shù）。將（jiāng） A 軸移動至+90°工（gōng）作台垂直（zhí）狀態，利用尋邊器（qì），尋找工作台麵 Y軸的機械坐標（biāo）位置（zhì），記錄數值。再將 A 軸移至-90°工（gōng）作台垂（chuí）直狀態，尋找工作台（tái）麵（miàn） Y 軸的機（jī）械（xiè）坐標位置，記錄數值。將兩（liǎng）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：調整好參數之後，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（biǎo）的跳動（dòng）情況，並修改參（cān）數 8020 和 8021，直到（dào）表跳動（dòng）的刻度在公差範圍內。球頭檢棒安裝好後，測量（liàng）好（hǎo）主軸端麵到球心的長度（135.351mm），將數值寫入係統中。先檢測 C 軸，將主軸移至離旋（xuán）轉中心約 60mm 處，校（xiào）

表吸在工作台麵上，調（diào）整（zhěng）校（xiào）表的位（wèi）置使（shǐ）指針接觸圓球的側麵（盡量找到圓球的最大直徑處），壓表 0.1mm 左右，在係統 MDI 方式下執行：“G43.4H1C360”指（zhǐ）令，觀察（chá）表針在四個象限的跳動情況，反複調整，直（zhí）至指（zhǐ）針跳動在 0.005mm範圍時則（zé）視為通過檢測。

同樣的方法檢測 A 軸，不過 A 軸轉動角度隻能旋轉-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 範圍時（shí）則視為（wéi）通（tōng）過檢（jiǎn）測。再檢測 AC 軸聯動的動態精度，同樣方法（fǎ）當表（biǎo）針跳動在 0.005mm 範圍時則視為（wéi）通過檢測。

5 、工件對刀

①找正工件坐標係：使用五軸功能時，工件可以不用放在轉台中心，但是必（bì）須要（yào）注意坐標係（xì）測量的順序。基本的（de）測（cè）量順序為：A 軸設置：將可傾軸 A 軸放（fàng）置（zhì）水平狀態時設置為 A軸零點。

C 軸設置：通（tōng）常的做法是毛坯的長邊平行於（yú）工件的 X軸，做（zuò）法同樣是（shì）利用千分表進行校正。X、Y 軸設置：X、Y 軸（zhóu）方法與三軸機（jī）床的設置方法一致，根據編程需要進行設置。X、Y 軸對刀時（shí）不（bú）可再移動 A、C 旋轉軸（zhóu）。Z 軸設置：主軸不裝刀（dāo）具，移動 Z 軸，當主軸端麵碰到工件上表麵時設置為（wéi） Z 軸工件坐標係零點（編程零點在工件上表麵），操作時可借助（zhù） Z 向設定器進（jìn）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（jué）對刀長，即其刀長偏置 H 值為由主軸端麵（miàn）到刀尖的長（zhǎng）度（dù），測量方法是利用 Z 向設定器測量刀長（zhǎng）。

6 、校（xiào）正前後工件加工對比

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，校正機床以後，同樣（yàng）加（jiā）工五件（jiàn），該位置（zhì）的同軸度均在合格範圍內（nèi），達到圖紙的設（shè）計要求。

表 1 孔￠78mm 和孔￠72mm 同軸度數據（單位：mm）

7、結束語

機床（chuáng）的加工（gōng）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（yào）的意義，而上述的校正（zhèng）補正的方法（fǎ）已經在五軸聯動數控（kòng）機床的使（shǐ）用（yòng）中發揮了重要的作（zuò）用。通過（guò）這些簡易的方法，機床（chuáng）操作者就可以進行調整，無需花（huā）費任何費用便達到了提高（gāo）機床（chuáng）精度的目的，為企（qǐ）業減少不必要的開支，而且（qiě）充分（fèn）利用了機床，增加了（le）機（jī）床的產能和產值。

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