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摇篮式五轴加工中心机床精度如何调试



摇篮式AC旋转工作台五轴加工中心根据直角坐标系的平移自由度,工件可通过旋转工作台C旋转Z轴旋转c角,通过旋转工作台a旋转a角。两个旋转轴垂直交叉,两个旋转轴的零点偏差和两个旋转轴旋转中心在空间Y.Z两个方向的偏差值对五轴联动加工起着重要作用。机床在长期使用过程中,由于加工振动.环境条件.不当操作等因素会造成回转轴零点的变化。

因此,本文介绍了校正旋转轴零点和旋转轴空间距离等影响机床精度的重要参数的测定和设定方法,通过试加工圆锥台试件来验证该方法的有效性。
1校正a轴的零位置。
本文以双转台五轴机床为研究对象,结构为AC轴正交双转台式(图1),其中C轴转台旋转平面为水平面时的A轴位置为A轴零位。a轴零位的校正方法如下:将千分钟表吸入主轴,使表头接触c轴转台表面,首先沿x轴从左到右打表,确认转台是否平坦,如果千分钟的读数不同,则需要确保转台的安装面清洁,然后沿y轴从前到后打表,调整a轴的角度,使千分钟在y方向前后两点的读数相同将c轴转台调整水平后,a轴的机床坐标系数输入数控系统对应的系统参数。
2校正c轴中心。
在校正A轴零位后,进一步找正C转台回转中心,本文采用标准杆来找正C转台回转中心。具体步骤如下:将标准刀安装在机床主轴上,将千分钟表吸附在工作台上,按压标准刀具调整表针为零的旋转c轴观察表针的变化,微调XY坐标,使主轴与工作台同心的时候,看机床坐标系的x和Y坐标值,记录下来。

由于海德汉系统显示的是机床坐标系,也就是显示相对于原有中心的偏差值。将该偏差值补偿到系统参数表MP960.0和MP960.1两个参数中。补偿结束后,按步骤验证c转台中心是否正确。如果验证偏差较小,说明标定的X和Y值已经校准完毕。如图2所示。


3标定a轴和c轴旋转中心。
标定A轴与C轴回转中心,即需要求出A轴中心和工作台面的距离以及C轴中心与A轴中心的空间距离。标定a轴和c轴旋转中心的步骤如下
(1)将标准棒夹在c轴工作台的旋转中心,旋转工作台表,保证标准棒和c轴的同轴度在0.005mm以内。

(2)将千分表通过表架吸附在主轴端面,表头朝向标准棒。将表头压在标准棒顶部,表针压到零点,记录此时机床坐标系Z1值(图3)


(3)将表头按在标准棒侧面的y记录到最高点时机床坐标系Y1值,如图4所示。需要注意的是,目前记录的Y1是标准工具的Y侧面值,需要计算标准工具的工具半径,即向中心偏移半径R1,即Y1=Y1-R1。

(4)将工作台翻转为90°,即(A+90)。将表头压到标准刀顶端侧母线最高点记录此时机床坐标系Z2值,如图5所示。同样,计算标准刀的刀具半径是向中心偏移半径R1,即Z2=Z2-R1。


(5)将表头压入标准刀端面,记录此时机床坐标系Y2值,如图6所示。


(6)利用表和头从标准刀端到工作台的距离,得到数值Z3。
根据上述测量步骤,得出Z1.Z2.Y1.Y2.Z35个坐标值。请记住,△Y=Y1-Y2.△Z=Z1-Z2。用字母c和d分别表示标准棒顶面中心和a轴旋转中心在Y.Z方向的偏差值。
则有:
△y=c-d(1)
△Z=C+D(2)
根据式(1).(2),可以得到:
c=(△Y+△Z)/2(3)
d=(△Z-△Y)/2(4)
最后,从标准棒端面到工作台面的距离Z3,减去标准棒端面和a轴旋转中心在z方向距离d中得到,Z3-D=E(如果标准棒顶面高于a轴旋转中心,则应减法的标准棒顶面低于a心,则应加法)。
最终得到的数值c和e分别表示a轴和c轴旋转中心在空间上Y.Z两个方向的偏差值。
对于海德汉系统,将这两个数值输入系统参数MP7530.0和MP7530.1。

4实验验证。


圆锥台试件是世界各国机床制造企业和机床用户检查五轴机床加工精度的重要部件,写在中国机械行业标准JB/T门10792.1-2007。圆锥台试件结构如图7所示,该试件具有检测项目多、难度大的特点。加工后检测的项目有圆锥截面的圆度.圆锥侧母线倾斜度等。试件材质为国产硬铝2A12。
按照上述机床精度标定方法校正双转台五轴机床精度后,并进行圆锥台试件的实际加工,加工过程中机床运转平稳,噪音和振动情况无异常,整个加工过程用时15 min。加工后的试件如图8所示。

加工后,用三坐标检测试件。检查项目有圆锥截面的圆度和圆锥侧母线的倾斜度,检查结果如表1所示,检查精度均合格。由此可见,如果用圆锥台部件来评估机床的工作精度,那么上述校准五轴机床精度的方法是正确有效的。


5结论
通过上述方法对摇篮式五轴加工中心精密度进行标定,能够保证A.C轴精密度指标,避免机床在长期使用过程中由于旋转轴零位变化导致机床加工精密度下降的问题,能够有效保证机床精密度,实现五轴加工中心高精密度的加工目标。

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