專利名稱：一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，屬于機(jī)床加工精度的檢 測、調(diào)整技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，本方法適用于以NAS979圓錐臺試件為標(biāo)準(zhǔn)試件檢測方法中。
背景技術(shù)：
NAS979圓錐臺試件是檢測五坐標(biāo)銑床五軸聯(lián)動加工精度的標(biāo)準(zhǔn)試件，通過檢查圓 錐臺試件的表面粗糙度、圓度、角度、同軸度等指標(biāo)，來檢驗(yàn)機(jī)床的動態(tài)精度是否滿足出廠 標(biāo)準(zhǔn)。目前，在五軸聯(lián)動龍門銑床上加工NAS979圓錐臺時，往往會出現(xiàn)表面粗糙度、圓度、 角度、同軸度等指標(biāo)超差的現(xiàn)象。 此外，由于圓錐臺試件采用五軸聯(lián)動加工，過程比較復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，出現(xiàn)表面粗糙 度、圓度、角度、同軸度等指標(biāo)超差的現(xiàn)象未必是機(jī)床本身的問題所導(dǎo)致，這里需要考慮的 因素主要有各軸機(jī)械精度(影響圓度、角度、同軸度)、兩軸聯(lián)動特性調(diào)試得好環(huán)(影響表面 粗糙度、圓度)、主軸與C軸同軸度補(bǔ)償調(diào)整的狀態(tài)(影響圓度、角度、同軸度)、A軸臂長測 量的準(zhǔn)確性(影響圓度、角度、同軸度)、是否進(jìn)行過traori功能測試(影響圓度、角度、同 軸度)、控制加工精度的參數(shù)是否進(jìn)行過優(yōu)化(影響表面粗糙度)、五軸加工指令的綜合運(yùn) 用、五軸加工程序的編制和后置處理程序的正確性、切削用量的匹配(影響表面粗糙度)、 切削液的選取(影響表面粗糙度)等。這些因素多數(shù)既是機(jī)床加工精度檢測的對象，又是 檢測過程的參與者，如果不對上述因素進(jìn)行預(yù)調(diào)整，很可能造成所得檢測結(jié)果缺失客觀性， 必然會對后續(xù)機(jī)床的調(diào)校產(chǎn)生負(fù)面影響，增加機(jī)床的調(diào)整周期，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明針對目前主要依賴通過標(biāo)準(zhǔn)試件的試切檢測機(jī)床加工精度而造成調(diào) 試效率低、檢測結(jié)果沒有代表性的問題，提出了一種調(diào)試效率高，且結(jié)果準(zhǔn)確可靠的五軸聯(lián) 動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 該發(fā)明一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其包括以下步驟 a.測試銑床各軸的機(jī)械精度是否滿足機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)IS08636，若不滿足，調(diào)整上
述各軸機(jī)械精度直至滿足所述驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；
b.五軸頭的精度調(diào)整 l)A軸回轉(zhuǎn)中心至主軸端面的距離得到A軸臂長； 2)將獲得的A軸臂長代入五軸轉(zhuǎn)換1的偏移矢量和五軸轉(zhuǎn)換1激活時基本刀具矢 3)五軸頭主軸、C軸同軸度補(bǔ)償測試，記錄測試過程中X、Y向偏差，并修訂軸補(bǔ)數(shù) 值，反復(fù)操作，直至滿足主軸、C軸同軸度小于0. Olmm ; c.五軸Traori功能測試，若不滿足預(yù)定要求，調(diào)整各軸，再行測試，重復(fù)該測試直 至滿足預(yù)定要求；
d.對銑床的數(shù)控系統(tǒng)圓度調(diào)試和過象限補(bǔ)償 1)圓度調(diào)試，用于檢測、調(diào)整數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動時加工對象的圓度，通過反復(fù)調(diào)整 摩擦補(bǔ)償參數(shù)和位置增益，之后圓度檢測，調(diào)整圓度在0. 02mm之內(nèi)； 2)過象限補(bǔ)償，用于提高機(jī)床的過象限性能，檢測加工對象是否出現(xiàn)過象限尖角， 并相應(yīng)調(diào)整速度控制器P增益和速度控制時間參數(shù)，消除過象限尖角；
e.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值賦值于加工精度控制參數(shù)； f.切削用量匹配，根據(jù)試件材質(zhì)、刀具材質(zhì)及其直徑匹配經(jīng)驗(yàn)值；
g.選擇煤油作為切削液； h.試切加工，檢測加工精度，若加工精度不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)當(dāng)調(diào)整步驟e、 f 中的經(jīng)驗(yàn)值后，再進(jìn)行試切加工，重復(fù)該步驟直至滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)整方法，在試切前，對機(jī) 床各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)調(diào)整，防止加工NAS979圓錐臺時出現(xiàn)表面粗糙度、圓度、角度、同軸度等 指標(biāo)超差后，后續(xù)調(diào)整難以對指標(biāo)超差進(jìn)行缺陷定位，從而，可以大幅的提高調(diào)整方法的效率。 此外，對試切的預(yù)調(diào)整，可以防止一些非機(jī)床本身加工精度的問題影響判斷，不僅
節(jié)約工時，還能夠使結(jié)果更真實(shí)地反映出機(jī)床的加工精度，結(jié)果更具有代表性。 經(jīng)過調(diào)試的機(jī)床，其設(shè)定參數(shù)可以作為機(jī)床的出廠參數(shù)，對后續(xù)的調(diào)試工作具有
參考性。 上述五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，優(yōu)選地，所述步驟a中機(jī)械精度包 括各軸的幾何精度和定位精度。 優(yōu)選地，所述步驟b中A軸臂長的測量包括以下步驟
①選用并固定千分表，使五軸頭當(dāng)前處于CO、AO位置； ②用手輪搖動主軸端面與千分表接觸，千分表對零，記錄此時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)Zl ;
③主軸裝入檢驗(yàn)棒，五軸頭處于CO、 A90位置，用手輪搖至檢驗(yàn)棒下母線最低點(diǎn)與 千分表接觸，示數(shù)為零，記錄此時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)Z2 ;
計(jì)算臂長L = Zl-Z2+D/2。 所述步驟c中Traori測試選用帶球頭的檢驗(yàn)棒，匹配千分表，固定千分表后對五 軸頭C軸A軸的多個位置進(jìn)行測試，球頭尖的位置應(yīng)始終圍繞表頭旋轉(zhuǎn)，千分表示數(shù)應(yīng)在 0. 03mm內(nèi)。 所述步驟e中預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值主要包括 壓縮過程中的最大偏差X、 Y、 Z設(shè)為0. 01-0. 03， C、 A、 SP設(shè)為0. 1 ; 進(jìn)給率偏差設(shè)為100 ; 可同時處理的程序級數(shù)設(shè)為100 ; 程序塊最大移動距離設(shè)為50 ; 每個數(shù)據(jù)塊的最大數(shù)設(shè)為5 ; 通道速率的存儲器單元數(shù)設(shè)為5 ; 弧線長度功能的存儲器單元數(shù)設(shè)為10 ; 緩沖器數(shù)據(jù)塊設(shè)為70 ; 數(shù)據(jù)塊預(yù)備數(shù)設(shè)為60 ;以及
臨界角度設(shè)為36。
所述步驟f中切削用量經(jīng)驗(yàn)值按照以下方式確定 切線速度V = Ji dn/1000，進(jìn)給速度F = z. fz. n ; 其中，為3. 14， d為刀具直徑，z為刀齒數(shù)，fz為每齒進(jìn)給量； 同時，若是硬質(zhì)合金立銑刀，則每齒進(jìn)給量fz為0.02—0. 15mrn，切深即為
0. 1—0. 3mm ;若是鏜刀，則每齒進(jìn)給量f z為0. 05—0. lOmm，切深即為0. 05—0. lmm。 若刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，速度調(diào)整范圍為4000 8000rpm;若為鏜刀，則速度調(diào)
整范圍為2000 4000rpm。。


圖1為五軸頭A軸臂長的測量方式示意圖。 圖2為五軸頭主軸、C軸同軸度補(bǔ)償測試狀態(tài)示意圖。 圖3為五軸Traori功能測試狀態(tài)示意圖。 圖中1、五軸頭，2、檢驗(yàn)棒，3、千分表，4、球頭檢驗(yàn)棒。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，以X、Y、Z、C、 A五個坐標(biāo)軸聯(lián)動，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)為例，其包括以下步驟 a.測試銑床各軸的機(jī)械精度是否滿足機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)IS08636，若不滿足，調(diào)整上 述各軸機(jī)械精度直至滿足所述驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，這是保證五軸聯(lián)動加工NAS979圓錐臺試件的基 礎(chǔ)，只有滿足該驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行以下的步驟，同時所述驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也給出了相關(guān)的測量方 法和調(diào)整方法； b.五軸頭的精度調(diào)整 l)A軸回轉(zhuǎn)中心至主軸端面的距離得到A軸臂長； 2)將獲得的A軸臂長代入五軸轉(zhuǎn)換1的偏移矢量和五軸轉(zhuǎn)換1激活時基本刀具矢 量；也就是將臂長L的實(shí)測值輸入到相應(yīng)的參數(shù)24500(2)、24550(2)中，在西門子840D數(shù) 控系統(tǒng)中，24500(2)含義是五軸轉(zhuǎn)換1的偏移矢量，24550(2)含義是五軸轉(zhuǎn)換1激活時的 基本刀具矢量； 3)參照說明書附圖2，五軸頭主軸、C軸同軸度補(bǔ)償測試，記錄測試過程中X、 Y向 偏差，并修訂軸補(bǔ)數(shù)值，反復(fù)操作，直至滿足主軸、C軸同軸度小于0. Olmm ;該項(xiàng)精度對五軸 插補(bǔ)精度影響很大，必須補(bǔ)償合格，直至最佳值。 更具體的，將兩塊千分表指針分別置于檢驗(yàn)棒的X、Y軸方向上(如圖2所示)，旋 轉(zhuǎn)主軸，觀察千分表讀數(shù)的變化量，記下此時X、 Y向偏差，用取平均數(shù)中間值的方法，經(jīng)過 多次補(bǔ)償試驗(yàn)后，即可確定24560 (五軸轉(zhuǎn)換1的運(yùn)動偏移矢量)中(0)軸補(bǔ)數(shù)值A(chǔ)1， (1) 軸補(bǔ)數(shù)值A(chǔ)2。其中，(0)代表X方向，(1)代表Y方向。
測量程序如下
T廳RI
G91G0C180
6
TRAF00F
M30 c.五軸Traori功能測試，若不滿足預(yù)定要求，調(diào)整各軸，再行測試，重復(fù)該測試直 至滿足預(yù)定要求；Traori (變換方向)是840D數(shù)控系統(tǒng)的五軸聯(lián)合變換，Traori能夠自 動獲得正確的刀具軌跡，實(shí)現(xiàn)刀尖點(diǎn)編程。Traori功能是五軸加工中最重要的功能，五軸 traori功能測試無誤是進(jìn)行五軸加工的先決條件。
d.對銑床的數(shù)控系統(tǒng)圓度調(diào)試和過象限補(bǔ)償 1)圓度調(diào)試，用于檢測、調(diào)整數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動時加工對象的圓度，通過反復(fù)調(diào)整 摩擦補(bǔ)償參數(shù)和位置增益，之后圓度檢測，調(diào)整圓度在0. 02mm之內(nèi)；由于采用五軸聯(lián)動方 式加工，需要考察XY、XZ、YZ各平面的圓度測試。以X、Y軸圓度調(diào)試為例，測試程序(按直 徑300編程)
G91G17 G2I-150TURN = 20F2000
M30 設(shè)32490 (0) 、32500 (0)為1，優(yōu)化X、Y軸的32520、32540、32200參數(shù)，再進(jìn)行測試， 圓度應(yīng)調(diào)整到O. 02之內(nèi)。 參數(shù)含義32490摩擦補(bǔ)償類型；32500摩擦補(bǔ)償生效；32520最大摩擦補(bǔ)償值； 32540摩擦補(bǔ)償時間系數(shù)；32200位置增益。這些參數(shù)的調(diào)整都是數(shù)控領(lǐng)域常規(guī)的參數(shù)調(diào) 整，應(yīng)用起來也比較方便。 2)過象限補(bǔ)償，用于提高機(jī)床的過象限性能，檢測加工對象是否出現(xiàn)過象限尖角，
并相應(yīng)調(diào)整速度控制器P增益和速度控制時間參數(shù)，消除過象限尖角；關(guān)于過象限補(bǔ)償目
前已經(jīng)有了較好的解決，其中《制造技術(shù)與機(jī)床》2005年第十一期中關(guān)于《摩擦補(bǔ)償(象限
補(bǔ)償)》的論文作了比較具體的說明，主要通過調(diào)整X、 Y軸的1407U409參數(shù)，使過象限尖
角明顯收窄變小?？梢酝ㄟ^圓度調(diào)試，來檢查過象限尖角變化情況。
參數(shù)含義1407速度控制器P增益；1409速度控制時間系數(shù)。 e.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值賦值于加工精度控制參數(shù)；在數(shù)控程序中加入這些經(jīng)驗(yàn)值可以優(yōu)
化控制加工精度的參數(shù)，提高加工精度，經(jīng)驗(yàn)值是經(jīng)過現(xiàn)場測試，對比加工效果獲得的值。 f.切削用量匹配，根據(jù)試件材質(zhì)、刀具材質(zhì)及其直徑匹配經(jīng)驗(yàn)值，在切削過程中根
據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整； g.選擇煤油作為切削液； h.試切加工，檢測加工精度，若加工精度不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)當(dāng)調(diào)整步驟e、 f 中的經(jīng)驗(yàn)值后，再進(jìn)行試切加工，重復(fù)該步驟直至滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 所述步驟a中機(jī)械精度包括各軸的幾何精度和定位精度，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)給出了測量條 件、方法和給定的標(biāo)準(zhǔn)精度范圍，其中所說的幾何精度和定位精度直接關(guān)系到機(jī)床的傳動 精度，是檢驗(yàn)機(jī)床動態(tài)精度需要著重考慮的方面。 參照說明書附圖l，所述步驟b中A軸臂長的測量包括以下步驟 ①選用并固定千分表3及標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)棒2，使雙回轉(zhuǎn)擺動銑頭當(dāng)前處于C0、 A0位
置；注在這里必須使用千分表或檢測精度更高的表，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性； ②用手輪搖動主軸端面與千分表接觸，千分表對零，記錄此時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)Zl ;
計(jì)算臂長L = Zl-Z2+D/2。 參考說明書附圖3，所述步驟c中Traori測試選用帶球頭的檢驗(yàn)棒，匹配千分表， 固定千分表后對五軸頭C軸A軸的多個位置進(jìn)行測試，球頭尖的位置應(yīng)始終圍繞表頭旋轉(zhuǎn)，
千分； [0084: [0085: [0086: [0087: [0088: [0089: [0090: 其中，Ji為3. 14， d為刀具直徑，z為刀齒數(shù)，fz為每齒進(jìn)給量； 同時，若是硬質(zhì)合金立銑刀，則每齒進(jìn)給量fz為0.02—0. 15mrn，切深即為
0. 1—0. 3mm ;若是鏜刀，則每齒進(jìn)給量f z為0. 05—0. lOmm，切深即為0. 05—0. lmm。 上面含有的數(shù)值范圍是在加工過程中根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整的范圍，利于加工過
程的把握。 進(jìn)一步地，若刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，速度調(diào)整范圍為4000 一8000rpm ;若為鏜 刀，則速度調(diào)整范圍為2000 一4000rpm，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于其包括以下步驟a.測試銑床各軸的機(jī)械精度是否滿足機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)ISO8636，若不滿足，調(diào)整上述各軸機(jī)械精度直至滿足所述驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；b.五軸頭的精度調(diào)整1)A軸回轉(zhuǎn)中心至主軸端面的距離得到A軸臂長；2)將獲得的A軸臂長代入五軸轉(zhuǎn)換1的偏移矢量和五軸轉(zhuǎn)換1激活時基本刀具矢量；3)五軸頭主軸、C軸同軸度補(bǔ)償測試，記錄測試過程中X、Y向偏差，并修訂軸補(bǔ)數(shù)值，反復(fù)操作，直至滿足主軸、C軸同軸度小于0.01mm；c.五軸Traori功能測試，若不滿足預(yù)定要求，調(diào)整各軸，再行測試，重復(fù)該測試直至滿足預(yù)定要求；d.對銑床的數(shù)控系統(tǒng)圓度調(diào)試和過象限補(bǔ)償1)圓度調(diào)試，用于檢測、調(diào)整數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動時加工對象的圓度，通過反復(fù)調(diào)整摩擦補(bǔ)償參數(shù)和位置增益，之后圓度檢測，調(diào)整圓度在0.02mm之內(nèi)；2)過象限補(bǔ)償，用于提高機(jī)床的過象限性能，檢測加工對象是否出現(xiàn)過象限尖角，并相應(yīng)調(diào)整速度控制器P增益和速度控制時間參數(shù)，消除過象限尖角；e.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值賦值于加工精度控制參數(shù)；f.切削用量匹配，根據(jù)試件材質(zhì)、刀具材質(zhì)及其直徑匹配經(jīng)驗(yàn)值；g.選擇煤油作為切削液；h.試切加工，檢測加工精度，若加工精度不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)當(dāng)調(diào)整步驟e、f中的經(jīng)驗(yàn)值后，再進(jìn)行試切加工，重復(fù)該步驟直至滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于所述 步驟a中機(jī)械精度包括各軸的幾何精度和定位精度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于所述 步驟b中A軸臂長的測量包括以下步驟① 選用并固定千分表，使五軸頭當(dāng)前處于CO、AO位置；② 用手輪搖動主軸端面與千分表接觸，千分表對零，記錄此時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)Zl ;③ 主軸裝入檢驗(yàn)棒，五軸頭處于C0、 A90位置，用手輪搖至檢驗(yàn)棒下母線最低點(diǎn)與千分 表接觸，示數(shù)為零，記錄此時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)Z2 ; 計(jì)算臂長L = Zl-Z2+D/2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于所述 步驟c中Traori測試選用帶球頭的檢驗(yàn)棒，匹配千分表，固定千分表后對五軸頭C軸A軸 的多個位置進(jìn)行測試，球頭尖的位置應(yīng)始終圍繞表頭旋轉(zhuǎn)，千分表示數(shù)應(yīng)在0. 03mm內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于所述 步驟e中預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值主要包括壓縮過程中的最大偏差X、Y、Z設(shè)為0.01-0. 03，C、A、SP設(shè)為0. 1 ;進(jìn)給率偏差設(shè)為100 ; 可同時處理的程序級數(shù)設(shè)為100 ; 程序塊最大移動距離設(shè)為50 ; 每個數(shù)據(jù)塊的最大數(shù)設(shè)為5 ;通道速率的存儲器單元數(shù)設(shè)為5 ; 弧線長度功能的存儲器單元數(shù)設(shè)為10 ; 緩沖器數(shù)據(jù)塊設(shè)為70 ; 數(shù)據(jù)塊預(yù)備數(shù)設(shè)為60;以及 臨界角度設(shè)為36。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于所 述歩驟f中切削用量經(jīng)驗(yàn)值按照以下方式確定切線速度V二 ndn/1000，進(jìn)給速度F = z. fz. n ;其中，為3. 14， d為刀具直徑，z為刀齒數(shù)，fz為每齒進(jìn)給量；同時，若是硬質(zhì)合金立銑刀，則每齒進(jìn)給量fz為0. 02—0. 15mrn，切深即為 0. 1—0. 3mm ;若是鏜刀，則每齒進(jìn)給量fz為0. 05—0. lOmrn，切深即為0. 05—0. lmm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的的五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法，其特征在于 若刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，速度調(diào)整范圍為4000 8000rprn ;若為鏜刀，則速度調(diào)整范圍為 200(T4000rpm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五軸聯(lián)動龍門銑床加工精度的調(diào)校方法。本方案在試切前對機(jī)床的各軸機(jī)械精度、位置精度，以及機(jī)床的加工參數(shù)進(jìn)行預(yù)調(diào)整，使得機(jī)床的調(diào)校效率大大提高。
文檔編號B23Q11/00GK101758418SQ20091023103
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者張衛(wèi), 曲改玉, 趙忠民 申請人:濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司