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五軸數控機床回轉中心的幾何誤差檢測與補償

更新時(shí)間:2021-03-16      點(diǎn)擊次數:4569

1 引言

 

五軸數控機床是裝備制造業(yè)重要的一種加工設備,可用于加工各種復雜曲面,隨著(zhù)對工件加工質(zhì)量要求的不斷提高,如何提高五軸數控機床加工精度問(wèn)題成為熱點(diǎn)。

 

機床自身的制造和裝配誤差,影響著(zhù)機床的幾何精度,同時(shí),對于五軸數控機床而言,誤差造成回轉軸心不重合,降低了五軸聯(lián)動(dòng)精度,不能夠得到理想的零件加工精度。幾何誤差補償的方法是在不改變數控機床結構和控制系統的機床上,通過(guò)對機床運動(dòng)誤差源分析、建立數學(xué)模型和計算,將機床的空間定位誤差實(shí)時(shí)地反饋到控制系統,實(shí)現誤差的修正,從而提高五軸數控機床的加工精度。

 

轉擺臺式五軸數控機床,直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心與兩旋轉軸軸心位置的不重合幾何誤差,制約著(zhù)五軸數控機床加工精度。為解決此問(wèn)題,本文提出以下方案:圍繞回轉中心,建立五軸數控機床聯(lián)動(dòng)軌跡模型,設計幾何誤差檢測方案;分析列表實(shí)際檢測誤差數據;通過(guò)對機床機械系統運動(dòng)誤差的計算,將空間定位誤差實(shí)時(shí)地反饋到控制系統,實(shí)現誤差修正。通過(guò)對沈陽(yáng)機床某轉擺臺式五軸數控機床進(jìn)行實(shí)例研究,驗證此方法有效。

 

2  轉擺臺式五軸數控機床結構建模

 

如圖1 所示為轉擺臺式五軸數控機床結構示意圖。直線(xiàn)軸X、Y、Z 聯(lián)動(dòng)回轉中心矢量位置由加工中心數控系統按照加工中心結構參數進(jìn)行插補計算得到。當A 軸回轉中心、C 軸回轉中心、直線(xiàn)軸X、Y、Z 聯(lián)動(dòng)回轉中心不重合幾何誤差偏大時(shí),五軸數控機床加工精度就會(huì )降低。因此,做到三中心重合或偏差小,成為了提高五軸機床聯(lián)動(dòng)精度的必要手段。

 

3 幾何誤差檢測方法設計

 

1)檢測球頭檢棒長(cháng)度補償值,半徑補償值;

 

2)測量A 軸回轉中心與C 軸回轉中心在Y 方向上的誤差;

 

3)測量工作臺臺面與A 軸回轉中心在Z 方向上誤差;

 

4)確定將要檢測的旋轉軸(A 軸或C 軸),將千分表擺放在插補圓內,并將表針壓在球頭檢棒高點(diǎn)位置;

 

5X、Y、C 軸做大圓聯(lián)動(dòng),觀(guān)測并記錄X、Y 兩個(gè)方向隨著(zhù)C 軸角度變化時(shí),千分表讀數變化;

 

6)計算出直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心與C 軸軸心在X/Y平面上的誤差;

 

7Y、Z、A 軸做大圓聯(lián)動(dòng),觀(guān)測并記錄Y、Z 兩個(gè)方向隨著(zhù)A 軸角度變化時(shí),千分表讀數變化;

 

8)計算出直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心與A 軸軸心在Y/Z平面上的誤差。

 

4 測量原理

 

以只考慮直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心與C 軸回轉中心在X、Y 方向上誤差為例。如圖2 所示,數控機床X、Y、C 軸在X/Y 平面內,做大圓聯(lián)動(dòng),通過(guò)千分表的變化來(lái)進(jìn)行誤差分析。如圖3 所示,X、Y 插補軌跡與理想軌跡之間的誤差是由于直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心O2 C 軸回轉中心O X/Y 方向上誤差a/b造成。因此通過(guò)對千分表變化值的分析,計算出a/b 值,進(jìn)入數控系統進(jìn)行誤差補償,以減小X、Y插補軌跡與理想軌跡之間的誤差。

 

5 誤差補償參數算法描述

 

以只考慮直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心O2 C軸回轉中心O X、Y方向上誤差為例。設C 軸回轉軸軸心O X/Y 平面內坐標為(0,0),直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心O2 坐標為(b,a),千分表讀數變化值為k。數控機床X、Y、C 軸在X/Y 平面內,做大圓聯(lián)動(dòng),旋轉角度為θ。

b=k·sinθ                                              (1

a=k·cosθ                                              (2

 

6 HEIDENHAIN ITNC530 數控系統結構參數修正。

經(jīng)過(guò)誤差檢測與計算,得出修正參數a、b、c、d,補償到數控系統中。

 

7 實(shí)例應用

 

基于以上分析,將該方法應用于沈陽(yáng)機床某轉擺臺式五軸數控機床進(jìn)行誤差補償,該機床加工精度得到了大幅度提高。

 

以只考慮直線(xiàn)軸聯(lián)動(dòng)回轉中心O2C 軸回轉中心O X、Y 方向上誤差為例。如表3 所示,通過(guò)此方法對該機床進(jìn)行誤差補償后,提高了機床聯(lián)動(dòng)精度。

 

8 結語(yǔ)

 

轉擺臺式五軸數控機床中心不重合幾何誤差,需要建立誤差綜合模型,進(jìn)行多次檢測與補償,才可達到理想的幾何精度,以提高機床加工精度。

 

金嶺股份 匠心智造 精益求精;數控車(chē)床-研磨拋光機-車(chē)銑復合機床-平面磨床-多軸聯(lián)動(dòng)加工中心,湖南省原機械部定點(diǎn)車(chē)床生產(chǎn)廠(chǎng)家、國有中一型企業(yè),國家高新技術(shù)企業(yè)。

金嶺機床(原長(cháng)沙二機床廠(chǎng))創(chuàng )建于1956年,是我國原機械部定點(diǎn)車(chē)床生產(chǎn)廠(chǎng)家、國 有中一型企業(yè),現為國家高新技術(shù)企業(yè)、*百家創(chuàng )新型企業(yè),改制成立于20178(簡(jiǎn)稱(chēng):金嶺股份) ,專(zhuān)業(yè)從事數控切削磨削設備及智能研磨拋光裝備的國家高新技術(shù)企業(yè)。

集團占地100余畝,擁有研發(fā)中心、辦公大樓、聯(lián)合廠(chǎng)房近15000平方米、各類(lèi)設備近200臺,檢測設備近 100 余臺,資產(chǎn)過(guò)億元。我們的客戶(hù)需要的不僅僅是我們的產(chǎn)品,更需要我們多元化的服務(wù),包括為客 戶(hù)提供一站式專(zhuān)機、柔性生產(chǎn)線(xiàn)整體工藝解決方案,新設備融資租賃服務(wù)等。

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