5轴数控机床的精度检测方法研究
2020-12-18 来源： 台州科技职业学院 作者：黄靖雨 涂瑞祥
摘要：本文介绍了 5 轴数控机床的精度检测，尤其是 2 个旋转轴的重复定位精度、空间几何关系，以及 5 轴联动性能的检测方法。
关键词：5轴；数控机床；精度检测
1、引言
对于3轴机床的精度检测，已经形成了一整套完备和规范的操作流程和检验标准。而对于 5 轴机床的检测，尤其是 2 个旋转轴的重复定位精度、空间几何关系，以及 5 轴的联动性能检测目前还没有一定之规，相关资料也比较缺乏。
本文以我校配备海德汉 640 系统的 GTX-620 型 5 轴数控机床（包括 X、Y、Z、B、C 共 5 轴，且 B 轴、C 轴为双转台结构）为实践对象，介绍了 5轴数控机床的精度检测方法。
5轴铣床精度检测，首先，要对主轴和三个直线轴进行重复定位精度的检测；其次，是针对两个旋转轴的检测；最后，对 5 轴联动性能进行检测。其中，主轴和三个直线轴的检测方法和三轴铣床一样，所以这里不做叙述。
2、旋转轴和5轴联动性能的检测
5轴铣床的检测，重点是两个旋转轴的精度。
旋转轴的精度包括两个方面：一方面是旋转轴运动的精度，主要要检测每个旋转轴的重复定位精度；另一方面是两个旋转轴相互之间的关系，主要检测两个旋转轴轴线和主轴轴线之间空间几何关系是否正确。
2.1 测定两个旋转轴和主轴之间的空间几何关系
图 1 为海德汉 640 系统的 GTX-620 型 5 轴数控机床的双转台结构的示意图，在图中标出了两个旋转轴的轴线，这两根轴线应该如图中那样相交于一点。如果这两个旋转轴的轴线不相交，则要测定出两个轴线的偏心距离。
图 1 双转台结构示意图
图 2 双转台轴线偏心量测定
测定方法如下：先将 C 轴转台校正，使 C 轴转台平行于 XY 平面（方法略）；再如图 2 所示，分别旋转 B 轴 +90°和 -90°，测量两个方位下B 轴转台侧面最高点的高度差。如果高差为零，则双转台的空间几何关系符合理想情况，如果高差不为零，则 B、C 轴的偏心量为此高差的二分之一。
2.2 5轴联动性能的检测
5轴联动性能的检测，是通过加工一些标准形状，如：直线、平面、球形等，再测量加工出形状的误差来检测的。
先加工一条直线，初步判断5轴空间几何关系测定的正确性，同时检测数控系统的补偿功能是否生效。这是一维形状的检测，是最基本的要求，在此基础上才能做下面的检测。
再加工一组平面，检测 5 轴空间几何关系测定的准确性，同时检测数控系统的补偿功能是否设定正确。
这是二维形状的检测，比一维形状的检测的要求高一等级，如果检测合格，说明 5 轴空间几何关系的测定基本准确，同时数控系统基本满足5 轴加工的要求。
最后，加工球形，进一步检测 5 轴空间几何关系测定的准确性，同时检测数控系统的补偿功能是否在三维空间做出了正确的运动补偿。这是三维形状的检测，也是最高等级的要求。
如果满足了三维形状加工的要求，就可以说这台 5 轴铣床完全合格，可以胜任生产加工任务了。
图 3 5 轴联动性能检测
3 、总结
本文以 GTX-620 型 5 轴数控机床为例，介绍了 5 轴数控机床的精度检测方法。对于工厂、学校验收或定期检查、调整机床精度，具有一定的参考价值。
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