五軸聯(lián)動(dòng)加工中心擺軸的檢測(cè)分析
2021-2-24 來(lái)源： 中國(guó)航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任 作者：陳亞林 張續(xù)林 張瑞
摘要：隨著五軸聯(lián)動(dòng)加工中心在機(jī)械加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)加工中心擺軸的檢測(cè)受到技術(shù)人員的關(guān)注。傳統(tǒng)測(cè)量方法受測(cè)量光路被遮擋的影響，不能實(shí)現(xiàn)全程測(cè)量。因此，提出了針對(duì)擺軸的測(cè)量光路和方法，旨在保證全程測(cè)量擺軸的精度。
關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)加工中心 擺軸 檢測(cè)
近幾年，我國(guó)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)越來(lái)越發(fā)達(dá)，五軸加工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，特別是在航空航天、汽車、精密機(jī)械加工以及模具等產(chǎn)品的曲面加工中，有著非常好的表現(xiàn)。五軸聯(lián)動(dòng)加工中心相比傳統(tǒng)的三軸加工中心，可使加工刀具在 5 個(gè)角度上進(jìn)行定位與連接，對(duì)加工中心的擺軸有著更高的要求。因此，怎樣科學(xué)檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的擺軸精度值得技術(shù)人員思考。
1、簡(jiǎn)述五軸聯(lián)動(dòng)
設(shè)備中存在 5 個(gè)坐標(biāo)軸，其中有 3 個(gè)直線坐標(biāo)軸，分別是 X 軸、Y 軸、Z 軸，還有 2 個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，分別是 C軸和 A 軸。它們被計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制，可以協(xié)調(diào)運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)控加工，這樣的設(shè)備就是五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。A 軸同 C 軸組合到一起。加工過(guò)程中，工件被固定到工作臺(tái)，這時(shí)加工中心的 5 個(gè)軸可以對(duì)除去底面外其他 5個(gè)面進(jìn)行加工。A 軸、C 軸間最小的分度值通常是 0.001°，還能將工件詳細(xì)劃分成任何的角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傾斜孔和傾斜面的加工。A 軸和 C 軸聯(lián)合 X、Y、Z 直線軸，能借助數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和軟件，對(duì)更加復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行加工。通常看見(jiàn)的立式五軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，一般設(shè)置 2 個(gè)可回轉(zhuǎn)的軸。其中，一個(gè)為工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸，軸心線是 X軸方向，±90°進(jìn)行擺動(dòng)，是擺軸，也叫做 A 軸；另一個(gè)為工作臺(tái)中間回轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)繞著 Z 軸進(jìn)行 360°的回轉(zhuǎn)，將其定為 C 軸。在五軸聯(lián)動(dòng)的加工中心中，X、Y、Z 軸和 C 軸需要被檢測(cè)精度，主要應(yīng)用的技術(shù)手段比較成熟。X、Y、Z軸檢測(cè)時(shí)，一般以雙頻激光干涉儀為主。針對(duì)回轉(zhuǎn)的 C 軸，檢測(cè)時(shí)以雙頻激光干涉儀配合回轉(zhuǎn)分度器進(jìn)行，還可以用傳統(tǒng)正多面棱體配合自準(zhǔn)直儀實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
但是，檢測(cè) A 軸時(shí)主要為角分度檢測(cè)，儀器可選擇正多面棱體結(jié)合自準(zhǔn)直儀，還可以選擇雙頻激光干涉儀回轉(zhuǎn)分度器。然而，全部依照 C 軸檢測(cè)方法，不能實(shí)現(xiàn)全行程之內(nèi)的測(cè)量，這是由于 A 軸會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以工作臺(tái)會(huì)遮擋部分測(cè)量的光路不能繼續(xù)檢測(cè)，僅僅能檢測(cè)到部分角度，因此不可對(duì) A 軸的全部行程范圍精度進(jìn)行判定。
2、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心擺軸的檢測(cè)
2.1 設(shè)計(jì)擺軸的全行程檢測(cè)測(cè)量光路
因?yàn)?A 軸的測(cè)量光路會(huì)被工作臺(tái)遮擋，所以需要重新設(shè)計(jì)擺軸的測(cè)量光路。經(jīng)研究后得出測(cè)量方案，方案的基本原理：利用升高準(zhǔn)直儀與可轉(zhuǎn)角反射鏡進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，經(jīng)可以轉(zhuǎn)角的反射鏡實(shí)現(xiàn) 90°的光路轉(zhuǎn)向，以規(guī)避工作臺(tái)遮擋測(cè)量光路的問(wèn)題，也可以看成在空中角度俯視瞄準(zhǔn)到正多面棱體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量。此方案中選擇 0.5" 的雙軸精密模式自準(zhǔn)直儀，配合正24 面的棱體當(dāng)成測(cè)量的主標(biāo)準(zhǔn)。與自準(zhǔn)儀配合的迅速找像設(shè)施是激光干涉儀。為更有效地保證自準(zhǔn)儀可以穩(wěn)定和可靠地測(cè)量讀數(shù)，推薦使用主機(jī)大、三腳架穩(wěn)定的 ML10
型號(hào)的激光干涉儀。
2.2 找正調(diào)整擺軸的測(cè)量光路
找正調(diào)整的步驟如下：
一是將加工中心的 A 軸的軸心上部密封蓋取下，然后安裝提前制作的特殊夾具。轉(zhuǎn)動(dòng) A 軸并調(diào)整特殊夾具偏心量，使用打表法調(diào)到 0.02mm 之內(nèi)，安裝正 24 面的棱體，使 0°的測(cè)量面向上。
二是借助磁性表座，將轉(zhuǎn)角反射鏡吸附到機(jī)床的主軸部位。
三是激光干涉儀上放置自準(zhǔn)直儀，調(diào)整激光干涉儀的水平度，使激光束能夠瞄準(zhǔn)到可轉(zhuǎn)角的反射鏡上。緩慢移動(dòng)，同時(shí)左右調(diào)動(dòng)可轉(zhuǎn)角的反射鏡，也要調(diào)整激光干涉儀的主機(jī)俯仰度、左右度、高低位置，使激光束途經(jīng)正多面棱體的測(cè)量面反射的光匯入激光干涉儀所帶反射孔中。此調(diào)節(jié)是想讓平行擺放在激光干涉儀之上自準(zhǔn)儀所帶測(cè)量光軸與激光束保持平行。
四是需要使用卷尺測(cè)量自準(zhǔn)直儀物鏡中心同激光干涉儀的出光孔之間的距離，一般為 130mm。然后，減小激光干涉儀三腳架的工作臺(tái)距離，促使自準(zhǔn)直儀的物鏡下降到激光干涉儀的出光孔所在的位置。
五是左右方向上調(diào)動(dòng)自準(zhǔn)直儀，保證其可以借助可轉(zhuǎn)角的反射鏡和正多面棱體的測(cè)量面反射到飛機(jī)像。
六是針對(duì)激光三腳架的左右平移位置和高低升降的位置進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整，保證自準(zhǔn)直儀中視場(chǎng)所見(jiàn)反射的飛機(jī)像最亮，然后進(jìn)行檢測(cè)。
2.3 檢測(cè)擺軸全稱精度的方法
將五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的擺軸的檢測(cè)光路進(jìn)行正確調(diào)整后，可以開(kāi)始檢測(cè) A 軸的全程精度。具體的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范很多，如數(shù)字控制坐標(biāo)定位精度和重復(fù)測(cè)定，數(shù)控軸線定位精度和重復(fù)定位精度，GB/T 17421.2-2000 的機(jī)床檢驗(yàn)通則中第 2 部分，VDI ／ DGQ3441
德國(guó)機(jī)床行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。可以根據(jù)用戶的具體要求進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)自準(zhǔn)直儀的視場(chǎng)中找出通過(guò)的正多面棱體所反射出的飛機(jī)像后進(jìn)行壓線的讀數(shù)，間隔為 15°，可以從 -90°循環(huán)至 +90°。全部行程需要來(lái)回測(cè)量 5 遍，才能保證測(cè)量準(zhǔn)確度。假設(shè)依照德國(guó)的機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)完畢后，擺軸定位精度是 8.7”時(shí)，重復(fù)精度是 1.5”，也就有反向量差是 0.6”。
此時(shí)的定位精度較大，需要針對(duì)精度做一些補(bǔ)償處理。但是，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，不同加工中心所使用的控制系統(tǒng)并不相同，因此在精度補(bǔ)償方面也不同。常用 HEIDE NHAIN系統(tǒng)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后再次測(cè)量精度，擺軸定位精度是 7.2" 時(shí)，重復(fù)精度是 1.2"，也就有反向量差是 0.4"，滿足標(biāo)準(zhǔn)。
3、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，針對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心一定要實(shí)現(xiàn)全程測(cè)量擺軸精度，才能更好地進(jìn)行機(jī)械加工，保證加工的精度，提升整體加工的品質(zhì)。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2024年11月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 軸承出口情況
- 2024年11月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 新能源汽車銷量情況
- 2024年10月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年10月 軸承出口情況
- 2024年10月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年10月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年9月 新能源汽車銷量情況
- 2024年8月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2028年8月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過(guò)程圖示
- 判斷一臺(tái)加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
- 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國(guó)的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營(yíng)銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時(shí)代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國(guó)人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別