CN101758418A - 一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法。本方案在试切前对机床的各轴机械精度、位置精度,以及机床的加工参数进行预调整,使得机床的调校效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,属于机床加工精度的检测、调整技术领域,更具体的,本方法适用于以NAS979圆锥台试件为标准试件检测方法中。
背景技术
NAS979圆锥台试件是检测五坐标铣床五轴联动加工精度的标准试件,通过检查圆锥台试件的表面粗糙度、圆度、角度、同轴度等指标,来检验机床的动态精度是否满足出厂标准。目前,在五轴联动龙门铣床上加工NAS979圆锥台时,往往会出现表面粗糙度、圆度、角度、同轴度等指标超差的现象。
此外,由于圆锥台试件采用五轴联动加工,过程比较复杂,环节多,出现表面粗糙度、圆度、角度、同轴度等指标超差的现象未必是机床本身的问题所导致,这里需要考虑的因素主要有各轴机械精度(影响圆度、角度、同轴度)、两轴联动特性调试得好环(影响表面粗糙度、圆度)、主轴与C轴同轴度补偿调整的状态(影响圆度、角度、同轴度)、A轴臂长测量的准确性(影响圆度、角度、同轴度)、是否进行过traori功能测试(影响圆度、角度、同轴度)、控制加工精度的参数是否进行过优化(影响表面粗糙度)、五轴加工指令的综合运用、五轴加工程序的编制和后置处理程序的正确性、切削用量的匹配(影响表面粗糙度)、切削液的选取(影响表面粗糙度)等。这些因素多数既是机床加工精度检测的对象,又是检测过程的参与者,如果不对上述因素进行预调整,很可能造成所得检测结果缺失客观性,必然会对后续机床的调校产生负面影响,增加机床的调整周期,效率较低。
发明内容
因此,本发明针对目前主要依赖通过标准试件的试切检测机床加工精度而造成调试效率低、检测结果没有代表性的问题,提出了一种调试效率高,且结果准确可靠的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法。
本发明采用以下技术方案:
该发明一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其包括以下步骤:
a.测试铣床各轴的机械精度是否满足机床验收标准ISO8636,若不满足,调整上述各轴机械精度直至满足所述验收标准;
b.五轴头的精度调整:
1)A轴回转中心至主轴端面的距离得到A轴臂长;
2)将获得的A轴臂长代入五轴转换1的偏移矢量和五轴转换1激活时基本刀具矢量;
3)五轴头主轴、C轴同轴度补偿测试,记录测试过程中X、Y向偏差,并修订轴补数值,反复操作,直至满足主轴、C轴同轴度小于0.01mm;
c.五轴Traori功能测试,若不满足预定要求,调整各轴,再行测试,重复该测试直至满足预定要求;
d.对铣床的数控***圆度调试和过象限补偿:
1)圆度调试,用于检测、调整数控机床两轴联动时加工对象的圆度,通过反复调整摩擦补偿参数和位置增益,之后圆度检测,调整圆度在0.02mm之内;
2)过象限补偿,用于提高机床的过象限性能,检测加工对象是否出现过象限尖角,并相应调整速度控制器P增益和速度控制时间参数,消除过象限尖角;
e.根据经验值赋值于加工精度控制参数;
f.切削用量匹配,根据试件材质、刀具材质及其直径匹配经验值;
g.选择煤油作为切削液;
h.试切加工,检测加工精度,若加工精度不满足验收标准,至少应当调整步骤e、f中的经验值后,再进行试切加工,重复该步骤直至满足验收标准。
根据本发明技术方案的五轴联动龙门铣床加工精度的调整方法,在试切前,对机床各项指标进行预调整,防止加工NAS979圆锥台时出现表面粗糙度、圆度、角度、同轴度等指标超差后,后续调整难以对指标超差进行缺陷定位,从而,可以大幅的提高调整方法的效率。
此外,对试切的预调整,可以防止一些非机床本身加工精度的问题影响判断,不仅节约工时,还能够使结果更真实地反映出机床的加工精度,结果更具有代表性。
经过调试的机床,其设定参数可以作为机床的出厂参数,对后续的调试工作具有参考性。
上述五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,优选地,所述步骤a中机械精度包括各轴的几何精度和定位精度。
优选地,所述步骤b中A轴臂长的测量包括以下步骤:
①选用并固定千分表,使五轴头当前处于C0、A0位置;
②用手轮摇动主轴端面与千分表接触,千分表对零,记录此时的Z轴机床坐标Z1;
③主轴装入检验棒,五轴头处于C0、A90位置,用手轮摇至检验棒下母线最低点与千分表接触,示数为零,记录此时的Z轴机床坐标Z2;
④计算臂长L=Z1-Z2+D/2。
所述步骤c中Traori测试选用带球头的检验棒,匹配千分表,固定千分表后对五轴头C轴A轴的多个位置进行测试,球头尖的位置应始终围绕表头旋转,千分表示数应在0.03mm内。
所述步骤e中预设的经验值主要包括:
压缩过程中的最大偏差:X、Y、Z设为0.01-0.03,C、A、SP设为0.1;
进给率偏差:设为100;
可同时处理的程序级数:设为100;
程序块最大移动距离:设为50;
每个数据块的最大数:设为5;
通道速率的存储器单元数:设为5;
弧线长度功能的存储器单元数:设为10;
缓冲器数据块:设为70;
数据块预备数:设为60;以及
临界角度:设为36。
所述步骤f中切削用量经验值按照以下方式确定:
切线速度V=πdn/1000,进给速度F=z.fz.n;
其中,π为3.14,d为刀具直径,z为刀齿数,fz为每齿进给量;
同时,若是硬质合金立铣刀,则每齿进给量fz为0.02--0.15mm,切深ap为0.1--0.3mm;
若是镗刀,则每齿进给量fz为0.05--0.10mm,切深ap为0.05--0.1mm。
若刀具为硬质合金立铣刀,速度调整范围为4000~8000rpm;若为镗刀,则速度调整范围为2000~4000rpm。。
附图说明
图1为五轴头A轴臂长的测量方式示意图。
图2为五轴头主轴、C轴同轴度补偿测试状态示意图。
图3为五轴Traori功能测试状态示意图。
图中:1、五轴头,2、检验棒,3、千分表,4、球头检验棒。
具体实施方式
根据本发明技术方案的一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,以X、Y、Z、C、A五个坐标轴联动,西门子840D数控***为例,其包括以下步骤:
a.测试铣床各轴的机械精度是否满足机床验收标准IS08636,若不满足,调整上述各轴机械精度直至满足所述验收标准,这是保证五轴联动加工NAS979圆锥台试件的基础,只有满足该验收标准,才能进行以下的步骤,同时所述验收标准也给出了相关的测量方法和调整方法;
b.五轴头的精度调整:
1)A轴回转中心至主轴端面的距离得到A轴臂长;
2)将获得的A轴臂长代入五轴转换1的偏移矢量和五轴转换1激活时基本刀具矢量;也就是将臂长L的实测值输入到相应的参数24500(2)、24550(2)中,在西门子840D数控***中,24500(2)含义是五轴转换1的偏移矢量,24550(2)含义是五轴转换1激活时的基本刀具矢量;
3)参照说明书附图2,五轴头主轴、C轴同轴度补偿测试,记录测试过程中X、Y向偏差,并修订轴补数值,反复操作,直至满足主轴、C轴同轴度小于0.01mm;该项精度对五轴插补精度影响很大,必须补偿合格,直至最佳值。
更具体的,将两块千分表指针分别置于检验棒的X、Y轴方向上(如图2所示),旋转主轴,观察千分表读数的变化量,记下此时X、Y向偏差,用取平均数中间值的方法,经过多次补偿试验后,即可确定24560(五轴转换1的运动偏移矢量)中(0)轴补数值A1,(1)轴补数值A2。其中,(0)代表X方向,(1)代表Y方向。
测量程序如下:
TRAORI
G91G0C180
TRAFOOF
M30
c.五轴Traori功能测试,若不满足预定要求,调整各轴,再行测试,重复该测试直至满足预定要求;Traori(变换方向)是840D数控***的五轴联合变换,Traori能够自动获得正确的刀具轨迹,实现刀尖点编程。Traori功能是五轴加工中最重要的功能,五轴traori功能测试无误是进行五轴加工的先决条件。
d.对铣床的数控***圆度调试和过象限补偿:
1)圆度调试,用于检测、调整数控机床两轴联动时加工对象的圆度,通过反复调整摩擦补偿参数和位置增益,之后圆度检测,调整圆度在0.02mm之内;由于采用五轴联动方式加工,需要考察XY、XZ、YZ各平面的圆度测试。以X、Y轴圆度调试为例,测试程序(按直径300编程):
G91G17
G2I-150TURN=20F2000
M30
设32490(0)、32500(0)为1,优化X、Y轴的32520、32540、32200参数,再进行测试,圆度应调整到0.02之内。
参数含义:32490摩擦补偿类型;32500摩擦补偿生效;32520最大摩擦补偿值;32540摩擦补偿时间系数;32200位置增益。这些参数的调整都是数控领域常规的参数调整,应用起来也比较方便。
2)过象限补偿,用于提高机床的过象限性能,检测加工对象是否出现过象限尖角,并相应调整速度控制器P增益和速度控制时间参数,消除过象限尖角;关于过象限补偿目前已经有了较好的解决,其中《制造技术与机床》2005年第十一期中关于《摩擦补偿(象限补偿)》的论文作了比较具体的说明,主要通过调整X、Y轴的1407、1409参数,使过象限尖角明显收窄变小。可以通过圆度调试,来检查过象限尖角变化情况。
参数含义:1407速度控制器P增益;1409速度控制时间系数。
e.根据经验值赋值于加工精度控制参数;在数控程序中加入这些经验值可以优化控制加工精度的参数,提高加工精度,经验值是经过现场测试,对比加工效果获得的值。
f.切削用量匹配,根据试件材质、刀具材质及其直径匹配经验值,在切削过程中根据实际情况进行调整;
g.选择煤油作为切削液;
h.试切加工,检测加工精度,若加工精度不满足验收标准,至少应当调整步骤e、f中的经验值后,再进行试切加工,重复该步骤直至满足验收标准。
所述步骤a中机械精度包括各轴的几何精度和定位精度,验收标准给出了测量条件、方法和给定的标准精度范围,其中所说的几何精度和定位精度直接关系到机床的传动精度,是检验机床动态精度需要着重考虑的方面。
参照说明书附图1,所述步骤b中A轴臂长的测量包括以下步骤:
①选用并固定千分表3及标准的检验棒2,使双回转摆动铣头当前处于C0、A0位置;注:在这里必须使用千分表或检测精度更高的表,以保证测量结果的准确性;
②用手轮摇动主轴端面与千分表接触,千分表对零,记录此时的Z轴机床坐标Z1;
③主轴装入检验棒,双回转摆动铣头处于C0、A90位置,用手轮摇至检验棒下母线最低点与千分表接触,示数为零,记录此时的Z轴机床坐标Z2;
④计算臂长L=Z1-Z2+D/2。
参考说明书附图3,所述步骤c中Traori测试选用带球头的检验棒,匹配千分表,固定千分表后对五轴头C轴A轴的多个位置进行测试,球头尖的位置应始终围绕表头旋转,千分表示数应在0.03mm内。测试程序如下:
TRAORI
G54T1D1F2000
G1C0A0
Z0
A90
C90A45
C270A-45
C360A-90
C0A0
TRAFOOF
M30
所述步骤e中预设的经验值赋值:
33100(压缩过程中的最大偏差,X、Y、Z设为0.01---0.03,C、A、SP设为0.1)
20172(进给率偏差,设为100)
18360(可同时处理的程序级数,设为100)
20170(程序块最大移动距离,设为50)
28520(每个数据块的最大数,设为5)
28530(通道速率的存储器单元数,设为5)
28540(弧线长度功能的存储器单元数,设为10)
28060(缓冲器数据块数,设为70)
28070(数据块预备数,设为60)
Sd42470(临界角度,设为36)
加工程序开头:
traori
fgroup(x,y,z,c,a)
g642compcad soft
……………
加工程序结尾:
Trafoof
涉及到五轴加工程序的编制和后置处理程序,应当采用成熟的UG五轴编程软件,后置程序的开发设计应针对该机床的五轴联动方式单独开发。
为了获得较稳定的加工过程,所述步骤f中切削用量经验值按照以下方式确定:
切线速度V=πdn/1000,进给速度F=z.fz.n;
其中,π为3.14,d为刀具直径,z为刀齿数,fz为每齿进给量;
同时,若是硬质合金立铣刀,则每齿进给量fz为0.02--0.15mm,切深ap为0.1--0.3mm;
若是镗刀,则每齿进给量fz为0.05--0.10mm,切深ap为0.05--0.1mm。
上面含有的数值范围是在加工过程中根据现场情况进行调整的范围,利于加工过程的把握。
进一步地,若刀具为硬质合金立铣刀,速度调整范围为4000~--8000rpm;若为镗刀,则速度调整范围为2000~--4000rpm,根据实际需要进行调整。
Claims (7)
1.一种五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于其包括以下步骤:
a.测试铣床各轴的机械精度是否满足机床验收标准ISO8636,若不满足,调整上述各轴机械精度直至满足所述验收标准;
b.五轴头的精度调整:
1)A轴回转中心至主轴端面的距离得到A轴臂长;
2)将获得的A轴臂长代入五轴转换1的偏移矢量和五轴转换1激活时基本刀具矢量;
3)五轴头主轴、C轴同轴度补偿测试,记录测试过程中X、Y向偏差,并修订轴补数值,反复操作,直至满足主轴、C轴同轴度小于0.01mm;
c.五轴Traori功能测试,若不满足预定要求,调整各轴,再行测试,重复该测试直至满足预定要求;
d.对铣床的数控***圆度调试和过象限补偿:
1)圆度调试,用于检测、调整数控机床两轴联动时加工对象的圆度,通过反复调整摩擦补偿参数和位置增益,之后圆度检测,调整圆度在0.02mm之内;
2)过象限补偿,用于提高机床的过象限性能,检测加工对象是否出现过象限尖角,并相应调整速度控制器P增益和速度控制时间参数,消除过象限尖角;
e.根据经验值赋值于加工精度控制参数;
f.切削用量匹配,根据试件材质、刀具材质及其直径匹配经验值;
g.选择煤油作为切削液;
h.试切加工,检测加工精度,若加工精度不满足验收标准,至少应当调整步骤e、f中的经验值后,再进行试切加工,重复该步骤直至满足验收标准。
2.根据权利要求1所述的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:所述步骤a中机械精度包括各轴的几何精度和定位精度。
3.根据权利要求1所述的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:所述步骤b中A轴臂长的测量包括以下步骤:
①选用并固定千分表,使五轴头当前处于C0、A0位置;
②用手轮摇动主轴端面与千分表接触,千分表对零,记录此时的Z轴机床坐标Z1;
③主轴装入检验棒,五轴头处于C0、A90位置,用手轮摇至检验棒下母线最低点与千分表接触,示数为零,记录此时的Z轴机床坐标Z2;
④计算臂长L=Z1-Z2+D/2。
4.根据权利要求1所述的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:所述步骤c中Traori测试选用带球头的检验棒,匹配千分表,固定千分表后对五轴头C轴A轴的多个位置进行测试,球头尖的位置应始终围绕表头旋转,千分表示数应在0.03mm内。
5.根据权利要求1所述的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:所述步骤e中预设的经验值主要包括:
压缩过程中的最大偏差:X、Y、Z设为0.01-0.03,C、A、SP设为0.1;
进给率偏差:设为100;
可同时处理的程序级数:设为100;
程序块最大移动距离:设为50;
每个数据块的最大数:设为5;
通道速率的存储器单元数:设为5;
弧线长度功能的存储器单元数:设为10;
缓冲器数据块:设为70;
数据块预备数:设为60;以及
临界角度:设为36。
6.根据权利要求1所述的的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:所述步骤f中切削用量经验值按照以下方式确定:
切线速度V=πdn/1000,进给速度F=z.fz.n;
其中,π为3.14,d为刀具直径,z为刀齿数,fz为每齿进给量;
同时,若是硬质合金立铣刀,则每齿进给量fz为0.02--0.15mm,切深ap为0.1--0.3mm;
若是镗刀,则每齿进给量fz为0.05--0.10mm,切深ap为0.05--0.1mm。
7.根据权利要求6所述的的五轴联动龙门铣床加工精度的调校方法,其特征在于:若刀具为硬质合金立铣刀,速度调整范围为4000~8000rpm;若为镗刀,则速度调整范围为2000~4000rpm。
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