CN109108728B - 一种五轴cnc精度调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明用同一个机床坐标系加工所有面，通过对基座的加工，暴露出机床现实存在的误差，在利用基座加工不断补偿调整机床参数，使其达到理想精度。与现有技术相比，本发明利用最小的成本与实际加工相结合，可校准出与实际加工相符的实际精度，并且一次验证校准多个五轴CNC方向，通过五轴CNC直接加工基座所得到的精度，直接相等于产品加工精度，没有间接误差，提高加工产品的精度，而且可以重复使用，从而降低企业成本。

Description

一种五轴CNC精度调整方法
技术领域
本发明涉及一种五轴CNC精度调整方法(五轴数控加工中心，以下简称五轴CNC)，用于各种五轴CNC机床针对加工方面的精度调整，属于五轴CNC精度调整技术领域。
背景技术
随着高端制造业的发展，高精度多面体零件对五轴CNC需求越来越大，而五轴机床的精度是最关键的，机床使用一段时间后精度会丢失。传统方法是需要通过镭射检测等多方面校准再调整机床参数从而达到所需的理论精度，但缺点是成本高，而且校准出来的精度会与实际加工产品的精度有出入，不易接近实际，不能达到理想的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决了通过镭射检测的校准五轴CNC精度的方式成本高，校准出来的精度与实际加工产品的精度有出入的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种五轴CNC精度调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将支撑架固定在五轴工作台上面，再将一个试验工件底部的两端固定在支撑架上，试验工件的顶部为一个正四棱柱；定义与正四棱柱相邻的两个侧面垂直的方向分别为X轴和Y轴，垂直于正四棱柱顶面向上的方向为Z轴；
步骤二：将五轴工作台设置在初始位置上，将刀具沿着Z轴方向正对正四棱柱顶面的中心位置，刀具后端的刀柄固定在五轴CNC的主轴头部；
步骤三：开启五轴CNC对正四棱柱进行加工，通过刀具的底刃对正四棱柱的顶部进行平面加工；通过刀具的侧刃和底刃绕着Z轴在正四棱柱的顶部向下加工出上中下三个方形台阶，三个方形台阶分别为方形上台阶、方形中台阶、方形下台阶；
步骤四：将五轴工作台沿着X轴旋转90度，通过刀具的侧刃和底刃分别在五轴工作台沿着Z轴旋转0、90、180、270度时对方形中台阶的4个侧面进行平面加工；
步骤五：五轴工作台沿着Z轴分别旋转0、90、180、270度，五轴工作台每次沿着Z轴旋转后，刀具的侧刃分别对方形下台阶上当前与刀具平行的两个侧面上端加工凹槽；
步骤六：加工后的试验工件为基座，对基座进行测量；测量方形上台阶的长度和宽度是否与五轴CNC上设定的理论值相等；测量方形中台阶的高度是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶的高度之和是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶周围四个方向面尺寸是否一致相等；测量方形下台阶上所有凹槽的厚度是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形下台阶每个一侧面上的两个凹槽之间的距离是否相等，测量方形下台阶上所有凹槽的高度是否相等；
步骤七：如果步骤六中的某一测量值不符合要求，调整机床相对应的参数，将误差值补偿后，重复步骤一至步骤六，直至步骤六中的测量值均符合要求。
优选地，所述的五轴工作台的高度大于主轴半径的1.5倍。
优选地，所述的上中下三个方形台阶的横截面积依次变大。
优选地，所述的凹槽的高度小于方形下台阶的高度。
本发明通过对基座的加工，暴露出机床现实存在的误差，在利用基座加工不断补偿调整机床参数，使其达到理想精度。
与现有技术相比，本发明利用最小的成本与实际加工相结合，可校准出与实际加工相符的实际精度，并且一次验证校准多个五轴CNC方向，通过五轴CNC直接加工基座所得到的精度，直接相等于产品加工精度，没有间接误差，提高加工产品的精度，而且可以重复使用，从而降低企业成本。
附图说明
图1为五轴CNC在五轴工作台上加工基座的示意图；
图2为图1的纵向剖视图；
图3为基座上坐标系的示意图；
图4为基座上方形上台阶、方形中台阶加工面的示意图；
图5为基座的凹槽上各个面的示意图；
图6为刀具在基座上摆放的所有位置的示意图；
图7为五轴工作台的A轴、C轴为0度时，刀具在基座上的摆放示意图；
图8为五轴工作台的A轴为90度时，刀具加工方形中台阶的示意图；
图9为五轴工作台的A轴为90度时，刀具加工凹槽的示意图；
图10为显示方形上台阶长宽的示意图；
图11为显示方形中台阶和方形上台阶高度的示意图；
图12为显示方形下台阶上凹槽厚度的示意图(一)；
图13为显示方形下台阶上凹槽厚度的示意图(二)。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种五轴CNC精度调整方法，如图1、图6所示，其包括以下步骤：
步骤一：将支撑架4固定在五轴工作台5上面，支撑架4的作用是防止机床的主轴6在加工时干涉，如图2所示，支撑架4的高度Y1必须大于主轴6半径Y2的1.5倍，防止机床主轴6加工干涉，留出安全间隙。再将一个试验工件(即基座3未加工前的形状)底部的两端固定在支撑架4上，使得机床的刀具2在加工时刚性好、牢固稳定，试验工件的顶部为一个正四棱柱；
如图3所示，机床五轴定义：按试验工件的摆放分别为XY轴，即与正四棱柱相邻的两个侧面垂直的方向分别为X轴和Y轴，垂直于正四棱柱顶面向上的方向为Z轴；A轴(第四轴)为绕X轴旋转轴，C轴(第五轴)为绕Z轴旋转轴。
步骤二：将五轴工作台5设置在初始位置上，将刀具2沿着Z轴方向正对正四棱柱顶面的中心位置，刀具2后端的刀柄1固定在五轴CNC的主轴6头部；
步骤三：开启五轴CNC对正四棱柱进行加工，如图7所示，用同一个机床坐标系，A轴、C轴为0度，按图示刀轴方向，使用刀具2的底刃对正四棱柱的顶部进行平面加工；通过刀具2的侧刃和底刃绕着Z轴在正四棱柱的顶部向下加工出上中下三个方形台阶，三个方形台阶分别为方形上台阶、方形中台阶、方形下台阶；上中下三个方形台阶的横截面积依次变大。
步骤四：如图8所示，用同一个机床坐标系，将五轴工作台5沿着X轴旋转90度，即A轴旋转90度，按图示刀轴方向，通过刀具2的侧刃和底刃分别在五轴工作台5沿着Z轴旋转0、90、180、270度(即C轴分别旋转0、90、180、270度)时对方形中台阶的4个侧面进行平面加工；
步骤五：如图9所示，用同一个机床坐标系，A轴位于旋转90度的位置，五轴工作台5沿着Z轴分别旋转0、90、180、270度，即C轴分别旋转0、90、180、270度，五轴工作台5每次沿着Z轴旋转后，按图示刀轴方向，使用刀具2的侧刃分别对方形下台阶上当前与刀具2平行的两个侧面上端加工凹槽；凹槽的高度小于方形下台阶的高度。
步骤六：加工后的试验工件为基座3，如图4、图5所示，基座3包括方形上台阶、方形中台阶、方形下台阶；方形上台阶的顶面为A面，方形上台阶的侧面为B面，方形中台阶的顶面为C面，方形中台阶的侧面为D面，方形下台阶的顶面为E面，方形下台阶的相邻两个侧面上的4个凹槽分别为F面、G面、H面、I面，每个凹槽与在方形下台阶背面的一个面相同。
对基座3进行测量，如图10所示，加工完之后验证方法第一步：排除刀具2误差值，测量方形上台阶的长度Q1和宽度Q2是否与五轴CNC上设定的理论值相等；确定刀具2无跳动、无磨损、和五轴CNC的设定之间无误差；
如图11所示，加工完之后验证方法第二步：测量方形中台阶的高度Q3是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶的高度之和Q4是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶周围四个方向面尺寸是否一致相等，即方形中台阶周围4个侧面的高度是否均为Q3，方形上台阶和方形中台阶周围4个侧面的高度之和是否均为Q4；
如图12、图13所示，加工完之后验证方法第三步：测量方形下台阶上所有凹槽的厚度(即值Q5、Q6、Q7、Q8)是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形下台阶每个一侧面上的两个凹槽之间的距离是否相等，测量方形下台阶上所有凹槽的高度是否相等；测量方形下台阶的同一个侧面上的凹槽的厚度相同。
步骤七：如果步骤六中的某一测量值不符合要求，即调整机床相对应的参数，将误差值补偿后，再次重复步骤一至步骤六的加工，使其多个方向得到实际校准，达到最理想的实际精度。
本发明加工所有面用同一个机床坐标系，并且用同一把刀具2按图6所示的方法分别加工A、B、C、D、E、F、G、H、I面，用同一个坐标系的目的就是通过多个轴向的加工并且使用机床现有参数，从而使误差通过加工此基座3全部暴露出来，通过参数调整补正后达到所需要的实际精度。

Claims (4)

1.一种五轴CNC精度调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将支撑架(4)固定在五轴工作台(5)上面，再将一个试验工件底部的两端固定在支撑架(4)上，试验工件的顶部为一个正四棱柱；定义与正四棱柱相邻的两个侧面垂直的方向分别为X轴和Y轴，垂直于正四棱柱顶面向上的方向为Z轴；
步骤二：将五轴工作台(5)设置在初始位置上，将刀具(2)沿着Z轴方向正对正四棱柱顶面的中心位置，刀具(2)后端的刀柄(1)固定在五轴CNC的主轴(6)头部；
步骤三：开启五轴CNC对正四棱柱进行加工，通过刀具(2)的底刃对正四棱柱的顶部进行平面加工；通过刀具(2)的侧刃和底刃绕着Z轴在正四棱柱的顶部向下加工出上中下三个方形台阶，三个方形台阶分别为方形上台阶、方形中台阶、方形下台阶；
步骤四：将五轴工作台(5)沿着X轴旋转90度，通过刀具(2)的侧刃和底刃分别在五轴工作台(5)沿着Z轴旋转0、90、180、270度时对方形中台阶的4个侧面进行平面加工；
步骤五：五轴工作台(5)沿着Z轴分别旋转0、90、180、270度，五轴工作台(5)每次沿着Z轴旋转后，刀具(2)的侧刃分别对方形下台阶上当前与刀具(2)平行的两个侧面上端加工凹槽；
步骤六：加工后的试验工件为基座(3)，对基座(3)进行测量；测量方形上台阶的长度和宽度是否与五轴CNC上设定的理论值相等；测量方形中台阶的高度是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶的高度之和是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形上台阶和方形中台阶周围四个方向面尺寸是否一致相等；测量方形下台阶上所有凹槽的厚度是否与五轴CNC上设定的理论值相等，测量方形下台阶每个一侧面上的两个凹槽之间的距离是否相等，测量方形下台阶上所有凹槽的高度是否相等；
步骤七：如果步骤六中的某一测量值不符合要求，调整机床相对应的参数，将误差值补偿后，重复步骤一至步骤六，直至步骤六中的测量值均符合要求；五轴CNC的精度调整完毕。
2.如权利要求1所述的一种五轴CNC精度调整方法，其特征在于，所述的五轴工作台(5)的高度大于主轴(6)半径的1.5倍。
3.如权利要求1所述的一种五轴CNC精度调整方法，其特征在于，所述的上中下三个方形台阶的横截面积依次变大。
4.如权利要求1所述的一种五轴CNC精度调整方法，其特征在于，所述的凹槽的高度小于方形下台阶的高度。
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