五軸龍門機床轉動軸的誤差檢測方法探究

龐增濤 張強

摘 要：五軸龍門機床轉動軸誤差檢測是非常重要的一個環節，做好此環節的工作，能夠使五軸龍門機床處于正常、安全工作狀態。本文在分析五軸龍門機床誤差的基礎上，進一步針對其轉動軸誤差檢測方法進行探究，以期為掌握五軸龍門機床轉動軸誤差檢測方法提供一些具有價值的參考建議。

關鍵詞：五軸龍門；機床轉動軸；誤差；檢測方

進入21世紀以來，在社會經濟穩健發展的背景下，我國裝備制造業呈現了較為快速的發展。對于五軸龍門機床，屬于裝備制造業中非常重要的一類加工設備，在各類復雜曲面加工作業中具備非常重要的應用價值，主要應用的領域包括：航空、航天、汽車模具、醫療器械等[ 1 ]。從現狀來看，有關五軸龍門機床線性軸的檢測方法已經較為成熟，但對于其轉動軸的誤差檢測尚且有待完善。因此，本次對“五軸龍門機床轉動軸的誤差檢測方法”進行探究價值作用顯著。

1 五軸龍門機床誤差分析

1.1 五軸龍門機床誤差定義

五軸龍門機床主要的構件包括：床身、立柱、主軸、直線導軌以及轉動軸等，從實際工作經驗分析，每一成分均可能形成誤差。大概機床根據某一種操作流程指令形成的實際影響和其操作流程預期形成的影響存在差異時，便稱之為機床誤差。從機床工作角度，可理解為：機床工作臺與道具基于運動期間，理想位置與實際位置存在差異，便稱之為機床誤差。

1.2 五軸龍門機床誤差來源

對于五軸龍門機床，其零部件以及結構在制造、轉配過程中形成的幾何誤差，涵蓋了零件尺寸誤差以及裝配誤差兩類。與此同時，還包括機床內部熱源產生的熱變形誤差、機床外部熱源產生的熱變形誤差以及機床自動自重產生的振動誤差等。此外，機床軸系伺服系統也容易產生伺服跟隨誤差。總之，從目前來看，五軸龍門機床誤差不可忽視。值得注意的是，由于受到轉動軸檢測方法不夠規范成熟的影響，使得五軸空門機床轉動軸誤差較為突出。

2 五軸龍門機床轉動軸的誤差檢測方法分析

在上述分析中，認識到五軸龍門機床誤差不可忽視，尤其是其中的機床轉動軸誤差，更應該引起重視。下面針對其誤差檢測方法進行分析：

2.1 有關A軸向跳動誤差的檢測

要想明確五軸龍門機床轉動軸的誤差，首先需了解其回轉軸的幾個自由度，根據其自由度可分為跳動誤差、回轉誤差等。針對不同的誤差，便需進一步采取不同的誤差分析方法。如下圖1所示，A軸誤差檢測主要涉及的內容包括：①A軸回轉誤差RAX；②A軸向定位誤差TAX，③沿Y軸、Z軸的位移誤差TAY、TAZ；④繞Y軸、Z軸的顛轉誤差RAY；⑤偏轉誤差RAZ。

針對上述誤差，經分析存在兩種情況：（1）如果回轉軸繞X軸進行轉動，則沿著X方向的軸向跳動誤差通常和X軸定位誤差TAX、X軸偏擺誤差RAY以及X軸顛擺誤差RAZ存在關聯系[ 2 ]。（2）倘若測量回轉軸中心位置存在軸向跳動誤差，那么X軸定位誤差TAX與軸向跳動誤差相等。所以，對于X軸定位誤差TAX，可通過對回轉軸中心位置的軸向跳動誤差的測量直接獲取[ 2 ]。

2.2 有關A軸回轉誤差的檢測

針對A軸回轉誤差，不妨使用機床轉動軸工裝夾具（如下圖2所示），對此夾具加以應用，能夠對轉動軸X的定位精度進行檢測，進一步通過分析以及計算，得出A軸回轉誤差。通常情況下，會以精度要求的差異為依據，進一步根據不同情況進行分析：

（1）如果精度要求偏低，可使用激光跟蹤儀進行相應的檢測。把靶座在工裝夾具上加以固定，為方便補充，需360度對X軸進行旋轉，每間隔5°，采集獲取各位置的坐標值。然后分析各坐標值，進一步獲取轉動的滾動誤差。通常，為了使誤差最大限度縮小，會進行重復檢測，一般重復進行5次。

（2）如果精度要求偏高，可以使用精密分度臺測量回轉誤差。在測量過程中，需固定分度臺，轉臺需相對分度臺進行轉動。對于實際轉動角和指令轉動角之間的差異，則定義為回轉誤差。此類誤差檢測方法為：對工作臺進行順時針轉動5°，工作臺暫停后進行采樣。然后，對工作臺進行逆時針精密轉臺5°，把反射鏡撥回測量原點，暫停后軟件對此測量原點進行采樣。反復進行上述操作，直至360°測量完成之后，獲得轉角誤差。通產，為了使誤差最大限度縮小，會反復進行5次檢測。

3 結語

五軸空門機床轉動軸誤差的出現，會對五軸龍門機床的精密性及穩定性造成影響。因此，有必要針對其轉動軸誤差采取有效的檢測方法。在選擇轉動軸誤差檢測方法過程中，需根據轉動軸的自動度，對跳轉誤差、回轉誤差選取不同的檢測方法，進一步使誤差檢測效果得到有效提高。相信在充分掌握五軸龍門機床轉動軸誤差檢測方法的基礎上，能夠使五軸龍門機床的加工作業效率及質量得到有效提升，進一步為裝備制造業的發展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 黃克，關立文，楊亮亮，王耀輝.基于“S”形試件的五軸機床幾何誤差建模研究[J].機械設計與制造，2015，02：189-193.

[2] 宋智勇，霍彥波，杜麗，王偉，丁杰雄.五軸龍門數控銑床轉動軸聯動中的動態軌跡誤差仿真分析[J].機械設計與制造，2012，04：47-49.