搖籃式五軸立式加工中心五軸RTCP精度手動調試方法

薛佟, 劉志坤

（1.沈陽優尼斯智能裝備有限公司，沈陽110142；2.沈陽機床股份有限公司，沈陽 110142）

0 引言

數控機床的幾何精度是加工精度的基礎和保證，尤其對于一些復雜零件而言，加工時間較長，且零部件原材料費用較高，更要求機床具備很高的運行精度和重復定位精度。在實際加工中，由于受到各種內外因素的影響，比如加工振動、溫度變化、誤操作撞刀等的影響，造成機床精度發生變化，尤其是空間精度發生變化，對五軸機床來說，五軸空間精度發生變化，導致聯動精度降低，從而影響加工精度。這就要求我們在使用五軸機床進行精加工操作之前，必須對機床進行五軸精度的校準，以保證機床精度，這樣加工精度才有可能得到保證。五軸RTCP精度誤差的大小直接影響著五軸機床的零件加工尺寸。

1 各國五軸精度調整功能對比

機床制造廠商在五軸機床出廠前通常采用雷尼紹無線測頭與數控系統功能相結合的方法進行測量，例如西門子840D數控系統，就配備了CYCLE996運動測量循環功能，這一功能可對擁有多個旋轉軸的機床的軸運動進行測量。但是對于用戶而言，該測量方法卻不一定實用，一是配備雷尼紹測頭成本較高；二是使用該自動補償對專業性要求較高，普通用戶操作起來有難度。下面介紹一種在用戶處，沒有五軸自動校準裝置的情況下，利用球頭檢棒與百分表即可完成五軸精度校準的簡易方法，使用本方法，可有效地解決和調整機床的五軸RTCP精度誤差。

2 五軸精度調整操作

在五軸機床數控系統中，對五軸精度的補償是通過2組參數來完成，分別為RTCP_OFFSET1、RTCP_OFFSET2。其中RTCP_OFFSET1為第一旋轉中心坐標，RTCP_OFFSET2為第二旋轉中心坐標。第一旋轉中心位于第一旋轉軸上，第二旋轉中心位于第二旋轉軸上。第一旋轉軸為主旋轉軸，第二旋轉軸的方向依賴于第一旋轉軸，其方向跟隨第一旋轉軸運動而變化。以AC雙轉臺型五軸機床為例，A軸為第一旋轉軸，C軸為第二旋轉軸，如圖1所示。

圖1 AC雙轉臺旋轉軸示意

通常情況下，機床零點位于主軸端面中心，第一旋轉中心和第二旋轉中心則分別為第一旋轉軸和第二旋轉軸在空間上的2個垂足，如圖2所示。

下面以A/C軸結構的兩軸轉臺五軸立式加工中心為例，詳述在手動對五軸RTCP精度的調整。首先進行C軸在XY平面內回轉中心的XY坐標確定，將AC軸回零，主軸孔安裝上檢棒，一般長度為300 mm，球頭檢棒移動至工作臺中心，盡量貼近工作臺面，如圖3所示，把磁力表座吸附在C軸工作臺上，開啟五軸聯動功能，旋轉C軸，以C0°時的千分表數為基準，順時針變化為正，逆時針變化為負，分別記錄C90°、C180°和C270°時的誤差，記為Δ90、Δ180和Δ270。

C軸誤差計算如下：

將上述誤差疊加數RTCP_OFFSET1X和RTCP_OFFSET2 Y中。復位生效后可按下列步驟檢驗，把主軸中心移動至C軸工作臺邊緣，把千分表表針壓到如圖3所示檢棒球頭位置。開啟系統中的五軸聯動功能選項，手動旋轉C軸，這時由于五軸聯動功能的開啟，X、Y軸也將同時跟隨C軸進行聯動，觀察千分表表針有無變化，若無變化，則證明C軸回轉中心在XY平面內坐標設置正確。若有變化，則需要重做上述步驟調整RTCP_OFFSET1 X和RTCP_OFFSET2 Y。具體如圖4所示。

圖2 旋轉中心示意圖

圖3 C軸回轉中心誤差檢測示意圖

其次進行A軸回轉軸心在YZ平面內的坐標確定，并找出AC軸回轉軸心在Y方向上的差值。將A、C軸回零，球頭檢棒移動至工作臺中心，和工作臺面之間預留一定高度，以方便在工作臺中心位置安裝千分表。將千分表指針沿Z軸正方向對準球頭底部，如圖4所示。先激活刀具長度補償，刀長應設定為主軸端面到球頭中心的長度，再開啟系統五軸聯動功能，手搖輪轉動A軸，以A0°時的千分表數為基準，順時針變化為正，逆時針變化為負，分別記錄A90°和A-90°時的誤差，記為Δ90、Δ-90。

A軸誤差計算如下：

將上述誤差疊加到CNC參數RTCP_OFFSET1 Y和RTCP_OFFSET1Z中。

圖4 RTCP調試系統操作

將RTCP_OFFSET2 Y修正為：RTCP_OFFSET2 YΔAy。此時RTCP_OFFSET2 Y的數值即是A軸軸心與C軸軸心在Y方向上的差值，在兩軸轉臺中，A/C軸軸心線在理論上應該相交且垂直，但實際制造過程中由于加工、裝配精度的影響，無法做到相交且垂直，所以該參數即是為了補償A/C軸軸心線的誤差數值。復位生效后可重復上述步驟檢驗，觀察千分表表針有無變化，若無變化，則證明A軸回轉中心在XY平面內坐標設置正確。至此對五軸精度的檢查及調整結束。

圖5 A軸回轉中心誤差檢測示意圖

3 結語

通過本文所述方法，可以快速簡單地對五軸機床的五軸精度進行校正，雖然其缺乏一定的回轉軸軸線角度偏差的補償，但是對于不具備自動校正功能的用戶，該方法簡便易學，具有很高的可操作性。

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