五軸數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性測(cè)定和調(diào)整方法（下）

導(dǎo)讀

　　 五軸機(jī)床對(duì)機(jī)床裝備制造業(yè)意義非凡，RTCP功能是衡量五軸機(jī)床性能的重要指標(biāo)。在執(zhí)行RTCP過(guò)程中，由于旋轉(zhuǎn)軸的加入，需要對(duì)直線軸進(jìn)行非線性補(bǔ)償，因此旋轉(zhuǎn)軸和直線軸的伺服動(dòng)態(tài)特性需要進(jìn)行測(cè)定和調(diào)整，才能保證加工動(dòng)態(tài)精度。文章對(duì)RTCP原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，設(shè)計(jì)了一種五軸動(dòng)態(tài)精度測(cè)定算法，通過(guò)該算法對(duì)五軸機(jī)床的5個(gè)伺服軸特性進(jìn)行了強(qiáng)弱排序，從而對(duì)伺服參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。以五軸葉輪加工為例，將伺服參數(shù)調(diào)整前后所加工的葉輪的加工質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，證明該方法取得了較好的效果。

3  功能測(cè)定及結(jié)果分析

為了測(cè)試算法的可行性，對(duì)葉輪加工做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果如下：

 

3.1  實(shí)驗(yàn)裝置

(1)嘉泰AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床(圖5);



(2)華中8型數(shù)控系統(tǒng);


(3)SSTT采樣軟件。


這里簡(jiǎn)單介紹一下SSTT采樣軟件。SSTT是伺服調(diào)整工具(servo self test tools)的簡(jiǎn)稱，主要用于配置華中8型數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床在線調(diào)試、診斷過(guò)程，也可以作為一種離線數(shù)據(jù)分析工具。本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)SSTT工具采集各軸運(yùn)動(dòng)機(jī)床實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)，應(yīng)用本文提出五軸動(dòng)態(tài)精度測(cè)定方法來(lái)進(jìn)行伺服參數(shù)調(diào)整，從而提高五軸RTCP動(dòng)態(tài)特性。

 

3.2  實(shí)驗(yàn)方案

步，按照機(jī)床原定的伺服參數(shù)，加工葉輪的流道、大葉片及小葉片。


第二步，采用RTCP動(dòng)態(tài)精度測(cè)試方法，計(jì)算直線軸與直線軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸之間的不匹配度情況：


(1)以A軸測(cè)試為例，在SSTT采樣軟件上設(shè)置好測(cè)試程序的相關(guān)參數(shù)，生成采樣程序并發(fā)送到下位機(jī)。測(cè)試程序如下：


%12345; A軸行程-90°到0°，開啟RTCP功能，實(shí)現(xiàn)A、Y、Z軸聯(lián)動(dòng);
G54 X-10 Y-20 Z-30 F2000
G01 A0
G43.4 H1
M00
G01 A-90
M00
G01 A0
M30


機(jī)床運(yùn)行該程序，由SSTT采集各軸的機(jī)床實(shí)際位置。當(dāng)程序運(yùn)行到G43.4 H1時(shí)，RTCP功能開啟，運(yùn)行到個(gè)M00時(shí)，SSTT采樣開始，運(yùn)行到第二個(gè)M00時(shí)，SSTT采樣結(jié)束。采樣過(guò)程中，以時(shí)域圖和圓軌跡圖顯示采樣情況，如圖6和圖7。






(2)由采集的各軸的機(jī)床實(shí)際位置，用本文上述的RTCP動(dòng)態(tài)精度測(cè)試方法，計(jì)算直線軸與直線軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸之間的不匹配度。


第三步，通過(guò)計(jì)算結(jié)果來(lái)指導(dǎo)機(jī)床伺服參數(shù)(主要是軸的位置比例增益)調(diào)整，使其達(dá)到更佳的匹配狀態(tài)。如圖1所示，五軸RTCP功能最基本的原理是保證旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)刀具中心點(diǎn)保持不變，機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使控制點(diǎn)繞著刀具中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其刀具中心點(diǎn)到控制點(diǎn)的距離稱為轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。由于雙轉(zhuǎn)臺(tái)類型結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床，在實(shí)際加工中，刀位點(diǎn)是連續(xù)變化的，因此轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也是變化的，在動(dòng)態(tài)精度測(cè)定前需要確定一個(gè)參考的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑作為測(cè)試樣本用例。在本次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)葉輪的加工區(qū)域選擇的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑作為測(cè)試用例，測(cè)定速度2000 mm/min為實(shí)際葉輪加工的切削速度。測(cè)試中具體各軸調(diào)整情況如下：


(1)A軸


Y、Z、A軸伺服匹配見表1。





同理計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸和直線軸之間的不匹配度為-0.947 μm。


按照以上步驟計(jì)算A軸和C軸的各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。


A軸測(cè)定條件下，匹配情況時(shí)，A軸、Y軸和Z軸的位置比例增益分別為：A1300，Z1283，Y1280。


(2)C軸


X、Y、C軸的伺服匹配見表2。







C軸測(cè)定條件下，匹配情況時(shí)，C軸、X軸和Y軸的位置比例增益分別為：C1280，X1280，Y1280。


第四步，調(diào)整參數(shù)后再次加工葉輪。


第五步，對(duì)比分析兩次加工的葉輪的質(zhì)量狀況，從而分析算法的可靠性和可行性。

 

3.3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)調(diào)整前流道靠近小葉片頂端區(qū)域有明顯的過(guò)切痕跡，調(diào)整后過(guò)切痕跡消失，表面光滑， 見圖8。






(2)調(diào)整前大葉片背面底部有明顯的過(guò)切痕跡，調(diào)整后過(guò)切痕跡消失，表面光滑，見圖9。


從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)五軸動(dòng)態(tài)精度測(cè)定調(diào)整伺服參數(shù)后，葉輪中流道部分和葉片部分過(guò)切痕跡消失，加工表面質(zhì)量有明顯改善，取得非常好的效果，說(shuō)明該五軸動(dòng)態(tài)精度測(cè)定方法有效，具有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用調(diào)試能力。

4  結(jié)語(yǔ)

本文提出的五軸動(dòng)態(tài)精度測(cè)定方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用調(diào)試，葉輪加工實(shí)驗(yàn)對(duì)比，以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該方法確實(shí)能反映機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度，能夠指導(dǎo)提升機(jī)床的加工精度和表面光潔度。