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五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心憑借其加工復(fù)雜空間曲面的優(yōu) 良性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、精密機(jī)械及高精醫(yī)療

設(shè)備等行業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控加工中心的加工精度將直接影響加工產(chǎn)品的質(zhì)量，由于加工中心精度不足而導(dǎo)致加工精度下降的問(wèn)題日益凸顯。所以如何快速高效地識(shí)別數(shù)控加工中心誤差并改善精度已經(jīng)成為一項(xiàng)非常重要且有意義的研究?jī)?nèi)容。

常用的加工中心誤差測(cè)量方法有標(biāo)準(zhǔn)試件切削和儀器檢測(cè)^M。標(biāo)準(zhǔn)試件切削方法是切削標(biāo)準(zhǔn)試件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的加工精度來(lái)表征加工中心的工作精度，常用的標(biāo)準(zhǔn)試件有：美國(guó)航天局的NAS979試件^s、日本的四角錐臺(tái)試件^S和中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司提出的S形檢驗(yàn)試件^s。采用試件切削的方法，能夠?qū)⒓庸ぶ行谋旧淼募庸ぁ惭b過(guò)程中的缺陷等信息都體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)試件上，通過(guò)對(duì)所加工的試件進(jìn)行分析，就能對(duì)數(shù)控加工中心的整體性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是，試件切削的方法需要耗費(fèi)大量的材料與時(shí)間，而且由于多種影響因素之間的耦合作用，導(dǎo)致該檢測(cè)方法不便于誤差溯源，進(jìn)而難以為提高加工中心的工作精度提供幫助。

常用的檢測(cè)儀器有激光干涉儀^[5]、球桿儀⁰、R-test測(cè)試儀等。激光干涉儀主要用于平動(dòng)軸的幾何誤差檢測(cè)，球桿儀則是廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差檢測(cè)以及兩個(gè)平動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)時(shí)的聯(lián)動(dòng)精度。這兩種儀器均不能完備地檢測(cè)五軸加工中心的五軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)態(tài)精度。使用R-Test測(cè)量時(shí)，將精度球安裝在刀軸上，測(cè)量裝置安裝在測(cè)量點(diǎn)處，通過(guò)測(cè)量精度球的實(shí)際位置與測(cè)量點(diǎn)在3個(gè)正交的方向上的偏差來(lái)表征加工中心在各位置點(diǎn)的誤差。

Masaomi Tsutsumi 和 Akinori Saito 將球桿儀用于測(cè)量雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心在做四軸聯(lián)動(dòng)時(shí)主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)之間的相對(duì)位移，并建立了軌跡上各點(diǎn)位置誤差與相對(duì)位移之間的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，通過(guò)兩次測(cè)量求解出了數(shù)控加工中心的8個(gè)位置誤差E⁷-⁹¹。S. Weik-ert利用新型誤差測(cè)量工具R - Test測(cè)得了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心刀具和工件沿既定軌跡連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)；T、F和Z三個(gè)方向上的相對(duì)誤差，通過(guò)反解得出數(shù)控加工中心在各個(gè)軸上的位置誤差及其不確定性^[1°^]。Bring mann和W. Knapp ^[11_^12]將R - test測(cè)試儀應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)軸位置誤差的確定，提出并實(shí)現(xiàn)了 3軸聯(lián)動(dòng)圓軌跡的檢測(cè)方案。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心是在三軸加工中心的基礎(chǔ)上添加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸構(gòu)成的。隨著加工中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸的增加，加工中心誤差也增加了由轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的非線性誤差。RTCP功能是目前高檔五軸數(shù)控加工中心普遍提供的功能，它可以有效地減小由轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的非線性誤差，顯
著提高了加工工件的質(zhì)量。基于球桿儀和R - test的數(shù)控加工中心精度測(cè)量方法都是基于加工中心RTCP功能，目前這兩種測(cè)試方法都已經(jīng)被收錄在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO10791 -6的修訂版中^&3]。

但是ISO標(biāo)準(zhǔn)以及前述的研究中只能部分反映加工中心動(dòng)態(tài)精度，無(wú)法完備地反映加工中心動(dòng)態(tài)精度，且ISO檢驗(yàn)合格的加工中心，在加工復(fù)雜工件時(shí)依然存在明顯問(wèn)題。因此,本文提出了一種基于RTCP及S形試件的精度檢測(cè)的數(shù)控加工中心聯(lián)動(dòng)精度檢測(cè)及優(yōu)化方法。通過(guò)對(duì)具有形狀復(fù)雜、開(kāi)閉角轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)S形試件試切，完成對(duì)加工中心加工精度的評(píng)價(jià)。通過(guò)加工中心運(yùn)動(dòng)制定RTCP檢測(cè)軌跡檢測(cè)加工中心精度，分析并搜索存在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)軸，指導(dǎo)伺服系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化與調(diào)整。最后通過(guò)對(duì)比加工中心調(diào)整前后五軸加工中心切削質(zhì)量，驗(yàn)證了上述方法的有效性和工程實(shí)用性。

1五軸加工中心RTCP檢測(cè)

1.1 RTCP功能簡(jiǎn)介

RTCP功能是高檔五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心基本功能之一，它使數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，工件安裝位置改變或刀具長(zhǎng)度更改時(shí)無(wú)需重新編程，只需要將編程坐標(biāo)與名義坐標(biāo)原點(diǎn)的偏置值（雙轉(zhuǎn)臺(tái)型）或刀具旋擺中心與刀尖點(diǎn)距離（雙擺頭型）輸入到數(shù)控系統(tǒng)，就能確保刀具中心點(diǎn)始終位于編程軌跡上。其實(shí)現(xiàn)的核心思想為把數(shù)控程序中解析得到的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的控制指令作為刀位描述信息，而非運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)信息。然后進(jìn)行坐標(biāo)變化，變化后的結(jié)果作為各軸的運(yùn)動(dòng)軸的控制指令。

由圖1可知，當(dāng)RTCP功能開(kāi)啟時(shí)，理想情況下,通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)配合使得刀尖點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡即為數(shù)控指令編程軌跡。而未開(kāi)啟時(shí),編程軌跡為刀軸軌跡，這使得刀具中心的平移，產(chǎn)生了非線性運(yùn)動(dòng)誤差,從而造成數(shù)控加工中心加工精度的降低。RTCP功能可以有效地保證運(yùn)動(dòng)軌跡為編程軌跡。

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結(jié)束語(yǔ)：

針對(duì)五軸數(shù)控加工中心聯(lián)動(dòng)精度，本文提出了一種快速檢測(cè)及優(yōu)化方法。利用五軸加工中心RTCP功能，在一條優(yōu)于ISO標(biāo)準(zhǔn)軌跡的8字形軌跡下檢測(cè)五軸加工中心聯(lián)動(dòng)精度。然后依據(jù)刀具刀尖點(diǎn)誤差軌跡的表現(xiàn)規(guī)律提出了基于軌跡相似性的加工中心動(dòng)態(tài)誤差溯源方法。定位到與其他驅(qū)動(dòng)軸不匹配的驅(qū)動(dòng)軸，從而進(jìn)行快速準(zhǔn)確地優(yōu)化加工中心參數(shù)以提升五軸加工中心動(dòng)態(tài)性能。最后，利用具備加工中心性能綜合檢驗(yàn)?zāi)芰Φ腟形試件驗(yàn)證檢測(cè)及溯源優(yōu)化方案的有效性。

利用本文提出的五軸數(shù)控加工中心聯(lián)動(dòng)精度檢測(cè)及優(yōu)化方法，工作人員可在加工中心維護(hù)和維修過(guò)程中，快速、全面判斷加工中心聯(lián)動(dòng)性能是否合格。若不合格，則可以利用溯源方法快速、準(zhǔn)確地定位數(shù)控加工中心的誤差軸，以便于開(kāi)展有針對(duì)性的加工中心參數(shù)調(diào)整。此外，檢測(cè)人員可以針對(duì)加工中心結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn),選取特定的檢測(cè)軌跡(不止是8字形軌跡）檢測(cè)五軸加工中心聯(lián)動(dòng)性能，達(dá)到更有針對(duì)性的加工中心聯(lián)動(dòng)精度檢測(cè)。

五軸聯(lián)動(dòng)加工中心聯(lián)動(dòng)精度檢測(cè)及優(yōu)化方法

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