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2017年5月19日

五軸數控機床的動態特性測定和調整方法： - 加工中心

五軸精工機床的動態特性測定和調整方法：五軸機床對機床裝備制造業意義非凡，RTCP功能是衡量五軸機床性能的重要指標。在執行RTCP過程中，由于旋轉軸的加入，需要對直線軸進行非線性補償，因此旋轉軸和直線軸的伺服動態特性需要進行測定和調整，才能保證加工動態精度。本文對RTCP原理進行了簡單介紹，設計了一種五軸動態精度測定算法，通過該算法對五軸機床的5個伺服軸特性進行了強弱排序，從而對伺服參數進行優化和調整。以五軸葉輪加工為例，將伺服參數調整前后所加工的葉輪的加工質量進行對比，證明該方法取得了較好的效果。關鍵字：RTCP；五軸動態精度；伺服不匹配度 Abstract: Five-axis machine is significant for tool equipment manufacturing industry, and the function of RTCP is a very important reference to evaluate the performance of a five-axis machine tool. During the process with the RTCP function turning on, it needs a nonlinear position compensation for the linear axes because of the rotary axes, so the ability of servo following of the linear axes and rotary axes is required to guarantee the processing dynamic precision. In this paper, the principle of RTCP is introduced and a kind of five-axis dynamic precision measurement algorithm is designed. According to the algorithm ,the five axes are ordered, which helps to optimize and adjust the servo parameters . Taking five axis impeller machining as an example, the machining quality of the impellersis compared before and after the adjustment of the servo parameters, and it shows that the better results are obtained. Keywords: RTCP; five-axis dynamic precision; servo dismatching degree 五軸精工機床比原有的三軸精工機床擁有更多優點，如加工復雜曲面、減少加工工序從而提高加工效率。但是由于旋轉軸的存在，在執行RTCP過程中，旋轉軸和直線軸會進行非線性運動，因此需要對五軸機床的動態特性進行控制，其動態精度成為影響加工精度的主要原因之一。五軸精工機床動態精度主要源于伺服系統加減速響應性能、零件受力變形、刀具振動、主軸轉速、機床進給大小等] 1[。按照常規的伺服匹配測定方法無法準確對直線軸和旋轉軸進匹配，五軸動態精度測定方法以RTCP功能特性為基礎，建立直線軸和旋轉軸聯動模型，通過測定后的結果為依據，來調整五軸精工機床的伺服參數，使伺服系統達到更好的狀態，從而提高五軸聯動精工機床的動態精度，提高機床的加工精度。 1. RTCP原理介紹 RTCP是Rotation Around Tool Center Point的英文縮寫，即圖1中刀具中心點編程。啟用RTCP，控制系統會自動計算并保持刀具中心始終在編程的XYZ位置上，刀具中心始終在編程坐標系中，轉動坐標每個運動都會被編程坐標系XYZ的直線位移所補償] 2[。使用RTCP，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不用考慮五軸機床結構參數，大大簡化了五軸工藝編程和提高了加精度。 2. RTCP動態精度測定原理在三坐標機床中，經常采用圓度測試來檢測任意直線軸間的動態特性是否匹配，但在五坐標機床運動過程中，由于旋轉軸的加入，必須在每個插補點對旋轉軸運動而帶來的直線軸偏差進行非線性補償，因此也必須對旋轉軸和直線軸間的動態特性進行伺服匹配。由于旋轉軸和直線軸的控制單位不一樣，不能像直線軸那樣直接采用圓度測試，采用本方法，可以對五個軸的動態特性進行測試和排序，從而為伺服參數調整提供依據。