5轴数控机床检验规格.pdf

5轴数控机床检验规格轴数控机床检验规格轴数控机床检验规格 （ 轴数控机床检验规格 （ISO） ）的最新动向的最新动向的最新动向的最新动向 State of the art ISO standard for testing fiveaxis machine tools 東京農工大学教授 堤 正臣 Tokyo University of Agriculture and Technology Prof. Dr. Masaomi TSUTSUMI 2 5 5 5 5轴数控加工中心的代表形式轴数控加工中心的代表形式轴数控加工中心的代表形式轴数控加工中心的代表形式 主轴头工作台 回转式 主轴头工作台 回转式(混合式混合式) 主轴头回转式主轴头回转式(龙门龙门)工作台回转式工作台回转式 w X b Y Z C B (C) tw C A Y b X Z (C) t w C X b Y Z A (C) t 主轴主轴上有2个回转轴上有2个回转轴 工作台工作台上有2个回转轴上有2个回转轴 主轴主轴，工作台工作台各有 1个回转轴 各有 1个回转轴 主要有三种形式主要有三种形式 3 卧式复合加工机卧式复合加工机 （KDW4200FH） （14轴5轴联动卧式复合加工机）（14轴5轴联动卧式复合加工机） 立式复合加工机立式复合加工机 （KDL1550FH） （11轴5轴联动立式复合加工机）（11轴5轴联动立式复合加工机） w C X b Z Y B (C) t w C b Z X Y B (C) t CZ 具有代表性的复合加工机具有代表性的复合加工机具有代表性的复合加工机具有代表性的复合加工机( ( ( (大连科德数控大连科德数控大连科德数控大连科德数控) ) ) ) 5 5 5 5轴数控加工中心和复合加工机的检验规格轴数控加工中心和复合加工机的检验规格轴数控加工中心和复合加工机的检验规格轴数控加工中心和复合加工机的检验规格 -目前ISO认证中，只有-目前ISO认证中，只有主轴头回转式主轴头回转式的检验规格 -还没有 的检验规格 -还没有工作台回转式工作台回转式，混合式混合式(复合加工机)的检验规格 -为此，在日本有了新的提案 (开发研究主要以东京农工大学 (复合加工机)的检验规格 -为此，在日本有了新的提案 (开发研究主要以东京农工大学为主)为主) Part 1 3几何误差检测几何误差检测 Part 6插补运动检测插补运动检测 Part 7工作精度检测工作精度检测 ISO 10791 ： ：Test conditions for machining centers 审议中审议中审议中审议中 4 ISO 107917 (2)工作精度检测工作精度检测(切削实验切削实验) 圆锥台圆锥台(NAS 979标准标准)(M3) 目的：5轴联动精度目的：5轴联动精度 四角锥台四角锥台(日本提案日本提案)(M4) 目的：圆度，垂直度，平行度的评价目的：圆度，垂直度，平行度的评价 ISO 107916 (1)插补运动检测插补运动检测 3轴联动控制运动：利用轴联动控制运动：利用Ball bar，Rtest检测检测 目的：轴的几何误差工作台回转精度的评价目的：轴的几何误差工作台回转精度的评价 5轴联动控制运动轴联动控制运动(圆锥台的底面圆锥台的底面)：利用：利用Ball bar检测检测 目的：和圆锥台的工作精度比较目的：和圆锥台的工作精度比较 (不用精加工就可以测量精度不用精加工就可以测量精度) 精加工精加工 专用仪器测量专用仪器测量 5 插补运动检测插补运动检测插补运动检测插补运动检测工作精度检测工作精度检测工作精度检测工作精度检测的的的的 主要检测方法主要检测方法主要检测方法主要检测方法 插补运动插补运动插补运动插补运动专用检测仪器专用检测仪器专用检测仪器专用检测仪器 Ball bar 球杆仪球杆仪 英国英国Renishaw公司的公司的 QC20球杆仪球杆仪 RtestNetherland , IBS 公司的公司的 Rtest 仪仪 1维维sensor 3维维sensor 购入后1年当中 2次破损(修理)购入后1年当中 2次破损(修理) 6 感度方向： 伸缩方向 感度方向： 伸缩方向 Ball bar的感度方向的感度方向 Y Z X Ball bar YZ 面 OM 理想圆弧理想圆弧 3 3 3 3轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动 不检测感度方向以外的变化不检测感度方向以外的变化 Spindle side 标准长度标准长度:100mm Ball bar Table side 2球之间球杆的伸缩量2球之间球杆的伸缩量 LVDT（Linear Variable Differential Transformer) Ball bar： 可以测量3维运动： 可以测量3维运动 保持2球之间距离不变的运动保持2球之间距离不变的运动 7 变动:误差变动:误差 利用利用利用利用3 3 3 3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法 X X A A C C Z Y Z Y 对于旋转轴的旋转运动始终保持一定方向对于旋转轴的旋转运动始终保持一定方向球杆仪球杆仪 A A YZYZ 球杆仪球杆仪(ballbar) A A YZYZ 英国英国Renishaw公司 的 公司 的QC20球杆仪球杆仪 A AYZYZ A轴半径方向轴半径方向 A轴轴线方向轴轴线方向 A轴切线方向 工作台回转式5轴加工中心 轴切线方向 工作台回转式5轴加工中心 8 A轴轴线方向A轴切线方向A轴半径线方向A轴轴线方向A轴切线方向A轴半径线方向 C轴轴线方向C轴切线方向C轴半径线方向C轴轴线方向C轴切线方向C轴半径线方向 9利用利用利用利用3 3 3 3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法 0 90 180 270 测量结果例测量结果例 C轴切线方向C轴切线方向 XY C 0 90 180 270 0 90 180 270 C XY C轴半径方向C轴轴线方向C轴半径方向C轴轴线方向 XY 1div.: 1m1div.: 1m 1div.: 5m CCW CW 10利用利用利用利用3 3 3 3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法 C轴切线方向C轴切线方向 0 90 0 90 C轴半径方向C轴半径方向 1div.: 1m C轴轴线方向C轴轴线方向 0 90 1div.: 1m1div.: 5m A A YZYZ A A YZYZA A YZYZ 11利用利用利用利用3 3 3 3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法 测量结果例测量结果例 轴的垂直度轴的垂直度轴的垂直度轴的垂直度 A A A A轴和轴和轴和轴和C C C C轴之间的垂直度轴之间的垂直度轴之间的垂直度轴之间的垂直度等等等等 - - - -可以评价可以评价可以评价可以评价轴机床固有的误差轴机床固有的误差轴机床固有的误差轴机床固有的误差 Rtest 和和 Ball bar 之间的比较之间的比较 Data有互换性有互换性 12利用测量结果利用测量结果利用测量结果利用测量结果 15 10 in 2 1/2 in 2.00.0002 in End mill Workpiece ZW XWYW (b) Cutting method(a) Work piece 直径差 倾斜角 圆度 同轴度 直径差 倾斜角 圆度 同轴度 5轴联动加工5轴联动加工 当适用于工作台回转式5轴加工中心的时候当适用于工作台回转式5轴加工中心的时候 以主轴头回转式5轴加工中心为对象以主轴头回转式5轴加工中心为对象 方位方位 (中心坐标中心坐标) 倾斜角 直径 半顶角倾斜角 直径 半顶角 利用圆锥台模仿5轴联动控制运动 工作精度实验方法: 利用圆锥台模仿5轴联动控制运动 工作精度实验方法:NAS 979(1969NAS 979(1969) Ball bar检测检测 135 5 5 5轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动的检测方法的检测方法的检测方法的检测方法(ISO10791-7)(ISO10791-7) 倾斜回转工作台倾斜回转工作台 =10 =15 Ball bar 主轴 虚拟的圆锥台 主轴 虚拟的圆锥台 中心坐标中心坐标(X,Y,Z) 不需要加工，就可以检测评价精度的方法不需要加工，就可以检测评价精度的方法 圆锥台的精加工切削 （牧野铣床有限公司） 圆锥台的精加工切削 （牧野铣床有限公司） 实际现场的加工实验利用实际现场的加工实验利用 Ball bar 检测检测 (日本提案日本提案) 45 30 14模拟圆锥台的运动模拟圆锥台的运动模拟圆锥台的运动模拟圆锥台的运动(ISO10791-6)(ISO10791-6) 日本提案的测量方法瑞士提案的测量方法日本提案的测量方法瑞士提案的测量方法 (X, Z) (X1, Z1) D=2R 半顶角15度, 倾斜角10度半顶角45度, 倾斜角30度半顶角15度, 倾斜角10度半顶角45度, 倾斜角30度 模拟圆锥台5轴联动控制运动的检测时 球杆仪的设定和运动路径 模拟圆锥台5轴联动控制运动的检测时 球杆仪的设定和运动路径 (X1, Z1) (X, Z) D=2R R=96.5926 R=70.7107 15 ISO 提提提提案案案案的测量方法的测量方法的测量方法的测量方法 半頂角15，傾斜角10半頂角45，傾斜角30 小 ?A轴的运动范围轴的运动范围? 大 小 ?Z轴的运动范围轴的运动范围? 大 大 ?速度变化速度变化? 小 指令值，可以按照尖端的点来控制 但，需要注意这个时候的公差值 指令值，可以按照尖端的点来控制 但，需要注意这个时候的公差值 16模拟圆锥台模拟圆锥台模拟圆锥台模拟圆锥台5 5 5 5轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动轴联动控制运动 圆度圆度 24.8 m圆度圆度 21.3 m 半頂角15度, 倾斜10度半頂角45度, 倾斜30度半頂角15度, 倾斜10度半頂角45度, 倾斜30度 1div.:5.0m 东京农工大学的5轴加工中心东京农工大学的5轴加工中心 R=96.5926 mmR=70.7107 mm 17Ball bar球杆仪球杆仪球杆仪球杆仪的测定结果的测定结果的测定结果的测定结果 Simulation Ball bar measurement Feed speed F1000 mm/minFeed speed F1000 mm/min Simulation: 东京农工大学的技术东京农工大学的技术 R=96.5926 mmR=70.7107 mm 18和和和和Simulation的比较的比较的比较的比较 19 进给速度进给速度 F400 mm/min 工具转速工具转速 1000 min1 20 mm 2刃立铣刀刃立铣刀 （HSS) 在机上可以直接检测 直线度，垂直度，平行度 在机上可以直接检测 直线度，垂直度，平行度 使用使用使用使用5 5 5 5轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行 4 4 4 4角锥台的精加工角锥台的精加工角锥台的精加工角锥台的精加工（ISO 10791-7，M4）（ISO 10791-7，M4） ( ( ( (日本提案日本提案日本提案日本提案) ) ) ) X Y 半顶角半顶角 15 测定长度测定长度 92.49 mm 倾斜角倾斜角 20 Offset位置位置 (0, 0, 150) 90 四角锥台四角锥台 Z P1 P4 P3P2 加工开始点加工开始点 特征：通过5轴联动控制的直线切削 检测： 特征：通过5轴联动控制的直线切削 检测：LVDT（机上测量） 以直尺为基准，考虑到了直线轴的误差 （机上测量） 以直尺为基准，考虑到了直线轴的误差 20 使用使用使用使用5 5 5 5轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行 4 4 4 4角锥台的精加工实验角锥台的精加工实验角锥台的精加工实验角锥台的精加工实验 21 -40 -20 0 20 40 20 100 -10 Position mm Deviation m -40 -20 0 20 40 -30-20-10 0 10 Deviation m Position mm P1 P2 10 0 -10 -40-2002040 Position mm Deviation m P2P3 -10 0 10 -40-2002040 Position mm P1 P4 Deviation m Feed direction X Y Prismoid P1 P4 P3 P2 Start point Work piece： A5052 进给速度进给速度 F400 mm/min 工具转速工具转速 1000 min1 20 mm 2刃立铣刀刃立铣刀 （HSS) 切削后实验片 的轮廓形状 切削后实验片 的轮廓形状 切削 模拟计算 切削 模拟计算 3轴联动控制运动轴联动控制运动 检验评价5轴机床固有的几何误差 回转轴固有的螺距误差，中心轴的倾斜 检验评价5轴机床固有的几何