五轴联动数控机床rcp精度分析

五轴联动数控机床rcp精度分析

0轴联动机床应具备的要求随着新一代飞机的出现，飞机的设计提出了更高的制造要求。航空零件结构越来越复杂,加工难度大,薄壁多,易变性,表面质量要求高,五轴联动机床在航空制造业中发挥着巨大的作用。随着加工企业规模的快速扩大,引进的五轴联动数控机床越来越多,这就要求五轴联动机床必须速度快、动态响应迅速、精度高。因此RTCP(刀具中心点转动)精度是五轴联动数控机床的重要关键精度,必须彻底掌握五轴联动精度的调整,才能保证五轴联动数控机床加工零件的精度。1rp功能介绍1.1oin的意义RTCP是(RotationToolCenterPoint)的英文缩写。如果没有RTCP功能,一个坐标的转动将导致要被显示的刀具中心受制于一个量,该量正比于转动的角度和刀具中心与该坐标转动中心之间的距离,此位移如图11.2旋转轴的设置五坐标数控机床包含三个线性轴(X、Y、Z)和两个旋转轴(C、A)用来确定刀具的定位角和工作点。旋转轴的轴顺序和刀具的运动方向取决于通过机床数据的机床类型来设置。如表1所示,为旋转坐标的名称及其与XYZ坐标之间的关系:1.3机床运动求解五坐标数控加工需要通过前置处理生成刀位轨迹数据点,其参考坐标系是工件坐标系,而不考虑机床的具体结构。机床运动求解的任务就是根据具体机床结构将刀位文件中的刀位数据转换成为机床各坐标轴的运动数据。一般这一变换过程在后置处理中进行,但对于启用RTCP功能后情况有所不同;当具有RTCP功能时,则是坐标旋转中心的位移,刀具中心始终保持在同一个位置。图2、图3分别为机床没有RTCP和有RTCP时的运动状态:1.4义rtcp与rtcpc根据旋转轴与XYZ的关系,我们可以定义RTCP运动时各轴的名称:RTCPX,RTCPY,RTCPZ,RTCPA,RTCPC各轴之间的关系如图4所示2rp的精度对应用的实际意义2.1影响差的因素RTCP精度是一个综合的空间精度,从RTCP的运行状态,我们可以看到,RTCP精度的好与差要受到多种因素的影响。这些因素包括机床各个坐标轴的定位精度和重复定位精度,机床主轴转心距长度,旋转轴机械偏心的补偿,旋转坐标的绝对零点位置等RTCP转心距长度是指旋转轴A的旋转中心与主轴端面之间的距离(如图5CNC利用这个距离确定总的中心距离值,也就是说主轴头的回转中心与刀具中心点的距离。2.2机床的同轴度问题。主要有由于RTCP运行是绕刀具中心点转动,所以摆动轴的任何机械偏心都会影响RTCP精度。因此在校正RTCP精度的时候,必须补偿机床旋转轴的机械偏心(机床的同轴度)问题。这些偏心主要是(1)根据RTCPX轴、实际刀具轴与RTCPC轴的偏心,这是回转轴C的回转中心与刀具中心的距离(沿X轴);(2)根据RTCPZ轴、实际刀具轴与RTCPA轴的偏心,这是回转轴A的回转中心与刀具中心的距离(沿Y轴);(3)根据RTCPY轴、RTCPA轴与RTCPC轴的偏心、这是RTCPA轴的回转中心与RTCPC轴的回转中心的距离(沿Y轴)。这些偏心的关系如图63rtcp精度的检测RTCP精度是五轴联动数控机床的重要精度指标,它直接影响加工零件的精度,因此在机床使用过程中需要一段时间定检机床的RTCP精度,特别是在使用过程中发生意外情况,比如机床发生碰撞等。检测的方法机床的RTCP精度的检测方法如图7所示。安装好球头芯棒和磁力百分表后,用TRAORI指令将RTCP功能激活,按图中的方式转动回转坐标,观察表的显示值就可以得到机床的RTCP精度值。4轴联动精度校正检测机床的RTCP精度比较简单,但是由于RTCP精度是五轴联动的一个综合空间精度,涉及多方面的因素,校正其精度则相对复杂,需要针对具体情况,分步进行。现以一台基于西门子840D操作系统的五坐标桥式数控机床为例来予以说明。4.1转心距参数n该机床为C,A双轴旋转头,属西门子系统定义五坐标机床的两个旋转轴的三种机械形态中的第一种形态(TYPE1),如图8参数定义MD24500(TRAFO5_PART_OFFSET_1[n]n=0…2)定义:从机床原点到工作台零位的向量。n=0、1、2分别代表该向量的X、Y、Z三个方向。MD24560(TRAFO5_JOINT_OFFSET_1)定义:从第一个旋转轴轴线到第二个旋转轴轴线的向量。MD24550(TRAFO5_BASE_TOOL_1[n]n=0…2)定义:该参数又被称为转心距参数,用于修改机床的转心距。是主轴端面到转动中心的向量。n=0、1、2分别代表该向量的X、Y、Z三个方向。MD24510(TRAFO5_ROT_AX_OFFSET_1[n]n=0…1)定义:旋转轴轴线与平行于它的直线坐标间形成的角度偏差φ。n=0时为第一个旋转轴坐标的角度偏差;n=1时为第二个旋转轴坐标的角度偏差,通过调整该参数以求缩小角度φ。图94.2调整机床旋转思路,确定机床标准(1)首先要校正机床回转轴(A,C)的绝对零点位置。校正A轴的绝对零点位置的方法如图10所示,关闭RTCP功能,将A摆正到0位,用手轮移动Z轴(找到芯棒的最高点),检测A轴的偏差,将检测到的偏差补偿到西门子840D参数A轴34090[0]中,补偿后对A轴重新回原点,重新检测A轴零点偏差直到达到理想精度要求。完成A轴0度的补偿后,将A轴摆到+90度进行对C轴0度位置的检测,找到芯棒的最高点后用手轮移动Y轴,检测C轴的偏差,将偏差值补偿到C轴参数34090[0]中,补偿后对C轴重新回原点,重新检测C轴零点偏差直到达到理想精度要求,方法如图11所示。(2)其次要校正机床回转轴的定位精度,因为如果没有校正好机床回转坐标的定位精度,该精度超过机床的精度标准,则机床在进行RTCP运动时,机床的各个坐标轴将无法精确地进行位移补偿,从而造成刀具中心发生位移,导致RTCP出现误差。将补偿值输入西门子840D系统的定位精度补偿程序中,运行该程序后,补偿生效,使各个回转轴的定位精度在机床的精度标准范围内,并且越小越好。(3)校正机床的转心距。机床转心距为主轴端面到主轴头转动中心的距离。先使机床安装好芯棒和磁力百分表,然后使A轴旋转到90度,用手轮移动Z轴,将百分表压一个定值,读取Z轴的值记为Z1;再将A轴旋转到0度,压百分表(值同上),读Z轴的值记为Z2,转心距的值=(Z1-Z2)-芯棒长+芯棒半径。将算出的值记录在机床西门子840D系统参数24500[2]和24550[2]中。(4)校正机床的同轴度。检测机床的同轴度是为了检测C轴的轴线是否与主轴的轴线重合。将A轴旋转到0度,旋转C轴,看百分表读数的变化,方法如图12所示,通过旋转C轴0度→+90度→180度→-90度,看百分表在四个方向上的变化。分别在参数24500[0],24500[1],24550[0],24550[1]和参数24560中进行补偿。像这样将上述参数设置补偿好以后,把RTCP功能激活,重新检测RTCP的精度,如果仍然达不到要