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应用于数控车床车铣复合机同动精度检验技术

时间:2021-03-19     作者:山东万汇数控机床有限公司【原创】

1797年英国人亨利.莫兹利发明了车床,车床(Lathe)又称旋床,系将工件固定于旋转主轴上进行加工的工具机,通常用在圆柱工件加工。车床可装配各种专用刀具,完成内外圆加工、钻孔、车螺纹、切断车槽、端面加工、车外圆、钻中心孔、车孔,铰孔、车圆锥、车成形面、滚花、盘绕弹簧等加工程序。

由于工业的发达使得产品工件加工需求日趋增进,为适应各种加工产品精度及近代多轴化、自动化、智慧化加工潮流趋势,陆续地发展出多种不同功能与特性之车床种类,如表1所示。

因应汽车、航太、国防及医疗等工业产品加工曲面复杂化之需求,车床产业均朝向多轴化、多工化发展,故应相对地投入多轴同动精度与机台空间精度提升之研究,但目前产业试验技术普遍地停留在针对单一自由度或二个自由度之量测,例如量规与试棒试验几何精度、雷射干涉仪试验线性轴定位精度、角度分割仪试验旋转轴定位精度、接触式双球杆循圆量测仪(Double Ball Bar,以下称DBB)试验二轴同动之真圆度及伺服匹配误差,在车铣复合机的同动精度试验经验较为不足。目前ISO 13041-5:2006国际标准已有规范车铣复合机三轴同动精度之试验方式,可用精密圆球搭配位移感测器或DBB进行试验。本篇先从ISO 13041-5国际标准试验项目逐一说明,接续介绍同动精度试验、试验路径编写方式、同动精度量测仪器与量测软体。

ISO 13041-5国际标准规范介绍
ISO 13041-5(2006) Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres
— Part 5: Accuracy of speeds and interpolations (数控车床和车削中心的试验条件-第5部:速率与插值之精度),标准适用范围为数值控制车床及车削中心机,试验项目包含K1主轴速度、K2进给速率、K3线性插值运动、K4圆弧偏差运动、K5径向偏差运动及K6三轴同动圆弧插值运动。以下分别介绍各项标准规范之试验方式、试验仪器及允收公差。

(1) K1
主轴速度试验:用以检查控制系统内所有电机、电子与运动链等,导致控制器指令值与机械组件实际移动值,两者间之整体精度。可用转速计进行试验,试验时正转与逆转皆需试验,允收公差为±5%。

(2) K2
进给速率试验:用以检查控制系统内所有电机、电子与运动链等,导致控制器指令值与机械组件实际移动值,两者间之整体精度。可用雷射干涉仪进行试验,试验时去程与回程皆需试验,允收公差为±5%。
                                             
(3) K3
线性插值运动试验:用以检查两线性轴以相同进给率(45°)移动时之互动行为,并查验任一轴在非常低进给率下(小角度),可能出现黏滑(stick-slip)运动时各轴之行为,试验进给率以250 mm/min进行。可用量治具进行试验,允收公差为任意100 mm长0.02 mm。

(4) K4
圆弧插值运动试验:用以检查在进给率变化下,两线性轴(一般为X与Z轴)之互动行为,包含某一轴之进给率降低至零,且移动方向开始反向之点。可用循圆量测仪进行试验,量测圆弧需超过360度,且以两种移动速度试验,在XZ平面上进行试验,允收公差为低速G(CW)=0.03 mm、G(CCW) =0.03 mm;高速G(CW)=0.05 mm、G(CCW)=0.05 mm。

(5) K5
径向偏差运动试验:此项试验为K4的替代方案,当试验的机台无法进行360°全圆量测,用以检查两线性轴(通常为X与Z轴)在变化进给速率下的互动行为,包含其中一轴的进给降低至零,及移动方向开始反向之点。可用循圆量测仪进行试验,量测圆弧需为100度,且以两种移动速度试验,在XZ平面上进行试验,允收公差为低速F(CCW)max/min=±0.15 mm、 F(CW)max/min=±0.15 mm;高速F(CCW) max/min=±0.25 mm、F(CW)max/min=±0.25mm。(备注:若要获得径性偏差值F,需将DBB放置于校正块上取得绝对长度。)

(6) K6
三轴同动圆弧插值运动试验:用以检查车铣复合机在顺时针及逆时针的轮廓运动时,X、Y及C轴之间的插值量。可用循圆量测仪进行试验,在XY平面上,以X轴行程的2/3作为直径,量测圆弧需为180度或360度,且以500 mm/min进给率试验,允收公差为G(b)=0.08 mm。

 文章作者:山东万汇数控机床有限公司  www.sdwhjc.com

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