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数控机床五轴精度快速校准方法

2013-05-05 22:17:22.0 来源：作者：

现在机械加工精度要求越来越高，尤其是在五轴加工领域。一些复杂零件要求机床在较长的加工过程中保持较高的精度及重复定位精度。对于五轴机床加工来说，由于受到外界环境温度变化以及机床本身精度变化（如碰撞、更换主要运动部件等）的影响，造成数控系统中保存的运动特性模型与机床实际运动特性不同（见图1），在定位旋转轴时，这些差异就会造成工件加工精度不高。因此在实际加工中，尤其是在做精加工时，必须对五轴精度进行校准，提高机床的加工精度。

图1 数控系统中保存的运动特性模型

　　1. 传统五轴精度校准方法

　　传统五轴头校准方法需要专门的技术人员，使用专用的测量工具，如标准检验心棒、千分表、测量探头等等，通过特定的方法，测量出旋转轴的机械偏心值。以叉式旋转头（C、A轴）为例，需要校正主轴旋转中心与A轴旋转中心在Y方向的偏心值、A轴旋转中心到主轴鼻端的距离、C轴旋转中心与主轴旋转中心在X、Y方向的偏心值等等。以下以校正主轴旋转中心与A轴旋转中心在Y方向偏心值为例简单说明一下手动校准方法。

　　首先在主轴上装一标准检验心棒，将测量表置于Z方向，定位A轴在－90°位置，同时将测量表上的刻度调至0（见图2），后将A旋转至+90°，读取测量表上值（见图3），将该值除以2得出的补偿值，输入到系统参数MP7530.1中。重新检测校准，直到达到精度要求为止。

图2 机床实际运动特性图3 工件旋转定位偏差

　　因此，如果使用传统的检测方法，不但对技术人员要求较高，而且方法比较复杂，测试项目较多，花费时间较长，测量精度不易保证，影响机床的加工效率与精度。

2. 五轴精度自动校准方法

　　现在很多高端数控系统都提供了五轴精度自动校准功能，如SIEMENS 840DSL的CYCLE996功能，FIDIA C20的HMS功能以及HEIDENHAINiTNC530的KinematicsOpt功能。如果机床配置这些功能，操作人员只需要做一些简单的编程参数设置，就能够自动快速校准五轴头精度。以下以HEIDENHAIN iTNC530系统的KinematicsOpt功能为例简要说明。

　　iTNC530控制系统的KinematicsOpt功能主要包括三个测量循环：Cycle450、Cycle451、Cycle452。这三个测量循环都可以用作五轴精度校准，只是功能上有细微差别。以Cycle451为例简单介绍一下用法。

　　机床只需要配置一个接触式探头和一个安装在机床工作台上的校准球，就可以使用Cycle451检查和优化数控机床的五轴精度（见图4）。操作人员只需要根据机床五轴头结构和一些技术参数，对Cycle451中的Q参数做一些简单的设置。以下为一机床叉式五轴头校准程序设置实例：