5轴数控机床检验规格.docx

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5轴数控机床检验规格

5

轴数控机床检验规格

（ISO）

的最新动向

StateoftheartISOstandardfor

testingfive‐axismachinetools

東京農工大学教授

堤正臣

TokyoUniversityofAgricultureandTechnology

Prof.Dr.MasaomiTSUTSUMI

2

5轴数控加工中心的代表形式

主要有三种形式

工作台回转式

主轴头回转式（龙门）

主轴头·工作台

回转式（混合式）

wCAYbXZ（C）twXbYZCB（C）twCXbYZA（C）t

工作台上有2个回转轴主轴上有2个回转轴主轴，工作台各有

1个回转轴

具有代表性的复合加工机（大连科德数控）

3

卧式复合加工机

（KDW‐4200FH）

立式复合加工机

（KDL‐1550FH）

（14轴5轴联动卧式复合加工机）

（11轴5轴联动立式复合加工机）

wCbZXYB（C）t

C’Z’

wCXbZYB（C）t

4

5轴数控加工中心和复合加工机的检验规格

-目前ISO认证中，只有主轴头回转式的检验规格

-还没有工作台回转式，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为主）

ISO10791：

Testconditionsfor

machiningcenters

审议中

Part1～3几何误差检测

Part6插补运动检测

Part7工作精度检测

插补运动检测·工作精度检测的

主要检测方法

5

ISO10791‐6

（1）插补运动检测

专用仪器测量

①3轴联动控制运动：

利用Ballbar，R‐test检测

目的：

轴的几何误差・工作台回转精度的评价

②5轴联动控制运动（圆锥台的底面）：

利用Ballbar检测

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）

ISO10791‐7

（2）工作精度检测（切削实验）

精加工

①圆锥台（NAS979标准）（M3）

目的：

5轴联动精度②四角锥台（日本提案）（M4）

目的：

圆度，垂直度，平行度的评价

6

插补运动专用检测仪器

Ballbar

球杆仪

1维sensor

英国Renishaw公司的

QC20球杆仪

R‐testNetherland,IBS公司的

R‐test仪

3维sensor

购入后1年当中2次破损（修理）

3轴联动控制运动

7

Ballbar的感度方向

Spindleside

Ballbar

Ballbar

Tableside

Y

Z

OM

X

φ

理想圆弧

2球之间球杆的伸缩量

LVDT（LinearVariableDifferentialTransformer）

感度方向：

伸缩方向

保持2球之间距离不变的运动变动:

误差

不检测感度方向以外的变化

Ballbar：

可以测量3维运动

利用3轴联动的性能评价方法

8

球杆仪

对于旋转轴的旋转运动始终保持一定方向

球杆仪（ball‐bar）

X

Z

YZ

英国Renishaw公司

的QC20球杆仪

A

A轴轴线方向C

A

YZ

Y

AYZ

A

A轴半径方向A轴切线方向工作台回转式5轴加工中心

利用3轴联动的性能评价方法

9

C轴轴线方向C轴半径线方向C轴切线方向

A轴轴线方向A轴半径线方向A轴切线方向

利用3轴联动的性能评价方法

10

测量结果例

XY

XY

XY

C

C

C轴轴线方向C轴半径方向C轴切线方向

90°

90°

1div.:

1μm1div.:

1μm1div.:

5μm

90°

180°

0°180°

180°

0°0°

270°

CCWCW

270°

270°

利用3轴联动的性能评价方法

11

测量结果例

YZYZ

A

AYZA

C轴半径方向C轴轴线方向C轴切线方向

1div.:

1μm1div.:

1μm1div.:

5μm

0°0°

0°

90°90°

90°

利用测量结果

12

轴的垂直度

A轴和C轴之间的垂直度等

-可以评价５轴机床固有的误差

R‐test和Ballbar之间的比较

Data有互换性

5轴联动控制运动的检测方法（ISO10791-7）

13

利用圆锥台模仿5轴联动控制运动

工作精度实验方法:

NAS979（1969）

Ballbar检测

Endmill

ZW

Workpiece

5轴联动加工

直径差

倾斜角

φ2.0±0.0002in

15°

圆度

φ10in

XWYW

同轴度

（a）Workpiece（b）Cuttingmethod

以主轴头回转式5轴加工中心为对象

当适用于工作台回转式5轴加工中心的时候

方位（中心坐标）

直径

倾斜角半顶角

模拟圆锥台的运动（ISO10791-6）

14

实际现场的加工实验利用Ballbar检测（日本提案）

主轴虚拟的圆锥台

45°

θ

30°β=10

°

中心坐标（X,Y,Z）

圆锥台的精加工切削

（牧野铣床有限公司）

Ballbar

倾斜回转工作台

不需要加工，就可以检测评价精度的方法

ISO

提案的测量方法

15

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

日本提案的测量方法瑞士提案的测量方法

半顶角15度,倾斜角10度半顶角45度,倾斜角30度

（X,Z）

（X,Z）

（X1,Z1）

（X1,Z1）

R=96.5926R=70.7107

模拟圆锥台5轴联动控制运动

16

半頂角15°，傾斜角10°半頂角45°，傾斜角30°

小ÅA轴的运动范围Æ大

小ÅZ轴的运动范围Æ大

大Å速度变化Æ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

Ballbar

球杆仪的测定结果

17

半頂角15度,倾斜10度半頂角45度,倾斜30度

R=96.5926mmR=70.7107mm

1div.:

5.0μm

圆度24.8μm圆度21.3μm

东京农工大学的5轴加工中心

和Simulation

的比较

18

SimulationSimulation:

Ballbarmeasurement东京农工大学的技术

R=96.5926mmR=70.7107mm

FeedspeedF1000mm/minFeedspeedF1000mm/min

使用5轴联动控制运动进行

19

4角锥台的精加工（ISO10791-7，M4）

（日本提案）

进给速度

F＝400mm/min

工具转速

1000min‐1

在机上可以直接检测

直线度，垂直度，平行度

φ20mm2刃立铣刀

（HSS）

使用5轴联动控制运动进行

4角锥台的精加工实验

20

半顶角15ﾟ

Y

Z

加工开始点

Ｘ

P1

P4

90ﾟ

X

Offset位置

（0,0,150）

P3P2

四角锥台

倾斜角20ﾟ

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

切削后实验片

的轮廓形状

10

0

进给速度

F＝400mm/min

21

40

-10

P4

-40-2002040

P1

Positionmm

Start

point

Y

工具转速

1000min‐1

P1

40

P1

P4

2020

X0

0

-20

-40

P3

Prismoid

P2

Feed

direction

-20

-40

20100-10

Deviationμm

-10

Workpiece：

A5052

P3P2

P2

-30-20-10010

Deviationμm

切削

模拟计算

0

10

-40-2002040

Positionmm

φ20mm2刃立铣刀

（HSS）

用最先进的技术检验评价5轴数控机床

22

3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

5轴联动控制运动

圆弧插补：

没有很多的信息

依据条件有可能能检验联动精度

直线插补：

直线度，垂直度，平行度

正在研究中

以上是本次演讲的内容，很希望这次演讲

能对中国机床产业的发展有利，谢谢。

完