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五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心憑借其加工復雜空間曲面的優(yōu) 良性能，被廣泛應用于航空航天、精密機械及高精醫(yī)療

設備等行業(yè)領域。數(shù)控加工中心的加工精度將直接影響加工產(chǎn)品的質(zhì)量，由于加工中心精度不足而導致加工精度下降的問題日益凸顯。所以如何快速高效地識別數(shù)控加工中心誤差并改善精度已經(jīng)成為一項非常重要且有意義的研究內(nèi)容。

常用的加工中心誤差測量方法有標準試件切削和儀器檢測^M。標準試件切削方法是切削標準試件，通過標準試件的加工精度來表征加工中心的工作精度，常用的標準試件有：美國航天局的NAS979試件^s、日本的四角錐臺試件^S和中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司提出的S形檢驗試件^s。采用試件切削的方法，能夠?qū)⒓庸ぶ行谋旧淼募庸ぁ惭b過程中的缺陷等信息都體現(xiàn)在標準試件上，通過對所加工的試件進行分析，就能對數(shù)控加工中心的整體性能進行評價。但是，試件切削的方法需要耗費大量的材料與時間，而且由于多種影響因素之間的耦合作用，導致該檢測方法不便于誤差溯源，進而難以為提高加工中心的工作精度提供幫助。

常用的檢測儀器有激光干涉儀^[5]、球桿儀⁰、R-test測試儀等。激光干涉儀主要用于平動軸的幾何誤差檢測，球桿儀則是廣泛應用于旋轉軸幾何誤差檢測以及兩個平動軸聯(lián)動時的聯(lián)動精度。這兩種儀器均不能完備地檢測五軸加工中心的五軸聯(lián)動動態(tài)精度。使用R-Test測量時，將精度球安裝在刀軸上，測量裝置安裝在測量點處，通過測量精度球的實際位置與測量點在3個正交的方向上的偏差來表征加工中心在各位置點的誤差。

Masaomi Tsutsumi 和 Akinori Saito 將球桿儀用于測量雙轉臺五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心在做四軸聯(lián)動時主軸和轉臺之間的相對位移，并建立了軌跡上各點位置誤差與相對位移之間的相互對應關系模型，通過兩次測量求解出了數(shù)控加工中心的8個位置誤差E⁷-⁹¹。S. Weik-ert利用新型誤差測量工具R - Test測得了五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心刀具和工件沿既定軌跡連續(xù)運動時；T、F和Z三個方向上的相對誤差，通過反解得出數(shù)控加工中心在各個軸上的位置誤差及其不確定性^[1°^]。Bring mann和W. Knapp ^[11_^12]將R - test測試儀應用于旋轉軸位置誤差的確定，提出并實現(xiàn)了 3軸聯(lián)動圓軌跡的檢測方案。

五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心是在三軸加工中心的基礎上添加兩個轉動軸構成的。隨著加工中心轉動軸的增加，加工中心誤差也增加了由轉動軸的運動帶來的非線性誤差。RTCP功能是目前高檔五軸數(shù)控加工中心普遍提供的功能，它可以有效地減小由轉動軸的運動導致的非線性誤差，顯
著提高了加工工件的質(zhì)量。基于球桿儀和R - test的數(shù)控加工中心精度測量方法都是基于加工中心RTCP功能，目前這兩種測試方法都已經(jīng)被收錄在國際標準ISO10791 -6的修訂版中^&3]。

但是ISO標準以及前述的研究中只能部分反映加工中心動態(tài)精度，無法完備地反映加工中心動態(tài)精度，且ISO檢驗合格的加工中心，在加工復雜工件時依然存在明顯問題。因此,本文提出了一種基于RTCP及S形試件的精度檢測的數(shù)控加工中心聯(lián)動精度檢測及優(yōu)化方法。通過對具有形狀復雜、開閉角轉換等特點的標準S形試件試切，完成對加工中心加工精度的評價。通過加工中心運動制定RTCP檢測軌跡檢測加工中心精度，分析并搜索存在問題的驅(qū)動軸，指導伺服系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化與調(diào)整。最后通過對比加工中心調(diào)整前后五軸加工中心切削質(zhì)量，驗證了上述方法的有效性和工程實用性。

1五軸加工中心RTCP檢測

1.1 RTCP功能簡介

RTCP功能是高檔五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心基本功能之一，它使數(shù)控系統(tǒng)自動對旋轉軸的運動進行補償，工件安裝位置改變或刀具長度更改時無需重新編程，只需要將編程坐標與名義坐標原點的偏置值（雙轉臺型）或刀具旋擺中心與刀尖點距離（雙擺頭型）輸入到數(shù)控系統(tǒng)，就能確保刀具中心點始終位于編程軌跡上。其實現(xiàn)的核心思想為把數(shù)控程序中解析得到的各個運動軸的控制指令作為刀位描述信息，而非運動軸運動信息。然后進行坐標變化，變化后的結果作為各軸的運動軸的控制指令。

由圖1可知，當RTCP功能開啟時，理想情況下,通過五軸聯(lián)動配合使得刀尖點實際運動軌跡即為數(shù)控指令編程軌跡。而未開啟時,編程軌跡為刀軸軌跡，這使得刀具中心的平移，產(chǎn)生了非線性運動誤差,從而造成數(shù)控加工中心加工精度的降低。RTCP功能可以有效地保證運動軌跡為編程軌跡。

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結束語：

針對五軸數(shù)控加工中心聯(lián)動精度，本文提出了一種快速檢測及優(yōu)化方法。利用五軸加工中心RTCP功能，在一條優(yōu)于ISO標準軌跡的8字形軌跡下檢測五軸加工中心聯(lián)動精度。然后依據(jù)刀具刀尖點誤差軌跡的表現(xiàn)規(guī)律提出了基于軌跡相似性的加工中心動態(tài)誤差溯源方法。定位到與其他驅(qū)動軸不匹配的驅(qū)動軸，從而進行快速準確地優(yōu)化加工中心參數(shù)以提升五軸加工中心動態(tài)性能。最后，利用具備加工中心性能綜合檢驗能力的S形試件驗證檢測及溯源優(yōu)化方案的有效性。

利用本文提出的五軸數(shù)控加工中心聯(lián)動精度檢測及優(yōu)化方法，工作人員可在加工中心維護和維修過程中，快速、全面判斷加工中心聯(lián)動性能是否合格。若不合格，則可以利用溯源方法快速、準確地定位數(shù)控加工中心的誤差軸，以便于開展有針對性的加工中心參數(shù)調(diào)整。此外，檢測人員可以針對加工中心結構和性能表現(xiàn),選取特定的檢測軌跡(不止是8字形軌跡）檢測五軸加工中心聯(lián)動性能，達到更有針對性的加工中心聯(lián)動精度檢測。

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