五軸機(jī)床動態(tài)精度的好壞直接影響航空零件的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，通過研發(fā)五軸動態(tài)精度的快速檢測方案，以方法和成本實現(xiàn)對機(jī)床精度的快速檢測驗證，達(dá)到實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的目的。
五軸機(jī)床為多軸高精密數(shù)控設(shè)備，當(dāng)前已大量運用于航空航天、風(fēng)電和核電等制造領(lǐng)域，由于機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜且機(jī)械精度要求高五軸機(jī)床的動態(tài)精度檢測和調(diào)整一直是業(yè)內(nèi)討論的熱點，并成為直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素之一。常規(guī)的五軸精度檢測分為機(jī)械靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。靜態(tài)檢測主要是對機(jī)床的幾何和位置精度的測繪，主要測量項點是機(jī)床空載情況下基礎(chǔ)運動構(gòu)件和運動軸相互的垂直度、直線度、平面度、圓跳動、重復(fù)定位和反向間隙等運動精度（見圖１）。實踐中運用水平儀、大理石方箱、千分表和標(biāo)準(zhǔn)棒等工具對機(jī)床主要運動部件的單一運動精度進(jìn)行檢測，其反映了機(jī)床在未承受任何切削載荷狀態(tài)下各運動部件獨立的狀態(tài)表現(xiàn)。動態(tài)檢測是機(jī)床在運行過程中各主要運動機(jī)構(gòu)的綜合精度表現(xiàn)，通過動態(tài)檢測可以直接驗證五軸機(jī)床各運動部件將靜態(tài)精度轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)運動后的機(jī)械精度狀態(tài)，這種狀態(tài)最貼近于實際生產(chǎn)中五軸機(jī)床反映出來的綜合機(jī)械性能也是影響產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要因素。
圖1 五軸聯(lián)動加工中心
1.研發(fā)五軸快速動態(tài)檢測的背景傳統(tǒng)的五軸動態(tài)檢測手段都是依靠紅外線激光設(shè)備（見圖２）對機(jī)床的單一運動軸進(jìn)行實時運動檢測，檢測前清除各運動軸的實際補(bǔ)償值再通過機(jī)床重復(fù)定位運動對各軸進(jìn)行分段變速檢測，在ｔｎｃ控制系統(tǒng)下可以將被測數(shù)據(jù)在線輸入機(jī)床控制系統(tǒng)并自動生成補(bǔ)償代碼值進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償。但此檢測手段成本高、用時長，且無法偵測機(jī)械結(jié)構(gòu)在負(fù)載狀態(tài)下的綜合運動精度，因此如何快速檢測五軸動態(tài)精度將現(xiàn)有五軸設(shè)備生產(chǎn)力釋放，成為各航空制造企業(yè)的重要難題之一。
圖２ 傳統(tǒng)五軸動態(tài)檢測手段
2.五軸快速檢測方案細(xì)解在競爭激烈的航空制造市場的推動下，利用五軸機(jī)床固有的補(bǔ)償功能配合精度球、千分表、宏程序和橢圓試塊可實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的五軸動態(tài)檢測。功能為的簡稱，又具自動補(bǔ)償功能，原理是通過控制系統(tǒng)對五軸旋轉(zhuǎn)點到裝刀點的距離＋實際的刀具長度（見圖３）進(jìn)行多角度空間數(shù)學(xué)運算來實現(xiàn)將編程控制點轉(zhuǎn)化為實際刀具切削接觸點的過程。
圖３?。颍簦悖鹪硎疽鈭D五軸機(jī)床必須依據(jù)ｒｔｃｐ功能才能正確地進(jìn)行多軸聯(lián)動切削運動，假設(shè)忽略機(jī)械硬件的誤差問題五軸機(jī)床的實際運行軌跡和計算機(jī)編程（ｃａｍ）的ｎｃ代碼軌跡*一致，所以將功能納入檢測方案中目的就是動態(tài)檢測時能*準(zhǔn)確地追蹤五軸聯(lián)動時機(jī)械運動機(jī)構(gòu)的理論軌跡，精準(zhǔn)快速地達(dá)到檢測目的。具體實施方案如下：1） 調(diào)整五軸機(jī)床靜態(tài)精度（靜態(tài)精度為動態(tài)精度的基礎(chǔ)），此項調(diào)整周期用時很長通常在年度二級保養(yǎng)時已測繪補(bǔ)償?shù)轿唬趧討B(tài)檢測前只需對主軸圓跳動、ｘ／ｙ／ｚ／ａ／ｃ軸的反向間隙和ｃ軸極限回轉(zhuǎn)誤差用百分表進(jìn)行復(fù)測不再運用激光進(jìn)行精度調(diào)整。2）定制 φ ８０ｍｍｒ４０ｍｍ的測量球（見圖４），要求球形直徑和圓度公差≤０.００５ｍｍ，表面粗糙度值ｒａ＜０.８μｍ，鏡面，避免硬件誤差對動態(tài)檢測結(jié)果的影響。
圖4 測量球3）利用精度標(biāo)準(zhǔn)棒校對五軸頭固定旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償值（見圖５），此數(shù)值在機(jī)床出廠時已經(jīng)測繪輸入?yún)?shù)表，由于機(jī)床在長時間使用和維修過程中可能會造成補(bǔ)償值的變化，所以校對其值的正確性是必須的。
圖5 校對五軸頭固定旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償值
如圖５所示以標(biāo)準(zhǔn)棒中心設(shè)立坐標(biāo)系，將千分表按圖放置，以標(biāo)準(zhǔn)棒外徑壓表０.１ｍｍ～后刻度歸零（壓表過程中注意排除ｘ軸機(jī)械間隙）；手動移動ｘ軸至安全位置，如圖所示旋轉(zhuǎn)ａ軸至90度后再將主軸端面壓表對零這時ｘ軸在設(shè)定坐標(biāo)系中的位移值即為實測值；計算五軸頭補(bǔ)＝實測值－標(biāo)準(zhǔn)刀長（150ｍｍ）－標(biāo)準(zhǔn)棒半徑（25ｍｍ）。注意：在頭補(bǔ)復(fù)測時應(yīng)全程取消五軸刀具補(bǔ)償功能。
圖6 五軸頭補(bǔ)測量示意
4）實施ｒｔｃｐ動態(tài)檢測，首先設(shè)置動態(tài)旋轉(zhuǎn)點，如圖７所示要使千分表在固定不動的情況下表頭接觸點在 φ ８０ｍｍｒ４０ｍｍ半球外形上弧線運動，只能選擇旋轉(zhuǎn)點作為運動坐標(biāo)系原點因此先手動找到ｂ點后再偏置至ａ點設(shè)立檢測坐標(biāo)系。
圖7 設(shè)立檢測坐標(biāo)系
參照圖７將刀具實際補(bǔ)償值減短一個球頭半徑值（４０ｍｍ）作為檢測程序運行時刀具長度補(bǔ)償（ｄ０１）值，運行檢測宏程序?qū)ξ遢S機(jī)床的動態(tài)精度進(jìn)行多角度多軸聯(lián)動檢測（見圖８）宏程序如下。n1 #1=90n2 #2=45n3 trofoofn4 m06 t01 d01n5 g0 a0 c0n6 traotin7 g90 g54 g01 z100 f5000n8 x0 y0n9 z0n10 m01n11 g01 a=#1 f1000n12 a=-#1n13 a0n14 m01n15 c=#1n16 a=#1 f1000n17 a=-#1n18 a0n19 m01n20 c=-#1n21 a=#1 f1000n22 a=-#1n23 a0n24 c0n25 m01n26 c=#2n27 g01 a=#1 f1000n28 a=-#1n29 a0n30 m01n31 c=-#2n32 a=#1 f1000n33 a=-#1n34 a0n35 m01……
圖8 五軸機(jī)床動態(tài)精度檢測5）對五軸動態(tài)檢測結(jié)果進(jìn)行驗證，通過對比分析動態(tài)檢測結(jié)果和試切件三坐標(biāo)計量結(jié)果，誤差重合率達(dá)96%～98%以上，實踐驗證五軸動態(tài)檢測的準(zhǔn)確性和可行性。
3. 結(jié)語本文基于航空制造特點，針對產(chǎn)能大與五軸機(jī)床維修率逐年增高的實際情況，研發(fā)了五軸動態(tài)精度檢測手段，依靠快速動態(tài)檢測大大提高五軸精度檢測的效率并降低了檢測成本，為機(jī)床的調(diào)整及維修提供了可靠的數(shù)字依據(jù)。此檢測手段已被列入周/月度保養(yǎng)范疇，并在加工關(guān)重件前進(jìn)行實施檢測，成為確保航空產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2019年第11期4-5頁，作者：宜賓市普什航空事業(yè)部 周凱，原標(biāo)題：《五軸機(jī)床動態(tài)精度的快速檢測方案》。