A／C轴双摆头几何精度误差的预防与补偿方案

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1 A/C轴双摆头装配工艺方案设计1.1 装配工艺方案A/C轴双摆头，工艺基准均为直线轴(见图 1)，不利于工艺装配数据检测分析，装配过程中装配数据很难采集或所采集数据不真实，这样就会导致产品几何精度不符合要求，且生产效率低。因此，提出以轴检测转化为面检测的方法为指导思想 ，建立三维几何模c轴±360。

、 、 - L--/ 型，分析相关零部件、相关 It71 A/c轴双摆头结构示意图面的结构特性，构建数据检测工艺面，用于装配数据检测的装配工艺方案。装配工艺方案基本内容包括：(1)对结构进行分析，找出重点几何精度项；(2)建立三维几何模型，分析相关零部件、相关面的结构特性；(3)利用面检测方法设计工艺检测方案；(4)根据工艺检测数据结果对相关零件进行修配调整，提高装配几何精度。

1.2 装配工艺方案设计A/C轴双摆头结构复杂，通过工艺分析，分为主轴部、C轴部、A轴部3大部分。各部分装配工艺方案基本指导思想类似，但技术关键点有所区别，因此，通过描述主轴部装配工艺方案主要内容，阐述工艺方案设计思想。

通过直驱式A/C轴双摆头主轴部结构分析，共有二项重要几何精度需要通过装配工序保证(见表 1)。

表 1 主轴部几何精度分析表序号 部别 几何精度重点项 工艺方法以新理论为依据设计新工艺 l 主轴部 与A轴夹角项进行生产过程控制以新理论为依据设计新工艺 2 主轴部 与 C轴夹角项进行生产过程控制第 1项几何精度要求主轴轴线与 A轴轴线夹角 0 90。。通过建立三维几何模型，分析相关零部件、相关面的结构特性，得出与此项精度相关基准面为轴承定位面、主轴孔以及主轴箱端面(见图2)。利用面检测方法，设计工艺检测方案：(1)设计专用工装，建立主轴轴线检测面；(2)将轴承定位面作为A轴轴线检测面，用于装配数据检测分析(见图3)；等 、 ： /， uId平帚。删Techn010gy and Tesf工艺与检测(3)根据工艺检测数据对相关零件进行修配调整，提高装配几何精度，达到产品设计要求。

同样，按照第 1项几何精度装配工艺方案基本指导思想，完成第 2项几何精度装配工艺方案设计。

主轴线箱图2分析模型 图3检测模型2 回转中心几何误差检测与补偿方案设计仪2.1 回转中心误差补偿方案采用 A/C轴双摆头为主轴头的加工中心，以 、y、z、A、c这 5个轴为运动轴，其回转中心误差补偿的方法是在不改变数控机床结构和控制系统的基础上，通过对五轴数控机床运动误差源的分析、设计联动轴的定位精度数据检测方案，并分析检测数据，将机床的空间运动误差实时地反馈给控制系统，实现误差补偿，从而提高五轴联动精度。此方案技术难点在于结合控制系统，分析误差源以及联动数据检测方案设计。五轴回转中心的几何误差检测与补偿方案基本内容包括：(1)结合控制系统，分析误差源；(2)设计五轴回转 中心空间向量的误差检测方案；(3)根据检测数据结果，进行五轴回转中心误差补偿。

2.2 回转中心误差补偿方案设计HEIDENHAINITNC530数控系统中，其 回转中心表2 HEIDENHAIN ITNC530数控系统结构参数表参数 系统补偿代码 说明主轴回转轴线与 A轴 回转轴线的交点 TransY- SPA Y 在 l，方向上误差主轴回转轴线与 4轴 回转轴线的交点 TransZ- SPA Z 在z方向上距离数值主轴回转轴线与 c轴回转轴线的交点 TransX- SPA X 在 方向上误差c轴 回转轴线与 轴 回转轴线的交点 U1 TransY- AC Y 在 y方向上误差A轴回转轴线在机床坐标系中 z方向 l TransZ- AC Z 上距离数值工艺与检测TeChn0Iogy and误差补偿是通过补偿 5个空间结构参数的误差，以达到控制五轴回转中心几何误差的目的(见表2)。

根据控制系统回转中心误差补偿方案，对双摆头五轴回转中心误差源进行分析。在双摆头结构中存在5个空间向量误差(见图4、图5)，与数控系统 5个结构参数相对应。因此，检测出5个空间向量误差，即可实现五轴回转中心几何误差补偿。

线图4 空间向量误差模型图 图5 空间向量误差模型图分析直驱式A/C轴双摆头结构特性，设计 5个向量单独存在的联动检测方案，对检测数据进行数值分析后得到目标数据，针对系统中相关参数，写人目标数据，实现五轴回转中心误差补偿。

图6 检测原理示意图图7 数值分析放大图2.3 实例应用针对主轴回转轴线与A轴 回转轴线的交点在 y方向上的误差，设计其误差检测方法，即利用球头检棒代替回转中心，千分表沿 z轴方向压在球头表面，轴、，轴与z轴在 Y/Z平面上做动态联动，进行误差检测，分析千分表的读数变化，计算目标数据 n值，并写入控制系统中的对应相关结构参数 进行误差补偿(见图6、图7)。

基于以上分析，将该方法应用于沈阳机床某摆头主轴回转轴线与 A轴回转轴线的交点在 ，方向上的误差补偿调试中，该项动态联动精度得到了大幅度提高(见表3)。

表3 误差补偿前后检测数据对比表 mmA轴旋 系统补偿代码 y 补偿前误差 补偿后误差转角度 TransY SPA 检测数据 检测数据z方向 Z方向90。 0 0U2 0.0150。 0.023 0.008- 90。 -O.0l5 0.0053 结语在A/C轴双摆头几何精度工艺性研究中，通过误差预防、误差补偿两种途径全面提高了五轴数控机床加工精度，产品制造精度以及生产效率得到了显著提高。