1试验平台搭建
本文以Y&J五轴加工中心为研究对象开展现场检定试验。该机床采用主轴摆动与工作台回转的复合结构形式,配置A轴和C轴两个旋转轴,C轴回转范围为360°,定位精度标称值为8",重复定位精度标称值为4",数控系统采用FANUC 31i-B5。测量系统采用Renishaw XL-80激光干涉仪及XR20-W无线回转轴校准装置,数据采集与分析采用CARTO软件平台。试验环境温度稳定在(20±1)℃,相对湿度控制在45%~60%范围内。测量前机床空运行30min以达到热平衡状态,将数控系统中旋转轴的原有补偿参数清零,安装XR20-W校准装置于C轴工作台中心位置并找正,启动激光干涉仪预热15min后进行光路对准和环境参数设置。
2旋转轴检测试验
本次试验以C轴为主要检测对象,开展角度定位误差检测。测量方案依据上述方法设计,具体测量参数见表1。
表1 C轴角度定位误差测量参数
测量行程 | 测量点数 | 角度间距 | 越程量 | 停留时间 | 稳定时间 | 重复次数 | 进给速度 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
0~360° | 13 | 30° | 5° | 2s | 0.5s | 5 | 360°/min |
测量时首先控制C轴正向运行至-5°位置作为起始越程点,随后以360°/min的进给速度依次正向运行至各目标位置并采集数据;正向测量完成后,C轴继续运行至365°作为反向越程点,随后负向返回依次采集各目标位置数据,上述正负向测量过程重复5次。
3误差补偿实施
根据测量数据,依据前述方法提取补偿参数,见表2。
表2 C轴角度定位误差补偿数据
角度位置/(°) | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 | 330 | 360 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
补偿值/(") | 0 | 3.2 | 4.6 | 5.1 | 3.8 | 1.5 | -1.2 | -2.4 | -3.8 | -4.2 | -3.5 | -2.1 | - |
进入FANUC 31i-B5系统的参数设置界面,定位至旋转轴补偿参数组;在螺距误差补偿表中,设置补偿轴为C轴,补偿起始位置为0°,补偿间距为30°,补偿点数为13个,依次输入各位置的补偿值。在反向间隙补偿参数中,输入C轴反向间隙值。参数设置完成后进行系统重启使补偿参数生效。
4补偿效果验证
补偿参数写入后,采用与补偿前相同的测量方案对C轴进行复测验证。补偿前后C轴角度定位误差曲线如图1所示。可明显看出,补偿后误差曲线的波动幅度减小,正向曲线与负向曲线基本重合,反向间隙得到有效消除。补偿后误差曲线整体围绕0值小幅波动,残余误差主要表现为随机性的测量噪声。

[图1 补偿前后C轴角度定位误差曲线]
补偿前后C轴各项精度指标对比见表3。
表3 补偿前后C轴精度指标对比
精度指标 | 双向定位精度/(") | 单向定位精度(正向)/(") | 单向定位精度(负向)/(") | 双向重复定位精度/(") | 单向重复(正向)/(") | 单向重复(负向)/(") |
|---|---|---|---|---|---|---|
补偿前 | 32.6 | 28.4 | 30.2 | 5.8 | 4.2 | 4.8 |
补偿后 | 6.2 | 5.8 | 6 | 4.1 | 3.6 | 3.8 |
改善幅度/% | 80.98 | 79.58 | 80.13 | 29.31 | 14.29 | 20.83 |
通过表3发现,补偿后双向定位精度从32.6"提升至6.2",精度提升80.98%;双向重复定位精度从5.8"提升至4.1",精度提升29.31%。各项指标均优于机床标称精度,验证了本文所提检测与补偿方法的有效性。