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五轴数控机床的动态特性测定和调整方法(下)
来源:未知 时间:2020-03-16 15:44 点击次数:


五轴数控机床的动态特性测定和调整方法(下)

导读
   五轴机床对机床装备制造业意义非凡,RTCP功能是衡量五轴机床性能的重要指标。在执行RTCP过程中,由于旋转轴的加入,需要对直线轴进行非线性补偿,因此旋转轴和直线轴的伺服动态特性需要进行测定和调整,才能保证加工动态精度。文章对RTCP原理进行了简单介绍,设计了一种五轴动态精度测定算法,通过该算法对五轴机床的5个伺服轴特性进行了强弱排序,从而对伺服参数进行优化和调整。以五轴叶轮加工为例,将伺服参数调整前后所加工的叶轮的加工质量进行对比,证明该方法取得了较好的效果。



3  功能测定及结果分析



为了测试算法的可行性,对叶轮加工做了对比实验,实验过程及结果如下:


 
3.1  实验装置



(1)嘉泰AC双转台五轴机床(图5);



(2)华中8型数控系统;


(3)SSTT采样软件。


这里简单介绍一下SSTT采样软件。SSTT是伺服调整工具(servo self test tools)的简称,主要用于配置华中8型数控系统的机床在线调试、诊断过程,也可以作为一种离线数据分析工具。本实验主要通过SSTT工具采集各轴运动机床实际坐标数据,应用本文提出五轴动态精度测定方法来进行伺服参数调整,从而提高五轴RTCP动态特性。




 
3.2  实验方案




第一步,按照机床原定的伺服参数,加工叶轮的流道、大叶片及小叶片。


第二步,采用RTCP动态精度测试方法,计算直线轴与直线轴、旋转轴与直线轴之间的不匹配度情况:


(1)以A轴测试为例,在SSTT采样软件上设置好测试程序的相关参数,生成采样程序并发送到下位机。测试程序如下:


%12345; A轴行程-90°到0°,开启RTCP功能,实现A、Y、Z轴联动;
G54 X-10 Y-20 Z-30 F2000
G01 A0
G43.4 H1
M00
G01 A-90
M00
G01 A0
M30


机床运行该程序,由SSTT采集各轴的机床实际位置。当程序运行到G43.4 H1时,RTCP功能开启,运行到第一个M00时,SSTT采样开始,运行到第二个M00时,SSTT采样结束。采样过程中,以时域图和圆轨迹图显示采样情况,如图6和图7。






(2)由采集的各轴的机床实际位置,用本文上述的RTCP动态精度测试方法,计算直线轴与直线轴、旋转轴与直线轴之间的不匹配度。


第三步,通过计算结果来指导机床伺服参数(主要是轴的位置比例增益)调整,使其达到更佳的匹配状态。如图1所示,五轴RTCP功能最基本的原理是保证旋转轴运动时刀具中心点保持不变,机床运动过程中使控制点绕着刀具中心点旋转,其刀具中心点到控制点的距离称为转动半径。由于双转台类型结构的五轴机床,在实际加工中,刀位点是连续变化的,因此转动半径也是变化的,在动态精度测定前需要确定一个参考的转动半径作为测试样本用例。在本次实验中根据叶轮的加工区域选择最大的转动半径作为测试用例,测定速度2000 mm/min为实际叶轮加工的切削速度。测试中具体各轴调整情况如下:


(1)A轴


Y、Z、A轴伺服匹配见表1。





同理计算旋转轴和直线轴之间的不匹配度为-0.947 μm。


按照以上步骤计算A轴和C轴的各组实验数据,比较实验数据得实验结果。


A轴测定条件下,匹配情况最好时,A轴、Y轴和Z轴的位置比例增益分别为:A1300,Z1283,Y1280。


(2)C轴


X、Y、C轴的伺服匹配见表2。







C轴测定条件下,匹配情况最好时,C轴、X轴和Y轴的位置比例增益分别为:C1280,X1280,Y1280。


第四步,调整参数后再次加工叶轮。


第五步,对比分析两次加工的叶轮的质量状况,从而分析算法的可靠性和可行性。




 
3.3  实验结果与分析




(1)调整前流道靠近小叶片顶端区域有明显的过切痕迹,调整后过切痕迹消失,表面光滑, 见图8。






(2)调整前大叶片背面底部有明显的过切痕迹,调整后过切痕迹消失,表面光滑,见图9。


从实验结果来看,经过五轴动态精度测定调整伺服参数后,叶轮中流道部分和叶片部分过切痕迹消失,加工表面质量有明显改善,取得非常好的效果,说明该五轴动态精度测定方法有效,具有现场应用调试能力。




4  结语




本文提出的五轴动态精度测定方法,通过现场应用调试,叶轮加工实验对比,以及分析实验结果可知,该方法确实能反映机床的动态精度,能够指导提升机床的加工精度和表面光洁度。




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