五軸銑床的檢測方法

五軸銑床一般是比三軸銑床多兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。首先，要對三個(gè)直線軸進(jìn)行檢測；其次，是針對兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的檢測；最后，要對五軸聯(lián)動(dòng)性能進(jìn)行檢測。

一、三個(gè)直線軸的檢測

方法和三軸銑床一樣，所以這里不做敘述。

二、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的檢測

因?yàn)樾D(zhuǎn)軸的各項(xiàng)精度對五軸加工精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三個(gè)直線軸精度的影響，所以對五軸銑床的檢測重點(diǎn)是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的精度。

旋轉(zhuǎn)軸的精度包括兩個(gè)方面：一方面是旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的精度，主要要檢測每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的重復(fù)定位精度；另一方面是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相互之間的關(guān)系，主要檢測兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸線和主軸軸線之間空間幾何關(guān)系是否正確。

（一）測量旋轉(zhuǎn)軸的重復(fù)定位精度

方法和直線軸測量方法類似：對于轉(zhuǎn)臺(tái)類型的旋轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)臺(tái)上固定一個(gè)方塊，用千分表接觸方塊的表面，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)一定角度，再反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)同樣多角度，回到原位，觀察兩次表針接觸方塊表面時(shí)的表讀數(shù)是否一致，誤差多少（如圖1）；對于擺頭類型的旋轉(zhuǎn)軸，在主軸上裝上檢測用芯棒，用千分表指針接觸芯棒來檢測（如圖2）。

圖1 測量轉(zhuǎn)臺(tái)的重復(fù)定位精度

圖2 測量擺頭的重復(fù)定位精度

（二）測定兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和主軸之間的空間幾何關(guān)系

這項(xiàng)需要按照五軸銑床的類型分為三種情況：

1.雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的五軸銑床

圖3為一個(gè)雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的示意圖，在圖中標(biāo)出了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸線，這兩根軸線應(yīng)該如圖中那樣相交于一點(diǎn)。如果這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸線不相交，則要測定出兩個(gè)軸線的偏心距離。

圖3 雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

測定方法如下：先將C軸轉(zhuǎn)臺(tái)校正，使C軸轉(zhuǎn)臺(tái)平行于XY平面（方法略）；再如圖4所示，分別旋轉(zhuǎn)B軸+90°和-90°，測量兩個(gè)方位下B軸轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)面最高點(diǎn)的高度差。如果高差為零，則雙轉(zhuǎn)臺(tái)的空間幾何關(guān)系符合理想情況，如果高差不為零，則B、C軸的偏心量為此高差的二分之一。

圖4 雙轉(zhuǎn)臺(tái)軸線偏心量測定

2.轉(zhuǎn)臺(tái)和單擺頭結(jié)構(gòu)的五軸銑床

圖5為單擺頭結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中標(biāo)出了B軸的軸線和主軸的軸線，這兩個(gè)軸線應(yīng)該相交于一點(diǎn)，如果它們不相交，需要測定出它們的距離，即主軸和擺動(dòng)軸B軸的偏心量。

圖5 轉(zhuǎn)臺(tái)和擺頭銑床擺頭部分結(jié)構(gòu)示意圖

測定方法如下：先在主軸上裝上檢測用芯棒，校正B軸，使芯棒（主軸軸線）垂直于XY平面（方法略）；再如圖6中所示，分別旋轉(zhuǎn)B軸+90°和-90°，測量兩個(gè)方位下芯棒側(cè)面最低點(diǎn)的高差。如果高差為零，則擺頭和主軸間的空間幾何關(guān)系符合理想情況，如果高差不為零，則主軸和B軸的偏心量為此高差的二分之一。

圖6 擺頭和主軸偏心量測定

3.雙擺頭結(jié)構(gòu)的五軸銑床

圖7為雙擺頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)出了主軸軸線、B軸軸線和C軸軸線。理想情況下，主軸軸線和C軸軸線應(yīng)該重合，B軸軸線和它們相交。如果這三個(gè)軸線不符合這種理想情況，需要測定出它們之間的偏心量。

圖7 雙擺頭結(jié)構(gòu)示意圖

首先，測定B軸和主軸的偏心量，方法和單擺頭銑床的測定方法一樣。

然后，測定C軸和主軸的偏心量，方法如下：如圖8左邊所示，在工作臺(tái)上固定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱型，將千分表表座固定在C軸上，表針接觸圓柱形側(cè)面，調(diào)整機(jī)床XY軸的位置，使得C軸旋轉(zhuǎn)時(shí)千分表讀數(shù)不變，這樣C軸軸線就和圓柱形的中心重合了，將這個(gè)位置機(jī)床的X、Y坐標(biāo)值記錄下來；如圖8右邊所示，先轉(zhuǎn)動(dòng)B軸，使主軸軸線垂直于工作臺(tái)（XY平面），再在主軸上裝上檢棒，將表座固定在檢棒上（主軸上），表針接觸圓柱形側(cè)面，調(diào)整機(jī)床XY軸的位置，使得檢棒旋轉(zhuǎn)時(shí)千分表讀數(shù)不變，這樣主軸軸線就和圓柱形中心重合了，將這時(shí)機(jī)床的X、Y坐標(biāo)值同剛剛記錄下來的坐標(biāo)值比較，差值就是C軸軸線和主軸軸線的X、Y偏心量。

圖8 雙擺頭銑床C軸和主軸偏心測定

綜上所述，雙轉(zhuǎn)臺(tái)銑床的B軸、C軸是結(jié)合為一體的雙轉(zhuǎn)臺(tái)，要測定出B、C軸的偏心量；轉(zhuǎn)臺(tái)和單擺頭銑床的B軸和主軸結(jié)合為一體，要測定出B軸和主軸的偏心量；雙擺頭銑床的B軸、C軸和主軸是結(jié)合為一體的雙擺頭，需要測定出B軸和主軸、C軸和主軸的偏心量。

三、五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測

五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測不需要按照五軸銑床的類型來分類。

五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測的目的有兩個(gè)：一是檢測對五軸銑床幾個(gè)軸之間空間幾何關(guān)系測定的準(zhǔn)確性，二是檢測機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對五軸空間幾何關(guān)系的補(bǔ)償功能。

五軸聯(lián)動(dòng)性能的檢測不能通過直接測量來檢測，而是通過加工一些標(biāo)準(zhǔn)形狀，再測量加工出形狀的誤差來檢測的：

（一）直線

在一個(gè)平面上加工一條直線，加工時(shí)要求刀軸連續(xù)變化，圖9中所示就是一種5軸加工直線的刀路，可以嘗試用多種刀軸控制方法來加工。加工用材料可以選擇較易加工的非金屬材料或者有色金屬，刀具用球刀。加工好以后，觀察直線是否彎曲，如果明顯彎曲，則需要重新檢測機(jī)床各項(xiàng)精度，特別是重新測定兩旋轉(zhuǎn)軸和主軸間的偏心關(guān)系是否正確。

圖9 變刀軸加工直線刀路

（二）平面

用球刀精加工一個(gè)平面，將這個(gè)平面分為多段，分別用數(shù)個(gè)不同角度的固定刀軸和連續(xù)變化的刀軸來加工，圖10中所示為這些加工刀路。加工好以后，測量這個(gè)平面上不同段之間的誤差，理想情況下這個(gè)平面仍然是平的，如果誤差過大，則重新測定兩旋轉(zhuǎn)軸和主軸間的偏心關(guān)系是否正確。

圖10 多種刀軸控制方法加工同一個(gè)平面

（三）球形

用球刀精加工球形，要超過半球，刀軸垂直于球面加工，分別采用沿經(jīng)線雙向加工和沿緯線螺旋加工的方法各加工一個(gè)直徑相同的球形，加工刀路如圖11所示。加工好之后，測量兩個(gè)球形的直徑，和標(biāo)準(zhǔn)值比較誤差。如果有條件，還可以測量兩個(gè)球形的圓度和標(biāo)準(zhǔn)球形的誤差值。

圖11 五軸加工球形的兩種刀路

以上就是用加工標(biāo)準(zhǔn)形狀的方法來檢測五軸銑床的五軸聯(lián)動(dòng)性能的一種基本方法。

總結(jié)如下：

先加工一條直線，初步判斷五軸空間幾何關(guān)系測定的正確性，同時(shí)檢測數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否生效。這是一維形狀的檢測，是最基本的要求，在此基礎(chǔ)上才能做下面的檢測。

再加工一組平面，檢測五軸空間幾何關(guān)系測定的準(zhǔn)確性，同時(shí)檢測數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否設(shè)定正確。這是二維形狀的檢測，比一維形狀的檢測的要求高一等級，如果檢測合格，說明五軸空間幾何關(guān)系的測定基本準(zhǔn)確，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)基本滿足五軸加工的要求。

最后，加工球形，進(jìn)一步檢測五軸空間幾何關(guān)系測定的準(zhǔn)確性，同時(shí)檢測數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能是否在三維空間做出了正確的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。這是三維形狀的檢測，也是最高等級的要求。如果滿足了三維形狀加工的要求，就可以說這臺(tái)五軸銑床完全合格，可以勝任生產(chǎn)加工任務(wù)了。