AB双摆角数控铣头运动误差分析

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1、学术论文月B双摆角数控铣头运动误差分析术MOVementErrorAnalysisofA曰Bi-R0taryNCMmingHead中航工业北京航空制造工程研究所王增新孙彩霞李初晔【摘要]运用I盯CP功能获取机床的五轴联动精度，分析了4曰双摆角数控铣头联动误差的各个影响因素，为关键部件优化设计和整机精度调试提供参考依据，提升相关高档数控机床的自主原创能力：关键词：A曰双摆角铣头五轴联动精度误差分析RTCP精度【ABSTRACTlBasedonthemethodofRTCP，the6Ve-axislinkagepreci

2、sionisobtained．ThepaperanalyzestheVariousfactorsofmoVementerroraboutA8bi—rotaryNCmillinghead，proVidessomereferencesfortheopti—mumstmcturedesignandprecisionadjustrllentofthekeyparts，improvestheindependentinnoVatiVecapacityofdo—mestichigh—gradeCNCmachine．Keywords

3、：ABbi-rotarymillingheadFiVe-axisIinkageprecisionErroranalysisRTCPprecision五轴联动数控机床是高端制造领域关键配套设备，技术水平直接影响和制约着先进制造技术的发展和应用。双摆角数控铣头是五轴联动数控机床的核心功能部件，其性能和品质代表了高端数控机床的技术水平，日益成为高档数控机床研究的热点和市场竞争的焦点。双摆角数控铣头，主要分为4C(或曰C)双摆角铣头和4B双摆角铣头两类。4c双摆角铣头一般采用谐波齿轮或力矩电机驱动摆角运动，摆角扭矩偏小，结构

4、紧凑，主要应用于以铝合金材料为代表的小切削负载高速数控加工，动态性能好，在高速数控机床领域应用比较广泛。4B双摆角铣头一般采用蜗轮蜗杆、齿轮齿条驱动，摆角扭矩甚至可达数万N·m，主要应用于以钛合金、高温合金等难加工材料为代表的大切削负载高效数控加工。中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所研制的4B双摆角数控铣头(图1)采用现代设计优化方法和精度保持技术，摆角扭矩大，联动精度高，配备于五轴联动龙门铣床和五坐标立式加工中心，成功应用于航空钛合金复杂结构件的强力数控加工，可替代同类进口设备。{航空基金项目(Kz3613

5、04115)资助。80航空制造技术·2014年第14期图1一日双摆角数控铣头Fig1月且bi—rotaryNCmiI

6、inghead1五轴联动精度的检测五轴联动精度是高档数控机床性能评价中最重要的指标，能够综合反映机床设计、制造、装配、调试及性能优化的技术水平。五轴联动精度检测一般采用NAs979标准圆锥试件加工(图2)的测试方法。近年来国内航空制造企业发明的“S”形渐变曲面试件加工(图3)的测试方法广泛用于五轴联动高档数控机床切削精度和性能测试，同时该试件被纳入Iso1079l一7标准组作为附加测试件，成为国际标准

7、测试件。试切检验的方法虽能够准确反映机床的实际加工精度，但涉及工艺编程、试件装夹、切削加工、精度检验等多个环节，操作复杂，测试周期长，图2NAS979圆锥试件加工测试Fig．2DetectiOnOfcOnicaItest—piecemachiningaccOrdingt0NAS979RESEARCH学术论文图3“S”形试件加工测试Fig．3DeteclionofS—shapetest—piece而且检测结果容易被编程轨迹误差、刀具尺寸误差、测量误差等多重因素叠加干扰，使机床本身精度不能准确反映，误差环节难以准确判定，

8、无法对误差原因进行诊断，不适用于机床调试过程中的运动误差分析和调试。RTCP(RotationAroundToolCenterPoint：绕刀具中心点旋转功能⋯)是五轴联动数控机床刀具旋转中心编程方法。RTCP是针对五轴联动数控机床的刀具旋转中心进行编程，使刀具旋转中心贴合工件加工表面移动，数控系统通过调用刀具长度、刀具半径、旋转中心距等参数生成控制指令，驱动各坐标轴插补运动完成零件的加工。由于刀具轨迹直观反映被加工零件的轮廓形状，数控编程工艺人员和机床操作人员很容易理解和掌握，目前在五轴联动数控机床上应用广泛。五轴

9、联动数控机床可以借助RTcP功能进行五轴联动精度检测。RTCP运动精度检测(图4)是通过在主轴上安装同轴的球头检具，采用RTCP方式编程驱动各伺服坐标绕球头检具的球心作插补运动，用固定于工作台上的检测元件(百分表或千分表)法向测苗球头柃具图4RTCP运动精度检测Fig．4MoVemenCprecisiOneVaIuationbyRTCP的球面获