1、5轴数控机床检验规格轴数控机床检验规格（ISO）的最新动向的最新动向State of the art ISO standard for testing fiveaxis machine tools東京農工大学教授堤正臣Tokyo University of Agriculture and TechnologyProf. Dr. Masaomi TSUTSUMI25轴数控加工中心的代表形式轴数控加工中心的代表形式主轴头工作台回转式 (混合式 )主轴头回转式 (龙门 )工作台回转式w X b Y Z C B (C) tw C A Y b X Z (C) t w C X b Y Z A (C) t
2、主轴 上有2个回转轴工作台 上有2个回转轴主轴 ， 工作台 各有1个回转轴主要有三种形式3卧式复合加工机（KDW4200FH）（14轴5轴联动卧式复合加工机）立式复合加工机（KDL1550FH）（11轴5轴联动立式复合加工机）w C X b Z Y B (C) t w C b Z X Y B (C) tCZ具有代表性的复合加工机具有代表性的复合加工机(大连科德数控大连科德数控)5轴数控加工中心和复合加工机的检验规格轴数控加工中心和复合加工机的检验规格-目前ISO认证中，只有 主轴头回转式 的检验规格-还没有 工作台回转式 ， 混合式 (复合加工机)的检验规格-为此，在日本有了新的提案(开发研究
3、主要以东京农工大学 为主)Part 1 3 几何误差检测Part 6 插补运动检测Part 7 工作精度检测ISO 10791 ：Test conditions for machining centers审议中审议中4ISO 107917(2)工作精度检测 (切削实验 ) 圆锥台 (NAS 979标准 )(M3)目的：5轴联动精度 四角锥台 (日本提案 )(M4)目的：圆度，垂直度，平行度的评价ISO 107916(1)插补运动检测 3轴联动控制运动：利用 Ball bar，Rtest检测目的：轴的几何误差工作台回转精度的评价 5轴联动控制运动 (圆锥台的底面 )：利用 Ball bar检测目
4、的：和圆锥台的工作精度比较(不用精加工就可以测量精度 )精加工专用仪器测量5插补运动检测插补运动检测工作精度检测工作精度检测的的主要检测方法主要检测方法插补运动插补运动专用检测仪器专用检测仪器Ball bar球杆仪英国 Renishaw公司的QC20球杆仪RtestNetherland , IBS 公司的Rtest 仪1维 sensor3维 sensor购入后1年当中 2次破损(修理)6感度方向：伸缩方向Ball bar的感度方向YZXBall barYZ面OM理想圆弧3轴联动控制运动轴联动控制运动不检测感度方向以外的变化Spindle side标准长度:100mmBall barTable
5、side2球之间球杆的伸缩量LVDT（Linear Variable Differential Transformer) Ball bar： 可以测量3维运动保持2球之间距离不变的运动7变动:误差利用利用3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法XACZY对于旋转轴的旋转运动始终保持一定方向球杆仪AYZ球杆仪 (ballbar)AYZ英国 Renishaw公司的 QC20球杆仪A YZA轴半径方向A轴轴线方向A轴切线方向工作台回转式5轴加工中心8A轴轴线方向 A轴切线方向A轴半径线方向C轴轴线方向 C轴切线方向C轴半径线方向9利用利用3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法090180270
6、测量结果例C轴切线方向XYC090180270090180270CXYC轴半径方向C轴轴线方向XY1div.: 1m1div.: 1m1div.: 5mCCWCW10利用利用3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法C轴切线方向090090C轴半径方向1div.: 1mC轴轴线方向0901div.: 1m1div.: 5mAYZAYZ AYZ11利用利用3轴联动的性能评价方法轴联动的性能评价方法测量结果例轴的垂直度轴的垂直度A轴和轴和C轴之间的垂直度轴之间的垂直度等等-可以评价可以评价轴机床固有的误差轴机床固有的误差Rtest 和 Ball bar 之间的比较Data有互换性12利用测量结果利
7、用测量结果15 10 in2 1/2 in 2.0 0.0002 inEnd millWorkpieceZWXWYW(b) Cutting method(a) Work piece直径差倾斜角圆度同轴度5轴联动加工当适用于工作台回转式5轴加工中心的时候以主轴头回转式5轴加工中心为对象方位 (中心坐标 )倾斜角直径半顶角利用圆锥台模仿5轴联动控制运动工作精度实验方法: NAS 979(1969)Ball bar 检测135轴联动控制运动轴联动控制运动的检测方法的检测方法 (ISO10791-7)倾斜回转工作台=10=15Ball bar主轴虚拟的圆锥台中心坐标 (X,Y,Z)不需要加工，就可以检
8、测评价精度的方法圆锥台的精加工切削（牧野铣床有限公司）实际现场的加工实验 利用 Ball bar 检测 (日本提案 )453014模拟圆锥台的运动模拟圆锥台的运动 (ISO10791-6)日本提案的测量方法 瑞士提案的测量方法(X, Z)(X1, Z1)D=2R半顶角15度, 倾斜角10度 半顶角45度, 倾斜角30度模拟圆锥台5轴联动控制运动的检测时球杆仪的设定和运动路径(X1, Z1)(X, Z)D=2RR=96.5926R=70.710715ISO提提案案的测量方法的测量方法半頂角 15，傾斜角 10 半頂角 45，傾斜角 30小 A轴的运动范围 大小 Z轴的运动范围 大大 速度变化 小
9、指令值，可以按照尖端的点来控制但，需要注意这个时候的公差值16模拟圆锥台模拟圆锥台5轴联动控制运动轴联动控制运动圆度 24.8 m 圆度 21.3 m半頂角15度, 倾斜10度 半頂角45度, 倾斜30度1div.:5.0m东京农工大学的5轴加工中心R=96.5926 mm R=70.7107 mm17Ball bar球杆仪球杆仪的测定结果的测定结果SimulationBall bar measurementFeed speed F1000 mm/min Feed speed F1000 mm/minSimulation: 东京农工大学的技术R=96.5926 mmR=70.7107 mm18
10、和和 Simulation的比较的比较19进给速度F 400 mm/min工具转速1000 min1 20 mm 2刃立铣刀（HSS)在机上可以直接检测直线度，垂直度，平行度使用使用5轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行4角锥台的精加工角锥台的精加工 （ISO 10791-7，M4）(日本提案日本提案)XY半顶角 15测定长度92.49mm倾斜角 20Offset位置(0, 0, 150)90四角锥台ZP1P4P3 P2加工开始点特征： 通过5轴联动控制的直线切削检测： LVDT（机上测量）以直尺为基准，考虑到了直线轴的误差20使用使用5轴联动控制运动进行轴联动控制运动进行4角锥台的精加工实验
11、角锥台的精加工实验21-40-200204020 10 0 -10Position mmDeviation m-40-2002040-30-20-10 0 10Deviation mPosition mmP1P2100-10-40 -20 0 20 40Position mmDeviation mP2P3-10010-40 -20 0 20 40Position mmP1P4Deviation mFeed directionXYPrismoidP1P4P3P2Start pointWork piece： A5052进给速度F 400 mm/min工具转速1000 min1 20 mm 2刃立铣刀（HSS)切削后实验片的轮廓形状切削模拟计算3轴联动控制运动检验评价5轴机床固有的几何误差回转轴固有的螺距误差，中心轴的倾斜5轴联动控制运动圆弧插补：没有很多的信息依据条件有可能能检验联动精度直线插补：直线度，垂直度，平行度正在研究中22用最先进的技术用最先进的技术检验评价检验评价5轴轴数控机床数控机床完以上是本次演讲的内容，很希望这次演讲能对中国机床产业的发展有利，谢谢。
