五軸機床對機床裝備制造業(yè)意義非凡，RTCP功能是衡量五軸機床性能的重要指標。在執(zhí)行RTCP過程中，由于旋轉(zhuǎn)軸的加入，需要對直線軸進行非線性補償，因此旋轉(zhuǎn)軸和直線軸的伺服動態(tài)特性需要進行測定和調(diào)整，才能保證加工動態(tài)精度。文章對RTCP原理進行了簡單介紹，設計了一種五軸動態(tài)精度測定算法，通過該算法對五軸機床的5個伺服軸特性進行了強弱排序，從而對伺服參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整。以五軸葉輪加工為例，將伺服參數(shù)調(diào)整前后所加工的葉輪的加工質(zhì)量進行對比，證明該方法取得了較好的效果。
為了測試算法的可行性，對葉輪加工做了對比實驗，實驗過程及結(jié)果如下：
(1)嘉泰AC雙轉(zhuǎn)臺五軸機床(圖5);
(2)華中8型數(shù)控系統(tǒng);
(3)SSTT采樣軟件。
這里簡單介紹一下SSTT采樣軟件。SSTT是伺服調(diào)整工具(servo self test tools)的簡稱，主要用于配置華中8型數(shù)控系統(tǒng)的機床在線調(diào)試、診斷過程，也可以作為一種離線數(shù)據(jù)分析工具。本實驗主要通過SSTT工具采集各軸運動機床實際坐標數(shù)據(jù)，應用本文提出五軸動態(tài)精度測定方法來進行伺服參數(shù)調(diào)整，從而提高五軸RTCP動態(tài)特性。
第一步，按照機床原定的伺服參數(shù)，加工葉輪的流道、大葉片及小葉片。
第二步，采用RTCP動態(tài)精度測試方法，計算直線軸與直線軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸之間的不匹配度情況：
(1)以A軸測試為例，在SSTT采樣軟件上設置好測試程序的相關參數(shù)，生成采樣程序并發(fā)送到下位機。測試程序如下：
%12345; A軸行程-90°到0°，開啟RTCP功能，實現(xiàn)A、Y、Z軸聯(lián)動;
G54 X-10 Y-20 Z-30 F2000
G01 A0
G43.4 H1
M00
G01 A-90
M00
G01 A0
M30
機床運行該程序，由SSTT采集各軸的機床實際位置。當程序運行到G43.4 H1時，RTCP功能開啟，運行到第一個M00時，SSTT采樣開始，運行到第二個M00時，SSTT采樣結(jié)束。采樣過程中，以時域圖和圓軌跡圖顯示采樣情況，如圖6和圖7。
(2)由采集的各軸的機床實際位置，用本文上述的RTCP動態(tài)精度測試方法，計算直線軸與直線軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸之間的不匹配度。
第三步，通過計算結(jié)果來指導機床伺服參數(shù)(主要是軸的位置比例增益)調(diào)整，使其達到更佳的匹配狀態(tài)。如圖1所示，五軸RTCP功能最基本的原理是保證旋轉(zhuǎn)軸運動時刀具中心點保持不變，機床運動過程中使控制點繞著刀具中心點旋轉(zhuǎn)，其刀具中心點到控制點的距離稱為轉(zhuǎn)動半徑。由于雙轉(zhuǎn)臺類型結(jié)構(gòu)的五軸機床，在實際加工中，刀位點是連續(xù)變化的，因此轉(zhuǎn)動半徑也是變化的，在動態(tài)精度測定前需要確定一個參考的轉(zhuǎn)動半徑作為測試樣本用例。在本次實驗中根據(jù)葉輪的加工區(qū)域選擇最大的轉(zhuǎn)動半徑作為測試用例，測定速度2000 mm/min為實際葉輪加工的切削速度。測試中具體各軸調(diào)整情況如下：
(1)A軸
Y、Z、A軸伺服匹配見表1。
同理計算旋轉(zhuǎn)軸和直線軸之間的不匹配度為-0.947 μm。
按照以上步驟計算A軸和C軸的各組實驗數(shù)據(jù)，比較實驗數(shù)據(jù)得實驗結(jié)果。
A軸測定條件下，匹配情況最好時，A軸、Y軸和Z軸的位置比例增益分別為：A1300，Z1283，Y1280。
(2)C軸
X、Y、C軸的伺服匹配見表2。
C軸測定條件下，匹配情況最好時，C軸、X軸和Y軸的位置比例增益分別為：C1280，X1280，Y1280。
第四步，調(diào)整參數(shù)后再次加工葉輪。
第五步，對比分析兩次加工的葉輪的質(zhì)量狀況，從而分析算法的可靠性和可行性。
(1)調(diào)整前流道靠近小葉片頂端區(qū)域有明顯的過切痕跡，調(diào)整后過切痕跡消失，表面光滑， 見圖8。
(2)調(diào)整前大葉片背面底部有明顯的過切痕跡，調(diào)整后過切痕跡消失，表面光滑，見圖9。
從實驗結(jié)果來看，經(jīng)過五軸動態(tài)精度測定調(diào)整伺服參數(shù)后，葉輪中流道部分和葉片部分過切痕跡消失，加工表面質(zhì)量有明顯改善，取得非常好的效果，說明該五軸動態(tài)精度測定方法有效，具有現(xiàn)場應用調(diào)試能力。
本文提出的五軸動態(tài)精度測定方法，通過現(xiàn)場應用調(diào)試，葉輪加工實驗對比，以及分析實驗結(jié)果可知，該方法確實能反映機床的動態(tài)精度，能夠指導提升機床的加工精度和表面光潔度。
