(高清版)GBT 39953-2021 五轴联动加工中心 RTCP精度检验

ICS25.040.10RTCP精度检验国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T39953—2021 I 4一般要求 4.1测量单位 4.2参考标准 4.3检验顺序 4.4检验项目 24.5检验工具 24.6软件补偿 4.7简图及轴线命名 24.8最小公差 3 35.1RTCP精度检验 35.2运动精度检验 75.3插补精度检验 7附录A(资料性附录)双摆头结构机床的圆弧运动精度 8附录B(资料性附录)双转台结构机床的圆弧运动精度 附录C(资料性附录)摆头和转台复合结构机床的圆弧运动精度 附录D(资料性附录)机床变速运动圆弧插补精度 附录E(资料性附录)误差图形展示范例 IGB/T39953—2021本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC22)归口。本标准起草单位：电子科技大学、国家机床质量监督检验中心、中国工程物理研究院机械制造工艺连理工大学。1GB/T39953—2021本标准规定了五轴联动加工中心的RTCP精度的检验要求、检验方法以及相应的公差。本标准适用于包含三个线性轴和两个回转轴的双摆头结构、双转台结构、摆头和转台复合结构的五轴联动加工中心(以下简称机床)。其他结构五轴联动加工中心，可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T17421.1—1998机床检验通则第1部分：在无负荷或精加工条件下机床的几何精度ISO10791-6:2014加工中心检验条件第6部分：进给速度与插补精度(Testconditionsforma-chiningcentres—Part6:Accuracyofspeedsandinterpolations)3术语和定义3.1下列术语和定义适用于本文件。在工件坐标系中能响应回转轴瞬间位置变化，并保持刀具中心点坐标不变的机床数控系统的功能。注：RTCP误差为在启用RTCP功能情况下，进行多轴联动时刀具中心点坐标的误差值。RTCP精度RTCPaccuracy在启用RTCP功能情况下，检测多轴联动时刀具中心点理论坐标值与实际坐标值的接近程度。4一般要求本标准中线性尺寸、偏差和相应的公差的单位为毫米(mm),角度尺寸的单位为度(°),角度偏差和相应的公差用比值表示，但在某些情况下为了清晰，可用微弧度(μrad)或角秒(”)表示。表达式的等效关系如下：0.010/1000=10×10-⁶=10μrad≈2”使用本标准时，机床检验前的安装、主轴和其他运动部件的升温、检验方法和检验工具的推荐精度2GB/T39953—2021按GB/T17421.1—1998的规定。本标准使用的球形端精密检测芯轴(简称球头芯轴)的球直径本标准所规定的检验工具仅为举例。可以使用相同指示量和具有相同精度的其他检验工具。指示器应具有0.001mm或更高的分辨力。本标准涉及的五轴联动加工中心双摆头结构形式、双转台结构形式以及摆头和转台复合结构形式的简图及轴线命名见图1、图2和图3。3GB/T39953—2021图2双转台结构形式图3摆头和转台复合结构形式4.8最小公差当实测长度与本标准规定的长度不同时，公差应根据GB/T17421.1—1998中2.3.1.1的规定，按能够测量的长度折算。折算结果小于0.005时，仍按0.005计。5.1RTCP精度检验RTCP精度检验见表1。4GB/T39953—2021检验项目A轴旋转与线性轴X轴、Z轴和Y轴、Z轴同步运动的RTCP精度：a)沿X轴；简图ZYFA=-90°a)和b)A=90A=90公差a)、b)和c)检验工具球头芯轴、指示器或线性位移测试仪。检验方法检验时未参加检验的线性运动部件应置于其行程的中间、回转运动部件应置于其0点位置。设定主轴端面至精密球球心距离L为150mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准)。设定RTCP功能生效。C轴置于+90°并锁紧。a)沿X轴方向固定指示器，移动机床使其测头与芯轴球形端接触，找到球面最高点，将指示器读数调零。分别旋转A轴依次到A0°、A+90°、A-90°、A0°四个位置⁴,进给速度为F300～F1000,并在固定位置记录读数；b)沿Y轴方向固定指示器，测量方法同a);c)沿Z轴方向固定指示器，测量方法同a)。将C轴置于0°并锁紧，再次执行a)～c)过程。a)、b)、c)误差分别计算，误差值以指示器读数的最大绝对值计。“依据回转轴C轴的运动行程设定C轴的检测位置进行测量。5GB/T39953—2021表1(续)检验项目C轴旋转与线性轴X轴、Y轴同步运动的RTCP精度：简图a)和b)公差检验工具球头芯轴、指示器或线性位移测试仪。检验方法(按GB/T17421.1—1998中5.2.1.1、5.2.3规定)检验时未参加检验的线性运动部件应置于其行程的中间、回转运动部件应置于其0点位置。设定主轴端面至精密球球心距离L为150mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准)。设定RTCP功能生效。A轴置于-60°(或+60°)及0°位置锁紧。a)沿X轴方向固定指示器，移动机床使其测头与芯轴球形端接触，找到球面最高点，将指示器读数调零。分别旋转C轴到C0°、C+90°、C+180°、C+270°四个位置“,进给速度为F300～F1000,并在固定位置记录读数。b)沿Y轴方向固定指示器，测量方法同a)。a)、b)误差分别计算，误差值以指示器读数的最大绝对值计。依据回转轴C轴的运动行程设定C轴的检测位置进行测量。GB/T39953—2021检验项目B轴和C轴联动与线性轴X轴、Y轴、Z轴同步运动的RTCP精度：a)沿X轴；b)沿Y轴；简图公差检验工具球头芯轴、指示器或线性位移测试仪。检验方法(按GB/T17421.1—1998中5.2.3.1.3、5.2.3.2.2、5.2.3.3.2的规定)设定主轴端面至精密球球心距离L为150mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准)。设定RTCP功能生效。a)沿X轴方向固定指示器，移动机床使其测头与芯轴球形端接触，找到球面最高点，将指示器读数调零。分别依次旋转A轴、C轴到A0℃0°、A+90℃+180°、A0℃+360°三个位置⁵,进给速度为F300～F1000,并在固定位置记录下读数；b)沿Y轴方向固定指示器，测量方法同a);c)沿Z轴方向固定指示器，测量方法同a)。a)、b)、c)误差分别计算，误差值以指示器读数的最大绝对值计。在指示器不干涉情况下，依据回转轴B轴、C轴的运动行程设定B轴、C轴的检测位置进行测量。67GB/T39953—2021插补精度检验参见附录D。8(资料性附录)双摆头结构机床的圆弧运动精度双摆头结构机床的圆弧运动精度参见表A.1。表A.1双摆头结构机床的圆弧运动精度检验项目AG1五轴联动时，刀具中心轨迹沿斜圆锥台运动时的误差。简图公差由制造方和用户协商确定。检验工具球杆仪。检验方法设定机床按照斜圆锥台形轨迹运动，斜圆锥台的轴线与Z轴轴线的夹角、斜圆锥台锥角应分别为10°和30°,或30°和90°。机床主轴一侧球杆仪的球应安装在主轴中心线上，球杆仪应垂直于圆锥表面。圆弧轨迹的直径约为200mm,进给速度应为1000mm/min。根据圆轨迹直径不同，进给速度可进行调整。每次检验，应记录球杆仪在圆弧运动下的读数(移到最后一行)。圆弧轨迹的公称直径应予以记录。若可能，每个轴线(三个线性轴和两个回转轴)的移动范围应予以记录。在顺时针(CW)和逆时针(CCW)方向的测量均应进行，并应予以记录。测量结果推荐采用图形表示，参见附每次拆装球杆仪后进行主轴侧小球和工作台侧小球的重新校准，球杆仪的主轴侧球应对准主轴中心线。误差以最大和最小读数差值计。9表A.1(续)检验项目五轴联动时，刀具中心沿工件坐标系中一固定点轨迹运动的误差：a)工件坐标系X方向，Eint,x,xyZAC;b)工件坐标系Y方向，Eint,y,xYZAc;c)工件坐标系Z方向，Eint,z,XYZAC。AG2公差由制造方和用户协商确定。检验工具球头芯轴和线性位移测试或球杆仪。移动B轴和C轴到0°。设定RTCP功能生效。采用球头芯轴和平端面测头位移测试仪(器)时：主轴端面(主轴标准线)至精密球距离L为150mm。进给速度应为F300～F1000或制造方与用户协商达成一致。将位移测试仪对准插入主轴中的精密球并移动主轴至平均跳动值位置处。将触及精密球的位移测试仪调零。移动C轴从0°至180°、B轴从0°至90°。连续移动C轴从180°至360°、B轴从90°至0°。B轴和C轴在移动过程尽量避免与球柄产生干涉。记录位移测试仪读数。主轴端面至精密球距离，L应予以校准并记录。精密球心应与主轴平均线对正。a)、b)和c)检验时，可用安装在机床工作台上的3个位移测试仪或传感器组同步完成。建议记录每一轴线(三个线性轴和两个回转轴)的移动范围。对于球杆仪如何配置及注意事项，参见ISO10791-6:2014中附录D。测量结果推荐采用图形表示，参见附录E。a)、b)和c)分别计算，误差以最大和最小读数差值计。在C轴的顺时针方向和逆时针两个方向的测量均应进行。GB/T39953—2021(资料性附录)双转台结构机床的圆弧运动精度双转台结构机床的圆弧运动精度见表B.1。表B.1双转台结构机床的圆弧运动精度检验项目五轴联动时，刀具中心轨迹沿斜圆锥台运动时的误差。简图说明：1———旋转工作台；4—-—主轴侧球；7—-—A轴平均线；2---—工作台侧球；5--—主轴侧球轨迹；8----工作台侧球安装中心线；3-——球杆仪；6--——假想的锥底轨迹；9—--—C轴平均线。公差由制造方和用户协商确定。检验工具球杆仪别按30°和90°。球杆仪在工作台一侧的安装位置，距C轴中心线的距离d应为旋转工作台直径的10%,见图b)所示。圆轨迹的直径约为200mm。圆周进给速度为1000mm/min。根据圆轨迹的直径不同，进给速度可进行调整。工作台一侧球位置最好高于A轴中心线。工作台一侧球偏离A轴平均线da,应予以记录。每次检验，应记录球杆仪在圆弧插补运动下的读数。圆弧轨迹的公称直径计偏离d应予以记录。主轴端小球球心应校准在主轴平均线上。任何校准误差都将影响测量结果。在测量中(由于旋转工作台转角不同)固定在旋转工作台上球杆仪磁性套管的夹具所承受的重力会发生变化，因此应有足够的刚性，以减少对测量结果的影响。若可能，每个轴线(三个线性轴和两个回转轴)的移动范围应予以记录。测量结果推荐采用图形表示，参见附录E。在顺时针(CW)和逆时针(CCW)的测量均应进行。误差以最大和最小读数差值计。每次拆装球杆仪后进行主轴侧小球和工作台侧小球的重新校准，球杆仪的主轴侧球应对准主轴中心线。注：执行基圆角度30°、锥体顶角90°轨迹运动检验时，尤其要求A轴和Z轴比第一配置有更大移动范围。表B.1(续)检验项目五轴联动时，刀具中心轨迹沿实际在工件坐标系中一固定点轨迹运动时的误差：a)工件坐标系X方向，Eint,x,xyZAC;b)工件坐标系Y方向，Eint,Y,XYZAC;c)工件坐标系Z方向，Eint,z,XYZAC。简图公差由制造方和用户协商确定。检验工具球头芯轴和线性位移测试器，嵌入式传感器(R-test),或球杆仪。移动A'轴和C'轴到0°,设定RTCP功能生效。主轴端面(主轴标准线)至精密球距离L设置为150mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准)。C'轴转速为F300~F1000或制造方与用户协商达成一致。移动Y轴至距旋转工作台C'轴平均线Rc处，移动Z轴至距A'轴平均线R。处。球头芯轴的位置，距C轴中心线的距离应为旋转工作台直径的10%。采用球头精密检测芯棒和平端面测头位移测试仪时：将位移测试仪对准插入主轴中的精密球并移动主轴至平均跳动值位置处。将触及精密球的位移测试仪调零。移动C轴从0°至180°、A轴从0°至90°。连续移动C轴从180°至360°、A轴从90°至0°。A轴和C轴在移动过程尽量避免与球柄产生干涉。记录位移测试仪读数。主轴端面至精密球距离，L应予以校准并记录。精密球心应与主轴平均线对正。任何校准误差都将影响测量结果。a)、b)和c)检验时可用安装在机床工作台上的3个位移测试仪或传感器组同步完成，建议记录每一轴线(三个线性轴和两个回转轴)的移动范围。对于球杆仪配置及注意事项，见ISO10791-6:2014中附录D。测量结果推荐采用图形表示，参见附录E。在C轴的顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)均应进行检验。a)、b)和c)分别计算，误差以最大和最小读数差值计。GB/T39953—2021(资料性附录)摆头和转台复合结构机床的圆弧运动精度摆头和转台复合结构机床的圆弧运动精度见表C.1。表C.1摆头和转台复合结构机床的圆弧运动精度检验项目五轴联动时，刀具中心轨迹沿斜圆锥台运动时的误差。简图说明：1——旋转工作台；2——工作台侧球；3——球杆仪；4———主轴侧球；5———主轴侧球轨迹；6———假想的锥底轨迹；7—A轴平均线；8——工作台侧球安装中心线；9———C轴平均线。公差由制造方和用户协商确定。检验工具球杆仪。编程锥体基圆与工作台表面之间的角度及锥体顶角，分别按10°和30°,或分别按30°和90°球杆仪在工作台一侧的安装位置，距C轴中心线的距离应为旋转工作台直径的10%。设定RTCP功能生效。锥体轴线倾斜的偏移量d见图b)所示。球杆仪应尽量垂直于锥面。圆轨迹的直径约为200mm。圆周进给速度为1000mm/min。如果上述直径不同，进给速度应进行调整。应记录球杆仪在圆弧插补运动下的读数。圆弧轨迹的公称直径及偏离d应予以记录。主轴端面(主轴标准线)至在主轴一侧球的距离L应予以校准和记录。球杆仪在主轴一侧的球要校准在主轴平均线上。在测量中(由于旋转工作台转角不同)固定在旋转工作台上球杆仪磁性套管的夹具所承受的重力会发生变化，因此应有足够的刚性，以减少对测量结果的影响。若可能，每个轴线(三个线性轴和两个回转轴)的移动范围应予以记录。测量结果推荐采用图形表示，参见附录E。在C轴的顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)均应进行检验。误差以最大和最小读数差值计。(资料性附录)机床变速运动圆弧插补精度机床变速运动圆弧插补精度见表D.1。表D.1机床变速运动圆弧插补精度检验项目五轴联动时，刀具中心轨迹沿正弦轨迹运动时的误差：a)工件坐标系X方向，Eint,X,XYZAC;b)工件坐标系Y方向，Eint,y,xYZAc;c)工件坐标系Z方向，Eit,z.XYZAC简图公差由制造方和用户协商确定。检验工具球头芯轴和线性位移测试器，嵌入式传感器(R-test),或球杆仪。主轴端面(主轴标准线)至精密球距离L为150mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准)。C轴转速为F300～F1000或制造方与用户协商达成一致。设定RTCP功能生效。a)沿X轴、Y轴和Z轴方向分别安装线位移测试器，移动机床使3个传感器测量方向均通过芯轴球的轴心。b)以函数A=RA·sin(wAt+φA)为运动函数旋转A轴，同时以函数C=Rc·cos(wct+9c)为运动函数旋转C轴，RA和Rc为A轴和C轴的运动行程范围，t为运动参数，wA,wc,φA,φc为运动函数参数，可依据机床结构确定或者由制造方和用户协商确定。简图为φA=0,φc=π/2,wc=2wA参数下检测轨迹的形状。进给速度为F300～F1000,或者由制造方和用户协商确定。c)同步实时记录3个线位移测试器的位移值，并通过空间三维图和平面投影图形式展现误差。参见附录E。在C轴的顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)均应进行检验。误差以最大和最小读数差值计。GB/T39953—2021检验项目五轴联动时，刀具中心轨迹沿样条轨迹运动时的误差：a)工件坐标系X-轴方向，Eint,x,xyZAC;b)工件坐标系Y-轴方向，Eint,y,xYZAC;c)工件坐标系Z-轴方向，Eint,z.XYZAC。简图公差由制造方和用户协商确定