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五軸聯動數控加工中心憑借其加工復雜空間曲面的優良性能，被廣泛應用于航空航天、精密機械及高精醫療

設備等行業領域。數控加工中心的加工精度將直接影響加工產品的質量，由于加工中心精度不足而導致加工精度下降的問題日益凸顯。所以如何快速高效地識別數控加工中心誤差并改善精度已經成為一項非常重要且有意義的研究內容。

常用的加工中心誤差測量方法有標準試件切削和儀器檢測^M。標準試件切削方法是切削標準試件，通過標準試件的加工精度來表征加工中心的工作精度，常用的標準試件有：美國航天局的NAS979試件^s、日本的四角錐臺試件^S和中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司提出的S形檢驗試件^s。采用試件切削的方法，能夠將加工中心本身的加工、安裝過程中的缺陷等信息都體現在標準試件上，通過對所加工的試件進行分析，就能對數控加工中心的整體性能進行評價。但是，試件切削的方法需要耗費大量的材料與時間，而且由于多種影響因素之間的耦合作用，導致該檢測方法不便于誤差溯源，進而難以為提高加工中心的工作精度提供幫助。

常用的檢測儀器有激光干涉儀^[5]、球桿儀⁰、R-test測試儀等。激光干涉儀主要用于平動軸的幾何誤差檢測，球桿儀則是廣泛應用于旋轉軸幾何誤差檢測以及兩個平動軸聯動時的聯動精度。這兩種儀器均不能完備地檢測五軸加工中心的五軸聯動動態精度。使用R-Test測量時，將精度球安裝在刀軸上，測量裝置安裝在測量點處，通過測量精度球的實際位置與測量點在3個正交的方向上的偏差來表征加工中心在各位置點的誤差。

Masaomi Tsutsumi 和 Akinori Saito 將球桿儀用于測量雙轉臺五軸聯動數控加工中心在做四軸聯動時主軸和轉臺之間的相對位移，并建立了軌跡上各點位置誤差與相對位移之間的相互對應關系模型，通過兩次測量求解出了數控加工中心的8個位置誤差E⁷-⁹¹。S. Weik-ert利用新型誤差測量工具R - Test測得了五軸聯動數控加工中心刀具和工件沿既定軌跡連續運動時；T、F和Z三個方向上的相對誤差，通過反解得出數控加工中心在各個軸上的位置誤差及其不確定性^[1°^]。Bring mann和W. Knapp ^[11_^12]將R - test測試儀應用于旋轉軸位置誤差的確定，提出并實現了 3軸聯動圓軌跡的檢測方案。

五軸聯動數控加工中心是在三軸加工中心的基礎上添加兩個轉動軸構成的。隨著加工中心轉動軸的增加，加工中心誤差也增加了由轉動軸的運動帶來的非線性誤差。RTCP功能是目前高檔五軸數控加工中心普遍提供的功能，它可以有效地減小由轉動軸的運動導致的非線性誤差，顯
著提高了加工工件的質量。基于球桿儀和R - test的數控加工中心精度測量方法都是基于加工中心RTCP功能，目前這兩種測試方法都已經被收錄在國際標準ISO10791 -6的修訂版中^&3]。

但是ISO標準以及前述的研究中只能部分反映加工中心動態精度，無法完備地反映加工中心動態精度，且ISO檢驗合格的加工中心，在加工復雜工件時依然存在明顯問題。因此,本文提出了一種基于RTCP及S形試件的精度檢測的數控加工中心聯動精度檢測及優化方法。通過對具有形狀復雜、開閉角轉換等特點的標準S形試件試切，完成對加工中心加工精度的評價。通過加工中心運動制定RTCP檢測軌跡檢測加工中心精度，分析并搜索存在問題的驅動軸，指導伺服系統控制參數的優化與調整。最后通過對比加工中心調整前后五軸加工中心切削質量，驗證了上述方法的有效性和工程實用性。

1五軸加工中心RTCP檢測

1.1 RTCP功能簡介

RTCP功能是高檔五軸聯動數控加工中心基本功能之一，它使數控系統自動對旋轉軸的運動進行補償，工件安裝位置改變或刀具長度更改時無需重新編程，只需要將編程坐標與名義坐標原點的偏置值（雙轉臺型）或刀具旋擺中心與刀尖點距離（雙擺頭型）輸入到數控系統，就能確保刀具中心點始終位于編程軌跡上。其實現的核心思想為把數控程序中解析得到的各個運動軸的控制指令作為刀位描述信息，而非運動軸運動信息。然后進行坐標變化，變化后的結果作為各軸的運動軸的控制指令。

由圖1可知，當RTCP功能開啟時，理想情況下,通過五軸聯動配合使得刀尖點實際運動軌跡即為數控指令編程軌跡。而未開啟時,編程軌跡為刀軸軌跡，這使得刀具中心的平移，產生了非線性運動誤差,從而造成數控加工中心加工精度的降低。RTCP功能可以有效地保證運動軌跡為編程軌跡。

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結束語：

針對五軸數控加工中心聯動精度，本文提出了一種快速檢測及優化方法。利用五軸加工中心RTCP功能，在一條優于ISO標準軌跡的8字形軌跡下檢測五軸加工中心聯動精度。然后依據刀具刀尖點誤差軌跡的表現規律提出了基于軌跡相似性的加工中心動態誤差溯源方法。定位到與其他驅動軸不匹配的驅動軸，從而進行快速準確地優化加工中心參數以提升五軸加工中心動態性能。最后，利用具備加工中心性能綜合檢驗能力的S形試件驗證檢測及溯源優化方案的有效性。

利用本文提出的五軸數控加工中心聯動精度檢測及優化方法，工作人員可在加工中心維護和維修過程中，快速、全面判斷加工中心聯動性能是否合格。若不合格，則可以利用溯源方法快速、準確地定位數控加工中心的誤差軸，以便于開展有針對性的加工中心參數調整。此外，檢測人員可以針對加工中心結構和性能表現,選取特定的檢測軌跡(不止是8字形軌跡）檢測五軸加工中心聯動性能，達到更有針對性的加工中心聯動精度檢測。

五軸聯動加工中心聯動精度檢測及優化方法

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