国家标准 GB/T39953一2021 五轴联动加工中心 RICP精度检验 5-axissimultaneousmaehiningeenter一estingoftheaeeuraeyforRICP 2021-03-09发布 2021-10-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T39953一2021 目次前言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 -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 A 检验工具 4.6 软件补偿简图及轴线命名 .8最小公差 5 RTP精度,运动精度,插补精度检验 5.1RTCP精度检验 5.2运动精度检验 5.3插补精度检验附录A(资料性附录双摆头结构机床的圆弧运动精度附录B(资料性附录双转台结构机床的圆弧运动精度 10 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 13 附录E(资料性附录误差图形展示范例 15
GB/39953一2021 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由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、工程物理研究院机械制造工艺研究所成都飞机工业(集团)有限责任公司、科德数控股份有限公司、成都普瑞斯数控机床有限公司,大连理工大学本标准主要起草人:王伟、丁杰雄、张维、黄祖广,姜忠,牟文平、陈妍言、李书林陈虎、丁启程、刘海波、肖红、杜丽
GB/39953一2021 五轴联动加工中心 RICP精度检验范围本标准规定了五轴联动工中心的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/T17421.1一1998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 conditionsforma- so107916;204加工中心检验条件第G部分;进给速度与插补精度(Tetd 1centresPart6:Accuraeyofspee hining cdsandinterpolations) 术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 刀具中心点跟随功能rotationtooleentrepoint;RTCP 在工件坐标系中能响应回转轴瞬间位置空化,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 3.2 RICP精度RRTCPaeeuraey 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 -般要求 41测量单位本标准中线性尺寸,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(4rad)或角秒(")表示表达式的等效关系如下 0.010/1000=10×10-‘=104rad~？" 4.2参考标准使用本标准时,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
GB/T39953一202 按GB/T17421.1一1998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 630mm，圆度公差<0.005mm,径向圆跳动0.003nmm 4.3检验顺序本标准所列出的检验项目的顺序,并不表示实际的检验顺序,为了装拆检验工具和检验方便,可按任意顺序进行检验 4.4检验项目检验机床时,可根据需求选择本标准中的检验项目为了验收目的而要求检验时,可由用户与机床制造方共同协商检验项目,检验项目不应超出机床订货技术协议约定的范围 4.5检验工具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 4.6软件补偿在检验过程中使用补偿软件时,应在制造方和用户达成协议后使用,并且应在检验报告中说明应注意当使用补偿软件时,轴线不能锁紧简图及轴线命名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 为简明起见,本标准检验项目中仅附一种双摆头结构形式的简图图1双摆头结构形式
GB/39953一2021 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/T17421.1一1998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 RICP精度、运动精度、插补精度检验 5.1RICP精度检验 RTCP精度检验见表1
GB/T39953一202 表1RICP精度检验检验项目 A轴旋转与线性轴X轴,乙轴和Y轴、Z轴同步运动的RTCP精度沿x轴; a b 沿Y轴; 沿Z轴 c 简图 -90 A=-90 a)和b 公差 ,b)和c) a 0,05 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轴置于十90"并锁紧 D)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十90、A-90",A0`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); 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)e)过程 ),b)、e)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/39953一2021 表1续) G2 检验项目 C轴旋转与线性轴X轴、Y轴同步运动的RTCP精度沿X轴; a b沿Y轴简图 C=+90° n)和 a),b 0.05 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/T17421.1一1998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轴置于一60'(或十60")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十90',.C+180".C十270"四个位置",进给速度为F300一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) D),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/T39953一2021 表1续) 检验项目 G3 B轴和C轴联动与线性轴X轴、Y铀、Z轴同步运动的RTCP精度 a)沿X轴; b) 沿Y轴; 沿乙轴简图 " -90 -90" C=+90 公差 a)、b),c) 0.05 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.l一1998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上为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°C0°、A十90°C'十180"、A0°C360"三个位置',进给速度为F300F1000,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). 沿Z轴方向固定指示器,测量方法同a)， )误差分别计算,误差值以指示器读数的最大绝对值计 a)、b)、c) 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
GB/39953一2021 5.2运动精度检验运动精度检验参见附录A、附录B、附录C 5.3插补精度检验插补精度检验参见附录D
GB/T39953一2021 附录 A 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 AG 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乙轴轴线的夹角、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,参见附录E 每次拆装球杆仪后进行主铂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
GB/39953一2021 表A.1续) AG2 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: 工件坐标系x方向,Em.x.xrzNc; a b 工件坐标系Y方向,Em,Y.,xzNc; 工件坐标系Z方向,Em.zxze 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检验方法移动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致将位移测试仪对准插人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 ),b)和e)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Iso107916;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/T39953一2021 附录 B 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 BG1 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旋转工作台主轴侧球; -A轴平均线; -工作台侧球主轴侧球轨迹 -工作台侧球安装中心线 C 球杆仪假想的锥底轨迹; 轴平均线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,编程锥体基圆与工作台表之间的角度及锥体顶角,或分别按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d.,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 10
GB/39953一2021 表B.1续) B2 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工件坐标系x方向,Em.x.xYzNc a b 工件坐标系Y方向,Ea.y.xzNe; 工件坐标系Z方向,Em.zz 简图区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,嵌人式传感器(R-tes),或球杆仪检验方法移动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R 处,移动乙轴至距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人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 D),b)和e)分别计算,误差以最大和最小读数差值计 1
GB/T39953一2021 录附 C 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 C(G1 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 A轴平均线旋转工作台主轴侧球; -工作台侧球主轴侧球轨迹; 工作台侧球安装中心线; 球杆仪 C轴平均线假想的锥底轨迹; 公差由制造方和用户协商确定检验工具球杆仪检验方法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 12
GB/39953一2021 录附 D 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 DG 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,Em.x.xzNc; bb 工件坐标系Y方向,Emy.xzwe; 工件坐标系Z方向,E,.z.xzNc，简图 300 200 100 300 200o 100 200 -100 -200 Y/mm XVmm -300 公5 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,嵌人式传感器(R-tes),或球杆仪检验方法主轴端面(主轴标准线)至精密球距离L为l50mm(实际测试中的设置以刀长实际测量值为准) C轴转速为 r30一FlI0或制造方与用户协商达成一致设定RTCP功能生效沿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 a b)以函数A=RAsin(w(/十妒,)为运动函数旋转A轴,同时以函数c=Re.cos(w/十fe)为运动函数旋转 C轴,R，和R为A轴和C轴的运动行程范围,为运动参数,o,oe,仰,P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A=0,f=开/2,@=2u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 13
GB/T39953一202 表D.1续) DG2 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工件坐标系X-轴方向,Ea.x.xzc; a b 工件坐标系Y-轴方向,Ea.y.xzNce; 工件坐标系Z轴方向,E叫.z.xzc 简图 30o0 " 20o I00 公差由制造方和用户协商确定检验工具球头精密检测芯棒和平端面测头线性位移测试器,嵌人式传感器(R-test),或球杆仪检验方法主轴端面至精密球距离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F300F1000或制造方与用户协商达成一致设定RTCP功能生效沿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3次均匀B样条曲线丽数为Q()= t1] P,1E[0,l],回转轴 5 A轴和C轴的运动函数,其中尸=(A,')为样条曲线的控制顶点,控制顶点由回转轴A饷和C轴的运动行程范围确定，为三次均匀B样条曲线参数.Q()=[A().c()]则为回转轴运动曲线的型值点坐标,如图 b)所示进给速度为F300~F000,或者由制造方和用户协商确定同步实时记录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 c 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 14
GB/39953一2021 录附 E 资料性附录误差图形展示范例球杆仪测试数据应基于球杆旋转的标称角度绘制圆度图像,如图E.1所示一些用于球杆仪圆插补测试的商业软件默认情况下会执行自动圆心对齐,在本标准涉及的测试项目中应将该功能关闭,直接球杆仪的“原始”读数(其长度的变化) 在绘图的基础上,应记录最大和最小记录值之间的差异球头芯轴和线性位移测试器检测数据,应通过线性位移测试器的检测值曲线展现误差,如图E.2 所示时针CWD 90 逆时针cCwD 6C 120 10m/div 150 30 180 210 330 240 300 270 图E.1球杆仪测试数据绘图范例 40 20 -20 -40 -60 10 15 20 25 30 35 40 45 50 测量行程图E.2球头芯轴和线性位移测试器测试数据绘图范例

五轴联动加工中心RTCP精度检验GB/T39953-2021

一、五轴联动加工中心概述

五轴联动加工中心是一种高精度、高效率的机床，主要用于加工复杂曲面零件。它相比于传统的三轴加工中心，可以实现更加灵活多样的加工方式，提高了加工效率和精度。

二、RTCP技术介绍

RTCP（Rotation Tool Center Point）是五轴联动加工中心中常用的加工技术之一。它通过控制刀具和工件之间的相对位置关系，保证了在加工过程中刀具的旋转中心点始终固定不变。这样可以避免由于刀具位置的变化而引起的加工误差。

三、GB/T39953-2021标准要求

GB/T39953-2021是针对五轴联动加工中心RTCP精度检验的标准，其中规定了RTCP精度的检验方法和要求。具体包括：

RTCP精度的定义和计算公式
检验设备和工具的要求
检验方法的步骤和注意事项
检验结果的判定标准

四、RTCP精度检验方法

RTCP精度检验通常需要使用专门的检测仪器和工具，具体的检验步骤如下：

安装待检测的刀具和夹具，并进行调试
将检测用工件夹紧在机床上，并进行定位和校正
按照GB/T39953-2021标准中的方法，使用检测仪器对RTCP精度进行检验
根据检验结果进行分析和判定，确定机床是否符合要求

五、结论

通过本文的介绍，我们可以看到RTCP技术在五轴联动加工中心中的重要性，以及GB/T39953-2021标准对RTCP精度的要求和检验方法。只有在保证RTCP精度的情况下，才能使五轴联动加工中心发挥出最大的效益。