CALIBRATION & SETUP标定、干涉与夹具、刀具

◎运动学标定（旋转中心的测量）

• 为什么需要多轴加工误差的原因之一，是 NC 所持有的运动学（旋转轴位置、方向的模型）与实机之间的偏差。转动旋转轴时这一偏差会变成加工件的误差，所以需要让模型接近实机。旋转轴的矢量会因温度变化等而改变，因此需要定期确认。^[1][2][3]
• 做法在工作台上安装刚性高的标准球（校准球），用已标定的测头，测量旋转轴转到几个角度时球心的位置。根据测得的值计算旋转轴的中心位置和方向，改写 NC 的机床配置参数（运动学表）。^{[2][1][4][3][5][6]}

步骤示例

1. 标定测头（运动学测量的前提）^[1]
2. 把半径准确已知、刚性高的标准球固定在工作台上（位置任意，但要选转动旋转轴时不会碰撞的地方）^[1][2]
3. 测量之前，先保存当前的运动学（以便结果不好或停电时可以恢复）^[1]
4. 每个旋转轴在 3 个以上的角度测量球。Siemens CYCLE996 每个轴测 3 次，角度约每隔 120°（理想状态是构成正三角形）^[2]
5. 测完所有旋转轴后进行计算并写入补偿值（可选择只测量，或一直做到改写）^[2][1]
6. 运动学改变后，预设（工件原点）也会改变。补偿后要重新设置预设^[1]

各公司的标定功能

• 前提示例使用 KinematicsOpt 的条件：测头已标定、刀具轴为 Z、运动学的描述完整且尺寸以约 1 mm 的精度输入、机床整体几何已由机床厂家测量。坐标变换（原点偏移、镜像、旋转、缩放）要先取消（有碰撞危险）。单一资料·仅供参考^[1]

≡精度检验标准与球杆仪

• JIS B 6336-6:2018（ISO 10791-6:2014）加工中心—试验条件—第6部分：速度及插补运动的精度主轴转速、进给速度，以及用两个以上直线轴、旋转轴联动控制生成的插补路径的精度试验。适用对象为正交三轴＋1 个或 2 个旋转轴（A、B、C）的机床。附录按结构分别规定了五轴机床的运动试验（主轴头一侧 2 轴＝附录 A，工作台一侧 2 轴＝附录 B，主轴头一侧和工作台一侧各 1 轴＝附录 C）。^[8][9]
• 用球杆仪做五轴插补试验启用刀具中心点控制，同时运动旋转轴和直线轴，用球杆仪测量刀具尖端与工件的距离是否保持恒定。ISO 10791-6 的大多数试验都可以用球杆仪进行。刀具长度要准确输入为“从量规线到设定球球心”。第一次先不装球杆仪运行程序加以确认。单一资料·仅供参考^[9]
• JIS B 6336-7:2018（ISO 10791-7:2014）第7部分：加工精度以精加工条件加工标准试件来评价加工精度。考虑了三轴至五轴的加工中心。单一资料·仅供参考^[10]
• 大学的试件示例（四棱台）大阪工业大学的研究中，用刀具中心点控制、刀具姿态控制、工件安装误差补偿，加工了当时提议中的 ISO/CD 10791-7 的试件（用五轴联动直线运动加工的四棱台），并用斜面的直线度、垂直度、平行度进行评价。把进给的急剧变化和“C 轴旋转中心坐标的设置误差”列为误差原因，重新设置旋转中心并降低进给后得到改善。单一资料·仅供参考^[11]
• 相关标准（仅列名称）JIS B 6336 由第 1 部分（水平主轴的几何精度）到第 10 部分（热变形试验）组成。第 4 部分是直线、旋转运动轴的定位精度。引用了机床试验方法通则 JIS B 6190-1（对应 ISO 230-1:2012）。^[8][10]

!干涉检查与仿真

• 五轴机、复合机的运动复杂，不仅自动运行，手动操作时主轴与工作台等也有碰撞的危险。有在 NC 内用简易模型（长方体、圆柱、平面）持续检查的方法，也有在 PC 上用接近实际形状的 3D 模型预先检查的方法。单一资料·仅供参考^[12][13]
• 在 CAM 的工序中，先进行刀具路径仿真和干涉检查，再用后置处理器输出 NC 代码。后置处理器通常输出刀具尖端（TCP）的路径。单一资料·仅供参考^[2]
• 也可以用让控制软件与实机同样运行的虚拟机（Siemens VNCK），在上实机之前确认程序。单一资料·仅供参考^[2]
• 即使是 3+2 的分度，刀具与工件也可能碰撞，所以有时希望用手动进给（手轮）边观察边分度。单一资料·仅供参考^[14]
• 在倾斜面分度或旋转之前，先把刀具让到安全位置（Heidenhain：先定位到不干涉的位置。Haas：旋转前用 G53 退刀）。^[15][16]

CAM 一侧的检查请见 CAD/CAM 页面。

⊓工件的夹持（五轴用虎钳）

• 五轴中刀具会绕到工件的侧面和下侧，所以需要在避免与夹具、虎钳干涉的同时可靠夹持工件。使用低底座、钳口小的虎钳。^[17][18]
• 夹持毛坯底部（夹持量最小 3.5 mm）进行五面加工。低底座机身，刀具易于接近。单一资料·仅供参考^[17]
• 预先用高压在毛坯上压出钳口的形状（压印），靠形状咬合（形状约束）来夹持。夹持量为 3 mm。标准压印钳口适用于 35 HRC 以下的材料。单一资料·仅供参考^[18]
• 北川 V75V 被说明为五轴定心虎钳，重复精度 ±0.01 mm，1 台即可进行粗加工和精加工。单一资料·仅供参考^[17]

⌀刀具的选择

• 缩短悬伸：五轴可以倾斜刀具来避免刀柄与工件干涉，所以不必像三轴时那样把刀具伸出很长。悬伸短则刚性提高，精度、进给、振刀都会改善。^[12][19][20]
• 倾斜球头铣刀时，要取刀具中心不参与切削的角度。刀具中心仍切入的状态下倾斜切削，会出现划痕（KISTEC 的实验）。分界角度为 θ＝arccos(1−ap/R)。单一资料·仅供参考^[21]
• 桶形刀具：旋转时轮廓像木桶的刀具。除了前端的 R 之外，外周和后端还连续排列有多个 R 刃，特别是外周刃是大 R。靠侧面的大 R 刃，在五轴加工、倾斜主轴、分度加工中可以高效切削。单一资料·仅供参考^[22]

倾斜角的计算见5轴计算。球头铣刀的转速、进给见球头铣刀计算器。