專利名稱：：五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)值的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，尤其是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)床的幾何誤差測(cè)試
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工具有復(fù)雜曲面的零件中具有更好的曲面適應(yīng)性、更少的裝夾次數(shù)和夾具數(shù)量、更高的材料切除率等優(yōu)點(diǎn)。因此五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床被廣泛用于渦輪、螺旋槳葉片和復(fù)雜飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工等?，F(xiàn)代制造業(yè)對(duì)零件的加工精度的要求越來(lái)越高，從而對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度要求也越來(lái)越高。由于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床增加了兩個(gè)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸，和三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床相比，其剛度有所降低，同時(shí)其幾何精度也有所降低。機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償是當(dāng)前提高五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工精度的最有效措施，而機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償?shù)那疤崾潜仨毇@得機(jī)床當(dāng)前的幾何誤差信息。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的幾何誤差包括平動(dòng)軸幾何誤差及回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差，平動(dòng)軸幾何誤差測(cè)量方法已經(jīng)得到很好的解決，國(guó)標(biāo)及ISO標(biāo)準(zhǔn)中均有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還針對(duì)平動(dòng)軸幾何誤差提出了基于激光干涉儀的二十二線、十四線、十二線、九線等辨識(shí)方法。然而，回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差的測(cè)量卻一直沒有得到很好的解決，國(guó)內(nèi)、國(guó)際對(duì)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差的定義及測(cè)量方法尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。以刀具A和擺動(dòng)工作臺(tái)C回轉(zhuǎn)類型的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為例，圖3列出了其回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸的12項(xiàng)幾何誤差通用定義。機(jī)床幾何誤差的測(cè)量可分為直接測(cè)量和間接辨識(shí)，直接測(cè)量即采用合適的測(cè)量設(shè)備直接測(cè)得所要檢測(cè)的幾何誤差項(xiàng)；間接辨識(shí)是先測(cè)得綜合幾何誤差或與所要檢測(cè)的幾何誤差項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的中間量，再通過(guò)精確、有效的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出要檢測(cè)的幾何誤差項(xiàng)。對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床而言，由于回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸結(jié)構(gòu)具有封閉性，要直接檢測(cè)其回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸的幾何誤差是很困難的。此時(shí)，幾何誤差辨識(shí)就成為了首選的方法。根據(jù)公開的文獻(xiàn)，目前W.T.Lei發(fā)明了一種名為“3Dprobe-ball”的測(cè)量裝置，JALW.T.Lei,Y.Y.Hsu.Errormeasurementoffive-axisCNCmachineswith3Dprobe-ball[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2003,139:127-133.并提出了一套相應(yīng)的測(cè)量方法。該方法可以測(cè)出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)頭中心的X、Y、Z方向的綜合幾何誤差，但沒有分解成六個(gè)幾何誤差分量，并且需使用“3Dprobe-bal1”專用測(cè)量裝置，使用范圍受限。MasaomiTsutsumi,AkinoriSaito.Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5—axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axiscontrolmovements[J]·InternationalJournalofMachineTools&Manufacture，2004,44:1333-1342.該方法利用球桿儀測(cè)得四軸聯(lián)動(dòng)情況下的球桿長(zhǎng)度變化，通過(guò)幾何誤差模型關(guān)系辨識(shí)識(shí)別八項(xiàng)幾何誤差值。K.M.MudithaDassanayake,MasaomiTsutsumi,AkinoriSaito.Astrategyforidentifyingstaticdeviationsinuniversalspindleheadtypemulti-axismachiningcenters[J].InternationalJournalofMachineTools&Manufacture，2006，46，1097-1106.針對(duì)雙刀擺結(jié)構(gòu)機(jī)床，同上文獻(xiàn)類似，對(duì)四項(xiàng)跳動(dòng)幾何誤差和六項(xiàng)角度幾何誤差提出測(cè)量辨識(shí)方法。Y.Y.Hsu,S.S.Wang.Anewcompensationmethodforgeometryerrorsoffive-axismachinetools[J]·InternationalJournalofMachineTools&Manufacture47(2007)352-360。通過(guò)檢測(cè)加工后的零件精度來(lái)辨識(shí)機(jī)床幾何誤差，提出了七種加工模式，通過(guò)測(cè)量7種加工模式下零件的相應(yīng)精度，辨識(shí)出兩回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸的八項(xiàng)幾何誤差值。從現(xiàn)有技術(shù)的情況可看出，受方法本身和測(cè)量設(shè)備的限制，缺少能全面檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸的所有十二項(xiàng)幾何誤差參數(shù)的方法。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)值的測(cè)量方法，使其能全面檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸的所有十二項(xiàng)幾何誤差參數(shù)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)值的測(cè)量方法，以五軸機(jī)床RTCP刀具中心點(diǎn)控制功能提供的平動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)為測(cè)量基準(zhǔn)，采用球桿儀分別測(cè)量回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸不同轉(zhuǎn)角下至少三個(gè)位置處X、Y、Z方向的位移誤差，并根據(jù)所述位移誤差作數(shù)據(jù)處理辨識(shí)計(jì)算出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸各轉(zhuǎn)角的幾何誤差。以刀具A軸擺動(dòng)和工作臺(tái)C軸回轉(zhuǎn)類型的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為例進(jìn)行說(shuō)明，其回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)的測(cè)量方法包括以下的測(cè)量步驟1.刀具A擺動(dòng)軸的幾何誤差測(cè)量辨識(shí)計(jì)算方法(1)將L形檢具經(jīng)由刀柄固定在機(jī)床主軸上；A、C軸處于0度初始位置，如圖1所示；(2)將球桿儀的測(cè)量球座通過(guò)夾頭固定在L形檢具點(diǎn)P處，測(cè)量并記錄測(cè)量球座的球心與主軸軸線的距離H、與A軸軸線的距離L；將球桿儀的測(cè)量球頭經(jīng)磁力底座固定在測(cè)量球座的Z軸負(fù)向處，下降Z軸，保證測(cè)量球頭與主軸軸線的距離也為H。(3)選擇球桿儀的最短桿組件，根據(jù)其理論桿長(zhǎng)D調(diào)整Z軸，使得測(cè)量球座與測(cè)量球頭的距離為桿長(zhǎng)D，并在測(cè)量球座與測(cè)量球頭之間置入球桿儀，此時(shí)的球桿儀與Z軸平行，且測(cè)量球座坐標(biāo)變化引起的球桿儀讀數(shù)變化方向符合Z軸方向；(4)使用五軸機(jī)床的RTCP運(yùn)動(dòng)，根據(jù)A軸擺動(dòng)范圍確定測(cè)量角度序列，并在A軸每擺動(dòng)一角度后停止10秒，測(cè)量過(guò)程往返3次；(5)運(yùn)行測(cè)量數(shù)控程序，并改變L、H的組合值，共進(jìn)行三次測(cè)量，此時(shí)的球桿儀讀數(shù)即為點(diǎn)P實(shí)際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)在Z方向的位移誤差，即Δ2；(6)類似于Z方向的幾何誤差值測(cè)量方法，保證測(cè)量球座坐標(biāo)變化引起的球桿儀讀數(shù)變化方向符合X、Y方向，完成點(diǎn)P在X、Y方向的位移誤差值ΔΖ、ΔΓ的測(cè)5量。通過(guò)X、Y、Z方向的9次測(cè)量，最終獲得以下位移誤差測(cè)量數(shù)據(jù)組序列i)取L=L1，H=O,獲得第一組測(cè)量值A(chǔ)i1序列權(quán)利要求1.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)值的測(cè)量方法，以五軸機(jī)床RTCP刀具中心點(diǎn)控制功能提供的平動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)為測(cè)量基準(zhǔn)，采用球桿儀分別測(cè)量回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸不同轉(zhuǎn)角下至少三個(gè)位置處X、Y、Z方向的位移誤差，并根據(jù)所述位移誤差作數(shù)據(jù)處理辨識(shí)計(jì)算出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸各轉(zhuǎn)角的幾何誤差；包括以下的測(cè)量步驟I·刀具A擺動(dòng)軸的幾何誤差測(cè)量辨識(shí)計(jì)算將L形檢具經(jīng)由刀柄固定在機(jī)床主軸上；A、C軸處于0度初始位置；將球桿儀的測(cè)量球座通過(guò)夾頭固定在L形檢具點(diǎn)P處，測(cè)量并記錄測(cè)量球座的球心與主軸軸線的距離H、與A軸軸線的距離L；將球桿儀的測(cè)量球頭經(jīng)磁力底座固定在測(cè)量球座的Z軸負(fù)向處，下降Z軸，保證測(cè)量球頭與主軸軸線的距離也為H;選擇球桿儀的最短桿組件，根據(jù)其理論桿長(zhǎng)D調(diào)整Z軸，使得測(cè)量球座與測(cè)量球頭的距離為桿長(zhǎng)D，并在測(cè)量球座與測(cè)量球頭之間置入球桿儀，此時(shí)的球桿儀與Z軸平行，且測(cè)量球座坐標(biāo)變化引起的球桿儀讀數(shù)變化方向符合Z軸方向；使用五軸機(jī)床的RTCP運(yùn)動(dòng)，根據(jù)A軸擺動(dòng)范圍確定測(cè)量角度序列，并在A軸每擺動(dòng)一角度后停止10秒，測(cè)量過(guò)程往返3次；運(yùn)行測(cè)量數(shù)控程序，記錄A軸擺動(dòng)角度序列的桿長(zhǎng)變化值；改變L、H的組合值，通過(guò)X、Y、Z方向分別至少各三次的測(cè)量，獲得以下位移誤差測(cè)量數(shù)據(jù)組序列；i)取全文摘要本發(fā)明公開了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸幾何誤差參數(shù)值的測(cè)量方法，以五軸機(jī)床RTCP刀具中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制功能提供的平動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)為測(cè)量基準(zhǔn)，采用球桿儀分別測(cè)量回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸不同轉(zhuǎn)角下至少三個(gè)位置處X、Y、Z方向的位移誤差，并根據(jù)所述位移誤差作數(shù)據(jù)處理辨識(shí)計(jì)算出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸各轉(zhuǎn)角的幾何誤差。本發(fā)明方法對(duì)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，可獲得各種結(jié)構(gòu)型式的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在各回轉(zhuǎn)擺動(dòng)角度處的幾何誤差值。具有不受機(jī)床結(jié)構(gòu)限制，安裝方便且測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)B23Q17/00GK102001021SQ20101051547公開日2011年4月6日申請(qǐng)日期2010年10月22日優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日發(fā)明者丁國(guó)富,朱紹維,江磊,馬術(shù)文,黎榮申請(qǐng)人:成都頂為科技有限公司,西南交通大學(xué)