[发明专利]镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置

说明书

本发明涉及一种镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置。该方法包括：构建几何模型步骤，基于多体系统运动学理论，建立镜像铣削加工区的刀具中心点P₀和支撑头的支撑中心点P₁在运动过程中的空间定位误差的几何模型；采集位姿数据步骤，通过镜像铣削系统加工头上的位移测量装置，在预定的测量路径下采集P₀和P₁的位姿（位置和姿态）数据；计算动态误差步骤，将采集到的P₀和P₁的位姿数据进行计算处理，获得五轴结构运动误差的特征值；数据反馈调节步骤，基于五轴结构运动误差的特征值，将五轴结构的误差补偿数据反馈至镜像铣削系统的控制系统，控制系统控制调节五轴结构按照误差补偿数据运行，使支撑头跟随加工头同步运动。

技术领域

本发明涉及机床设备技术领域，特别是涉及一种镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置。

背景技术

随着制造技术的不断发展，镜像铣削技术成为蒙皮加工的新型技术，是未来大型薄壁构件机械加工的主要方式。实践中，由于制造、装配、控制及运动过程中热变形、摩擦、振动和惯性等各种因素会引起五轴结构误差，使得设备的实际运动轨迹难以同理想轨迹相吻合，造成加工误差，影响了被加工件的加工精度。

镜像铣削设备涉及到一个五轴结构的数控铣削加工头和一个五轴结构的跟随支撑机构，该支撑机构的作用是在蒙皮铣削加工过程中，实现对蒙皮的法向支撑，保证工件的局部刚性，从而有效的防止加工过程中蒙皮的震颤，以提高加工效率和精度。因此，提高镜像铣削设备的镜像运动精度将有效地提高蒙皮的加工精度。

如果能够准确地获得镜像铣削设备的运动学模型，则可准确地控制其加工头的刀具中心点和支撑头的支撑中心点的位姿。由于受机床结构误差的影响，实际运动学模型与理想运动学模型之间存在偏差，使得镜像铣削设备的镜像运动很难按照给定的位姿运动。

现有的机床结构误差检测技术分为人工测量和自动测量。自动测量装置如FIDIA公司推出了HMS(Head Measure System)系统进行五轴精度检验，但只是针对一台五坐标机床的结构误差的测量，不具有普适性。西门子公司开发了镜像铣削工艺包，实现两台设备的镜像运动控制，但并不能对镜像运动误差的测量校正。

因此，发明人提供了一种镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置，该方法通过建立镜像铣削系统的镜像运动误差数学模型，采用本发明的位移测量装置测量五轴结构运动误差在三个方向上的分量，获得五轴结构动态误差的特征补偿值，并将误差的特征补偿值补偿到五轴结构进行相应的运动，提高了镜像铣削系统的五轴机构的动态跟随精度，实现了镜像铣削系统的五轴结构误差的自动测量和补偿调控。

第一方面，本发明的实施例提出了一种镜像铣削系统的五轴结构误差测量方法，该方法包括：

构建几何模型步骤，基于多体系统运动学理论，建立镜像铣削加工区的刀具中心点P₀和支撑头的支撑中心点P₁在运动过程中的空间定位误差的几何模型；

采集位姿数据步骤，通过镜像铣削系统加工头上的位移测量装置，在预定的测量路径下采集所述刀具中心点P₀和支撑头的支撑中心点P₁的位姿(位置和姿态)数据；

计算动态误差步骤，将采集到的所述P₀和P₁的位姿数据进行计算处理，获得所述镜像铣削系统的五轴结构运动误差的特征值；

数据反馈调节步骤，基于所述五轴结构运动误差的特征值，将所述五轴结构的误差补偿数据反馈至所述镜像铣削系统的控制系统，所述控制系统控制调节所述五轴结构按照所述误差补偿数据运行，使所述支撑头跟随所述加工头同步运动。