[发明专利]一种用于五轴数控机床RTCP检测的误差与姿态同步标定方法

说明书

本发明公开了一种用于五轴数控机床RTCP检测的误差与姿态同步标定方法，针对目前RTCP检测仪存在的不能反映刀尖点位置误差所对应的刀具姿态的问题，本发明的方法在不更换、改造现有RTCP检测仪器的情况下，通过在输入机床的RTCP检测指令中分别附加一段X、Y、Z的三轴正负方向的标定位移，共进行3组、合计6次检测，将姿态角度坐标函数与误差函数变换得到刀尖点的误差与刀具姿态的函数，利用转换和计算方法，确定数值关系，即实现刀尖点误差与刀具姿态的同步检测，较为精确地得到刀尖点位置误差及其对应的刀具姿态，更加准确地反映机床动态精度。

技术领域

本发明属于多轴数控加工精度检测领域，具体涉及一种用于五轴数控机床RTCP检测的误差与姿态同步标定方法。

背景技术

数控机床是现代制造业的基础，数控机床的精度将直接影响加工产品的精度。五轴数控机床，顾名思义，通过在传统三轴机床的基础上添加两个转动轴，从而使其获得加工复杂曲面的能力，被广泛应用于飞机零部件、叶轮螺旋桨等高去除率、高精度工件的加工，在航空航天、精密仪器等领域有着重要影响。对于五轴数控机床来说，相比起其它误差类型，伺服系统动态性能缺陷引起的动态误差是高速高精度运动过程中影响加工精度的最主要因素，因此，对于动态精度进行检测，对五轴数控机床的使用与改进具有重要的意义。

RTCP检测仪是一种较为常用的五轴机床动态精度检测仪器。现代五轴机床利用RTCP (Rotation Tool Centre Point)功能，即绕刀具中心点旋转功能减小转动过程中的非线性误差，根据该功能，国外研制出RTCP检测仪，该装置由3个固定相互垂直的位移传感器和 1个安装在主轴上的标准球组成，基于RTCP功能，设计五轴联动指令保持主轴末端标准球相对工作台静止，利用检测小球三个方向上的位移偏差，直接反映五轴机床的动态精度。

RTCP检测的基本方法为：打开数控起床的RTCP功能，设定刀尖点位置固定，刀具姿态角度变化，理论上刀尖点应该保持静止，但由于各轴跟随误差的存在，实际上刀尖点会产生标定位移，即产生了误差，通过检测和分析刀尖点标定位移，可以评估机床性能并指导机床调试。然而目前RTCP检测仪普遍只能检测刀具刀尖点的三个轴向的位置误差，不能反映位置误差所对应的刀具姿态，在对检测结果进行分析时无法通过刀具姿态推导刀轴点位姿以便准确追溯刀尖点误差的来源，检测方法不够完善。针对该问题， CN104625880A公开了一种RTCP检测装置，同步检测刀尖点误差与刀具姿态角度，但该技术涉及一种新的检测仪器，制作复杂且成本较高。综上所述，目前缺乏一种在现有检测仪器的基础上进行RTCP误差与姿态同步检测的检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于五轴数控机床RTCP检测的误差与姿态同步标定方法，其针对目前RTCP检测仪存在的不能反映刀尖点位置误差所对应的刀具姿态的问题，在不更换、不改造检测仪器的情况下，通过改进和增加部分检测步骤，较为精确地得到刀尖点位置误差及其对应的刀具姿态，更加准确地反映机床动态精度。

本发明的实施例是这样实现的：

一种用于五轴数控机床RTCP检测的误差与姿态同步标定方法，包括以下步骤：

S1、建立X轴、Y轴、Z轴的三轴坐标轴；

S2、通过五轴数控机床分别对X轴的正方向和负方向完成标定位移的RTCP检测，同步完成标定姿态的检测，将刀尖点在三轴方向的检测结果加入误差表示；

S3、通过S2得到刀尖点在三轴方向的检测结果与误差的关系，将检测结果与误差的关系用姿态角度坐标函数表示；

S4、将刀尖点在Y轴和Z轴的误差取近似值，取值分别为Y轴、Z轴的误差关于姿态角度的平均值；

S5、将步骤S3中两次检测结果以X轴正方向倒序求取平均值，再通过S4中的取值得到刀具的姿态和刀尖点在Y轴和Z轴两方向检测结果与误差的关系；