[发明专利]一种关于五轴数控机床双回转轴位置无关误差的检测方法

说明书

本发明公开了一种关于五轴数控机床双回转轴位置无关误差的检测方法，其特征在于，利用球杆仪作为实验设备识别五轴数控机床中摆动轴B轴和旋转轴C轴中与位置无关几何误差(PIGEs)，提出了一种新的测量轨迹，解决摆动轴B轴和旋转轴C轴协调运动时的合成速度与球杆仪捕获速度之间的异步性，结合刚体运动学中的齐次变换矩阵，建立仿真模型，将仿真模型与实验相结合，实现对五轴数控机床双回转轴与位置无关几何误差的辨识测量，本发明方法可以快速且有效的检测五轴数控机床双回转轴与位置无关几何误差，精度高，实用性好。

技术领域

本发明属于数控机床检测技术领域，特别涉及一种关于五轴数控机床双回转轴位置无关误差的检测方法。

技术背景

五轴数控机床广泛用于加工复杂几何特征的零件，它具有提高表面光洁度、提高材料的去除率等优点。而多数加工条件下都是依靠机床的双回转轴，使刀具相对于工件进行加工时发生定向变化，因此在生成刀具路径时比传统的三轴加工具有更大的灵活性。但是摆动轴B轴和旋转轴C轴在加工时引入了更多的几何误差元素，造成被加工零件出现瑕疵和缺陷。

研究摆动轴B轴和旋转轴C轴的固有误差对于控制五轴数控机床精度至关重要，目前出现了球杆仪，激光干涉仪以及R-test等测量装置。由于球杆仪操作便捷，耗时少等特点被广泛采用。但是如何解决摆动轴B轴和旋转轴C轴协调运动时的合成速度与球杆仪捕获速度之间的异步性，利用球杆仪准确识别双回转轴与位置无关的几何误差，因此提出一种可以快速而且简易地检测五轴数控机床双回转轴位置无关误差的方法尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种关于五轴数控机床双回转轴位置无关误差的检测方法，利用球杆仪对摆动轴B轴和旋转轴C轴的与位置无关的几何误差进行检测。该发明可以简便并准确的对误差进行测量，进而极大地提高加工质量。具体测量步骤如下：

步骤1、根据五轴数控机床的具体结构以及摆动轴B轴和旋转轴C轴的位置，搭建实验测量装置。

步骤2、结合实验装置，提出测量五轴数控机床摆动轴B轴和旋转轴C轴的8项与位置无关几何误差的轨迹。

步骤3、解决摆动轴B轴和旋转轴C轴协调运动时的合成速度与球杆仪捕获速度之间的异步性

步骤4、结合机床多体运动系统理论与齐次坐标变换进行误差辨识。

步骤1中依据五轴数控机床结构和摆动轴B轴及旋转轴C轴类型，确定球杆仪的测量位置。球杆仪的两个球被磁附在两个工具杯上，这两个工具杯连接到主轴和位于工作台的夹具上，包括步骤：

步骤1.1、设定测量的坐标系，Z轴与机床的原始Z轴重合，测量坐标系的X轴和Y轴平行于机床X轴和Y轴的运动方向。

步骤1.2、旋转轴C轴工具杯安装在旋转台顶部的夹具上，测量坐标系的XOY平面在旋转台上被抬起，设定摆动轴B轴与原点之间的距离O-XYZ的尺寸为400mm，使用触摸探头将主轴工具杯到摆动轴B轴的中心调整为400mm，同时位于旋转台上的工件工具杯距离旋转轴C轴中心400mm，球杆仪使用加长杆进行扩展，将其标称长度转换为400mm，并对实验工具进行校准。

步骤2中利用相应程序，控制五轴数控机床的摆动轴B轴和旋转轴C轴进行联动，在此过程中对五轴数控机床的双回转轴的与位置无关几何误差进行测量，包括步骤：

步骤2.1、测量路径中首先使球杆仪的轴与O-XYZ的Y轴对齐，球杆仪的一端设置在O-XYZ的原点，另一端设置在距离Y轴的位置400mm处。摆动轴B轴和旋转轴C轴分别从0°旋转到-90°和90°到0°。

步骤2.2、主轴和旋转台中两个工具杯之间的距离不是恒定的，会导致球杆仪从磁性中心座上掉下来，因此摆动轴B轴和旋转轴C轴的协调运动应保证图3中的P点和Q点的距离保持恒定为400mm。