[發明專利]雙轉臺五軸聯動機床旋轉軸的誤差補償方法

有效

• 申請號: 201410352916.3
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN105269406B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 虞敏;趙建華;黃云鷹;黃迪;朱蓓;夏斌;劉宏威;劉放;陳閣;張宏五
• 申請（專利權）人: 沈陽機床（集團）設計研究院有限公司上海分公司
• 主分類號: B23Q23/00
• 分類號: B23Q23/00
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 李獻忠

1.一種雙轉臺五軸聯動機床旋轉軸的誤差補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)設置刀長及當前坐標系；

(2)安裝球桿儀，測量并計算安裝誤差；

(3)建立包含球桿儀安裝誤差和機床裝配關系在內的旋轉軸誤差模型；

(4)通過所述誤差模型計算A、C旋轉軸旋轉時的12項誤差補償值；

(5)旋轉軸和直線軸誤差補償解耦，修正誤差補償值；

(6)根據誤差補償值修正數控代碼，實現雙轉臺五軸聯動機床旋轉軸的誤差補償。

2.如權利要求1所述的誤差補償方法，其特征在于：所述包含球桿儀安裝誤差和機床裝配關系在內的旋轉軸誤差模型的建立過程如下：

將球桿儀分別安裝在軸向、徑向和切向，根據測得的球桿儀的桿長變化值以及工作臺端小球的位置可以通過以下計算公式進行建模：

A軸旋轉對應的六項誤差為：

Rxa=(a1(ΔY1-ΔY3)-a2(ΔY1-ΔY2))2+(a1(ΔZ1-ΔZ3)-a2(ΔZ1-ΔZ2))2a12(b22+c22)+a22(b12+c12)-2a1a2(c1c2+b1b2)]]>

Rza=(ΔY1-ΔY3)(c1cos A-b1sin A)-(ΔY1-ΔY2)(c2cos A-b2sin A)(a1c2-a2c1)cos A-(a1b2-a2b1)sin A]]>

Rya=(ΔZ1-ΔZ3)(c1sin A+b1cos A)-(ΔZ1-ΔZ2)(c2sin A+b2cos A)(a1b2-a2b1)cos A+(a1c2-a2c1)sin A]]>

L_xa＝-ΔX+R_za(R_j+(J_j+e_ys)cos(A)+(J_k+H)sin(A))-R_ya(R_k-(J_j+e_ys)sin(A)+(J_k+H)cos(A))

L_ya＝-ΔY-R_za(R_i+J_i+L+e_xs)+R_xa(R_k+(J_k+H)cos(A)-(e_ys+J_j)sin(A))

L_za＝-ΔZ-R_xa(R_j+(J_j+e_ys)cos(A)+(J_k+H)sin(A))+R_ya(R_i+J_i+L+e_xs)

其中：

a₁＝L₁+e_xs1-(L₂-e_xs2)，a₂＝L₁-e_xs1-(L₃-e_xs3)，

b1=eys1-eys2,b2=eys1-eys3,]]>

c₁＝H₁-H₂，c₂＝H₁-H₃，

ΔY＝ΔTangcosA+ΔRadialsinA+e_ys-e_yscosA

ΔZ＝-TangsinA+RadialcosA+e_yssinA

e_xs：球桿儀在X方向上的安裝誤差；

e_ys：球桿儀在Y方向上的安裝誤差；

A：A軸的旋轉角度；

H：小球中心點到C軸回轉中心在Z方向上的距離；

L：小球中心點到C軸回轉中心在X方向上的距離；

L_xa：A軸旋轉引起在X方向的線性誤差；

L_ya：A軸旋轉引起在Y方向的線性誤差；

L_za：A軸旋轉引起在Z方向的線性誤差；

R_xa：A軸旋轉引起繞X方向的轉角誤差；

R_ya：A軸旋轉引起繞Y方向的轉角誤差；

R_za：A軸旋轉引起繞Z方向的轉角誤差；

R_i,R_j,R_k,J_i,J_j,J_k為描述機床裝配關系四個參數值，分別為A軸旋轉中心在機床坐標系下在X、Y、Z方向的值，以及C軸旋轉中心在A軸坐標系下在X、Y、Z方向的值。

C軸旋轉對應的六項誤差為：

Rxc=(ΔY1-ΔY3)(a1cos C+b1sin C)-(ΔY1-ΔY2)(a2cos C+b2sin C)c1(a2cos C+b2sin C)-c2(a1cos C+b1sin C)]]>

Ryc=(ΔX1-ΔX3)(-a1sin C+b1cos C)-(ΔX1-ΔX2)(-a2sin C+b2cos C)c2(-a1sin C+b2cos C)-c1(-a2sin C+b2cos C)]]>

Rzc=[c2(ΔX1-ΔX2)-c1(ΔX1-ΔX3)]2+[c2(ΔY1-ΔY2)-c1(ΔY1-ΔY3)]2c12(a22+b22)+c22(a12+b12)-2c1c2(a1a2+b1b2)]]>

L_xc＝-ΔX-R_yc(J_k+R_k+H₁)+R_zc[J_j+R_j-(e_xs1+L₁)sinC+e_ys1cosC]

L_yc＝-ΔY-R_zc(J_i+R_i+(e_xs1+L₁)cosC+e_ys1sinC)+R_xc(J_k+R_k+H₁)

L_zc＝-ΔZ+R_yc(J_i+R_i+(e_xs1+L₁)cosC+e_ys1sinC)-R_xc(J_j+R_j+e_ys1cosC-(L₁+e_xs1)sinC)

其中：

ΔX＝ΔRadialcosC+ΔTangsinC+e_xs-(e_xscosC+e_yssinC)

ΔY＝ΔTangcosC-ΔRadialsinC+e_ys-(e_yscosC-e_xssinC)

ΔZ＝ΔAxial

C：C軸的旋轉角度；

L_xc：C軸旋轉引起在X方向的線性誤差；

L_yc：C軸旋轉引起在Y方向的線性誤差；

L_zc：C軸旋轉引起在Z方向的線性誤差；

R_xc：C軸旋轉引起繞X方向的轉角誤差；

R_yc：C軸旋轉引起繞Y方向的轉角誤差；

R_zc：C軸旋轉引起繞Z方向的轉角誤差。

3.如權利要求1或2所述的誤差補償方法，其特征在于：所述旋轉軸和直線軸誤差補償解耦先補償旋轉軸誤差，再補償直線軸誤差；進行直線軸補償時不僅補償原先的直線軸誤差，而且補償由于補償旋轉軸誤差所造成的附加直線軸誤差；所述附加直線軸誤差包含主軸端小球運動誤差(x_rw,y_rw,z_rw)和工作臺端小球運動誤差(x_rs,y_rs,z_rs)兩部分，其中工作臺端小球運動量為：T_w(A+ΔA)-T_w(C+ΔC)，主軸端小球的運動量為：T_s(A+ΔA)-T_s(C+ΔC)，其中：ΔA和ΔC為A、C軸的綜合誤差補償值，

Tw(t)=1-RzaRyaLxaRza1-RxaLya-RyaRxa1Lza0001100Ri010Rj001Rk000110000cos(t)sin(t)00-sin(t)cos(t)00001]]>

100Ji010Jj001Jk0001cos(t)sin(t)00-sin(t)cos(t)0000100001L+exseysH1]]>

Ts(t)=100Ri010Rj001Rk000110000cos(t)sin(t)00-sin(t)cos(t)00001100Ji010Jj001Jk0001cos(t)sin(t)00-sin(t)cos(t)0000100001L+L00H1]]>

其中：

L₀為球桿儀的桿長值。