[發(fā)明專利]基于小切削量試件的五軸制齒機(jī)床位置無(wú)關(guān)誤差檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610626730.1
• 申請(qǐng)日: 2016-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106181583B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃筱調(diào);丁爽;于春建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);南京工大數(shù)控科技有限公司
• 主分類號(hào): B23Q17/22
• 分類號(hào): B23Q17/22
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙)32231
• 代理人: 翁斌

1.基于小切削量試件的五軸制齒機(jī)床位置無(wú)關(guān)誤差檢測(cè)方法，其特征在于，主要包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)設(shè)計(jì)試件的形狀編輯軌跡，生成加工代碼，對(duì)所述設(shè)計(jì)試件進(jìn)行小切削量切削，得到具有特定待測(cè)對(duì)象的切削試件；

步驟二、利用在線測(cè)頭檢測(cè)并采集切削試件上特定待測(cè)對(duì)象的切削表面的敏感方向坐標(biāo)，計(jì)算對(duì)應(yīng)切削表面的坐標(biāo)不匹配值；

步驟三、建立包含位置無(wú)關(guān)誤差的齊次運(yùn)動(dòng)方程，確定對(duì)應(yīng)切削表面的坐標(biāo)不匹配值與位置無(wú)關(guān)誤差之間的映射關(guān)系；

步驟四、根據(jù)對(duì)應(yīng)切削表面的坐標(biāo)不匹配值與位置無(wú)關(guān)誤差之間的映射關(guān)系計(jì)算得到位置無(wú)關(guān)誤差項(xiàng)；

步驟一中對(duì)所述設(shè)計(jì)試件進(jìn)行小切削量切削的方法具體如下：

(1)將所述設(shè)計(jì)試件安裝在五軸制齒機(jī)床的C軸中心處，使所述設(shè)計(jì)試件的長(zhǎng)方體邊緣與五軸制齒機(jī)床的X軸、Y軸、Z軸坐標(biāo)方向保持平行，使所述設(shè)計(jì)試件上側(cè)的圓臺(tái)軸線與C軸軸線保持一致；

(2)調(diào)整A軸角度為0°，使刀具保持豎直狀態(tài)，將刀具分步依次定位到工件坐標(biāo)系下的(R_S+D/2,0,-4M_depth)、(-R_S+λ_a-D/2,0,-3M_depth)、(0,-R_S+2λ_a-D/2,-2M_depth)、(0,R_S-3λ_a+D/2,-M_depth)，驅(qū)動(dòng)C軸旋轉(zhuǎn)360度，切削過(guò)程僅由C軸驅(qū)動(dòng)，切削出4個(gè)同軸圓臺(tái)側(cè)面和1個(gè)底面；其中，工件坐標(biāo)系定義在所述設(shè)計(jì)試件上端面的中心位置；R_S為Step1回轉(zhuǎn)半徑；M_depth為單個(gè)圓臺(tái)母線的長(zhǎng)度；D為刀具直徑；λ_a為切削余量；

(3)依次調(diào)整A軸角度為90°、0°、-90°，在所述設(shè)計(jì)試件的長(zhǎng)方體邊緣小范圍區(qū)域內(nèi)切削垂直于Y方向的切削槽2個(gè)和垂直于Z方向的切削槽3個(gè)，用來(lái)采集和計(jì)算Y方向以及Z方向不同切削狀態(tài)下對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)不匹配值，反映運(yùn)動(dòng)加工過(guò)程中位置無(wú)關(guān)誤差在Y方向和Z方向的影響；

(4)保持X軸不動(dòng)，依次調(diào)整A軸角度為90°、45°、0°、-45°、-90°，切削5種A軸狀態(tài)下的垂直于X方向的切削槽，反映運(yùn)動(dòng)加工過(guò)程中位置無(wú)關(guān)誤差在X方向的影響；

步驟一中切削得到的特定待測(cè)對(duì)象包括：

4個(gè)圓臺(tái)側(cè)面和1個(gè)底面；

垂直于X方向的1個(gè)切削槽；

垂直于Y方向的2個(gè)切削槽；

垂直于Z方向的3個(gè)切削槽；

步驟二中利用在線測(cè)頭檢測(cè)并采集切削試件上特定待測(cè)對(duì)象的切削表面的敏感方向坐標(biāo)，具體為：

4個(gè)圓臺(tái)側(cè)面的同一方位點(diǎn)(S5，S6，S7，S8)的X坐標(biāo)和底面4點(diǎn)(S1，S2，S3，S4)的Z坐標(biāo)；

2個(gè)垂直于Y方向切削槽對(duì)應(yīng)點(diǎn)(S12，S13)的Y坐標(biāo)；

3個(gè)垂直于Z方向切削槽對(duì)應(yīng)點(diǎn)(S9，S10，S11)的Z坐標(biāo)；

5個(gè)垂直于X方向切削槽對(duì)應(yīng)點(diǎn)(S14，S15，S16，S17，S18)的X坐標(biāo)；

計(jì)算對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)不匹配值；

步驟三中，由Y軸、Z軸及A軸運(yùn)動(dòng)切削引起的切削槽三個(gè)坐標(biāo)方向?qū)?yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)不匹配值與位置無(wú)關(guān)誤差之間的映射關(guān)系計(jì)算方法如下：

以X軸為參考坐標(biāo)系，則刀具中心點(diǎn)在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：_RB^Y·_YB^Z·_ZB^A·_A B^T；其中：

為含X軸、Y軸垂直度誤差γ_YX的Y軸運(yùn)動(dòng)齊次坐標(biāo)變換矩陣；

為含Z軸、X軸垂直度誤差β_ZX和Z軸、Y軸垂直度誤差α_ZY的Z軸運(yùn)動(dòng)齊次坐標(biāo)變換矩陣；

為含A軸、Z軸垂直度誤差β_AZ；A軸、Y軸垂直度誤差γ_AY；A軸沿Y軸偏移誤差δ_Ay以及A軸沿Z軸偏移誤差δ_Az的A軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齊次坐標(biāo)變換矩陣，L為刀具擺動(dòng)長(zhǎng)度；

為刀具中心點(diǎn)在實(shí)際A軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

從而計(jì)算得到的刀具中心點(diǎn)在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：

ptR=(L+Z-L·cos(A))·βZX+(L-L·cos(A))·βAZ-(Y+L·sin(A))·γYX-L·sin(A)·γAYY+L·sin(A)+sin(A)·δAz-(L+Z-L·cos(A))·αZY-(cos(A)-1)·δAyL·(1-cos(A))+Z-(cos(A)-1)·δAz+L·sin(A)·αZY-sin(A)·δAy---(1);]]>

由式(1)將切削點(diǎn)處的坐標(biāo)換算到參考坐標(biāo)系中，在不同的Y軸、Z軸及A軸切削姿態(tài)下，對(duì)比同一敏感方向的切削坐標(biāo)不匹配值，將實(shí)際檢測(cè)值與式(1)計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算可得到所述A軸、Y軸和Z軸的位置無(wú)關(guān)誤差；

步驟三中，由C軸運(yùn)動(dòng)所引起的圓臺(tái)側(cè)面及底面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)不匹配值與位置無(wú)關(guān)誤差之間的映射關(guān)系計(jì)算方法如下：

以X軸為參考坐標(biāo)系，則理想工件坐標(biāo)系中的點(diǎn)在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：_RB^X·_XB^C·_CB^W；其中：

為X軸運(yùn)動(dòng)齊次坐標(biāo)變換矩陣；

為含C軸、X軸垂直度誤差β_CX；C軸、Y軸垂直度誤差α_CY；C軸沿X軸偏移誤差δ_Cx以及C軸沿Y軸偏移誤差δ_Cy的C軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齊次坐標(biāo)變換矩陣；

為理想工件坐標(biāo)系中的點(diǎn)(w_x,w_y,w_z)在實(shí)際C軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

從而計(jì)算得到的理想工件坐標(biāo)系下的點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

pwR=X-wz·sin(C)·αCY+(wz-wz·cos(C))·βCX-(cos(C)-1)·δCx+sin(C)·δCy+wx·cos(C)-wy·sin(C)-(wz-wz·cos(C))·αCY-wz·sin(C)·βCX-sin(C)·δCx-(cos(C)-1)·δCy+wy·cos(C)+wx·sin(C)wz+(wx-wx·cos(C)+wy·sin(C))·βCX+(wy·cos(C)-wy+wx·sin(C))·αCY---(2);]]>

同樣，由式(2)將切削點(diǎn)處的坐標(biāo)換算到參考坐標(biāo)系中，將實(shí)際檢測(cè)值與式(2)計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算可得到C軸的位置無(wú)關(guān)誤差。

2.如權(quán)利要求1所述的基于小切削量試件的五軸制齒機(jī)床位置無(wú)關(guān)誤差檢測(cè)方法，其特征在于：

所述五軸制齒機(jī)床為回轉(zhuǎn)/擺動(dòng)型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床；

所述五軸制齒機(jī)床的A軸的軸線水平設(shè)置，A軸帶動(dòng)刀具提供齒輪加工工藝的螺旋角分度以及五軸加工的旋轉(zhuǎn)擺頭運(yùn)動(dòng)；

所述五軸制齒機(jī)床的C軸的軸線豎直設(shè)置，C軸提供工件的回轉(zhuǎn)分度；

所述五軸制齒機(jī)床的Z軸進(jìn)給拖板上設(shè)置有觸發(fā)式在線測(cè)頭。