[發明專利]一種基于R-test的五軸機床刀軸矢量誤差測量方法

有效

• 申請號: 202110983981.6
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113778018B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 呂盾;張佳輝;陳銀輝;劉輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/401
• 分類號: G05B19/401
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于R?test的五軸機床刀軸矢量誤差測量方法，先設計并運行聯動軌跡，將R?test接入數控系統，同步采集指令位置、光柵反饋及R?test位移數據，采集數控機床5個進給軸的插補指令，通過機床正運動學變換，得到工件坐標系下指令刀尖位置和指令刀軸姿態；然后提取R?test數據，經過轉換矩陣變換，得到工件坐標系下的檢測球球心坐標，即為實際刀尖位置，通過旋轉軸光柵，得到實際刀軸姿態；最后計算刀軸矢量誤差，刀尖位置軌跡誤差為指令刀尖位置和實際刀尖位置的距離，刀軸姿態軌跡誤差為指令刀軸姿態和實際刀軸姿態的夾角；本發明可以實現對刀軸矢量誤差快速測量。

技術領域

本發明屬于五軸數控機床技術領域，具體涉及一種基于R-test的五軸機床刀軸矢量誤差測量方法。

背景技術

五軸加工以其多軸聯動的優勢，在船舶螺旋槳等曲面造型產品的高精度加工中處于優勢地位。對于五軸機床而言，刀軸矢量直接影響零件輪廓精度。刀軸矢量包括刀尖點位置和刀軸姿態兩個要素，刀尖點位置與機床的幾何誤差有關，刀軸姿態與A軸和C軸的轉動角度有關。因此，研究刀軸矢量的測量方法，對于機床加工精度的評估以及零件輪廓誤差的預測具有實際意義。

目前對于刀軸矢量的研究，主要集中在機械加工過程中的刀軸矢量優化方面。Fu等人為降低五軸球頭銑削加工紋理的影響，在《Geometric?error?compensation?of?five-axis?ball-end?milling?based?on?tool?orientation?optimization?and?tool?pathsmoothing》中，提出了一種幾何誤差補償方法，包括單刀位姿的優化和整體刀軌的光滑化。對于刀軸矢量誤差的測量，有研究通過試切零件如S試件，并使用三坐標測量儀來檢測輪廓誤差，進而分析刀軸矢量對于輪廓誤差的影響。該方法的影響因素較多，無法直接、快速對刀軸矢量誤差進行檢測。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種基于R-test的五軸機床刀軸矢量誤差測量方法，可以實現對刀軸矢量誤差快速測量。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于R-test的五軸機床刀軸矢量誤差測量方法，包括以下步驟：

1)設計并聯動軌跡，采集數據：

設計五軸數控機床聯動軌跡，需滿足以下兩個條件：A.軌跡在R-test量程之內；B.各進給軸的行程需要盡可能大，以充分反映刀軸矢量誤差在機床工作空間內的變化；

運行聯動軌跡，將R-test接入數控系統，同步采集指令位置、光柵反饋及R-test位移數據；

2)利用五軸指令位置數據計算指令刀軸矢量：

指令刀軸矢量包括指令刀尖位置和指令刀軸姿態；采集數控機床5個進給軸的插補指令，通過機床正運動學變換，得到工件坐標系下指令刀尖位置和指令刀軸姿態，對于AC轉臺機床，經過正運動學變換，理論刀尖點坐標(X_Pc，Y_Pc，Z_Pc)如式(1)；

式中：X_Pc,Y_Pc,Z_Pc——工件坐標系下球心坐標；X(t),Y(t),Z(t),α₀,?γ₀——X，Y，Z，A，C軸插補指令；L_YAx,L_YAy,L_YAz——機床坐標系原點到A軸控制點矢量分量(-RTCP)；L_ACx,L_ACy,L_ACz——A軸控制點到C軸控制點矢量分量(RTCP)；L_CWx,L_CWy,L_CWz——C軸控制點到工件坐標系原點矢量分量(G54)；