一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法的設(shè)計(jì)。本發(fā)明專利技術(shù)根據(jù)五軸機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型，確定五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)誤差對刀位點(diǎn)的影響，建立五軸機(jī)床運(yùn)動學(xué)誤差模型；分析誤差模型，確定機(jī)床的誤差項(xiàng)的來源；分析三類機(jī)床的模型特點(diǎn)，確定各機(jī)床的測量方案；根據(jù)使用AxiSetTMCheck-up組件中的硬件設(shè)備，使用觸發(fā)式探頭對標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；將采集數(shù)據(jù)代入誤差模型，計(jì)算出的誤差項(xiàng)后，對機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行修正；本發(fā)明專利技術(shù)不僅可以提高現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的加工精度，而且為以后多軸機(jī)床的測量提供了測量基礎(chǔ)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于數(shù)控
，具體的說是一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法。
技術(shù)介紹
眾所周知，機(jī)床裝配制造過程中存在著機(jī)床初始誤差，而且機(jī)床長時(shí)間、高負(fù)載的運(yùn)行，會造成機(jī)床相關(guān)部件的磨損，導(dǎo)致實(shí)際參數(shù)和理論參數(shù)之間存在著一定的偏差。具體反映到運(yùn)動學(xué)上就是機(jī)床存在著一定的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差，使得旋轉(zhuǎn)軸和主軸偏離本來的位置，從而在使用機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，影響加工工件的精度。許多設(shè)備可用于測量五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)誤差，如千分表和測試棒、雙球桿等。千分表和測試棒適用于刀具旋轉(zhuǎn)型機(jī)床，對于混合型和工作臺旋轉(zhuǎn)型機(jī)床則不利于控制，而且是人工測量，費(fèi)時(shí)且效率低。雙球桿儀也可被用來測量機(jī)床誤差，測量時(shí)每兩軸聯(lián)動，因此對多軸機(jī)床的完全測量需要多次聯(lián)動。激光干涉儀可對多軸機(jī)床快速精確的測量，但是價(jià)格高昂。而相對較便宜的AxiSetTMCheck-up組件可在三維空間內(nèi)精確測量，高效省時(shí)且對三類五軸機(jī)床都適用，只是它的測量宏程序僅對多軸機(jī)床進(jìn)行快速精確的狀態(tài)檢查，沒有提供誤差補(bǔ)償功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，根據(jù)測量數(shù)據(jù)和五軸運(yùn)動學(xué)誤差模型計(jì)算機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定。本專利技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，其主要步驟有：建立五軸機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型和誤差模型，確定五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差，即，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸向誤差以及與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的刀具坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)軸的位置偏移誤差；確定測量方案：將AxiSetTMCheck-up組件安裝在數(shù)控機(jī)床上，通過觸發(fā)式測頭標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)球的球心；根據(jù)機(jī)床誤差模型，計(jì)算五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差；將計(jì)算出的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差代入到運(yùn)動學(xué)模型中，對運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)對五軸機(jī)床的誤差補(bǔ)償。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：1.實(shí)用性。相較于多種測量工具，比如千分表和測試棒適用于刀具旋轉(zhuǎn)型機(jī)床，對于混合型和工作臺旋轉(zhuǎn)型機(jī)床則不利于控制，費(fèi)時(shí)且效率低。雙球桿儀測量時(shí)每兩軸聯(lián)動，因此對多軸機(jī)床的完全測量需要多次聯(lián)動。激光干涉儀價(jià)格高昂。AxiSetTMCheck-up組件相對較便宜，可在三維空間內(nèi)精確測量，對各類五軸機(jī)床都適用。2.高效性。對五軸機(jī)床的測量，一般分為單項(xiàng)誤差直接測量法和綜合誤差測量參數(shù)法。直接測量法直接測量影響機(jī)床精度的主要零件，需要分步測量，要求專業(yè)的技術(shù)人員，測量時(shí)間較長。AxiSet工具使用綜合誤差測量參數(shù)法，能夠直接測量五軸機(jī)床的整體位置誤差，從而縮短了獲取測量值的時(shí)間，提高了測量速度。3.通用性。所采用的測量方法對建立的各類誤差模型具有較好的一致性，通過對五軸運(yùn)動誤差的補(bǔ)償不僅可以提高現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的加工精度，而且為以后多軸機(jī)床的測量提供了統(tǒng)一的測量基礎(chǔ)。附圖說明圖1為工作臺旋轉(zhuǎn)型機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差示意圖；圖2為混合型機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差示意圖；圖3為刀具旋轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)誤差示意圖；圖4為AxiSet測量標(biāo)準(zhǔn)球球心位置示意圖；圖5為循環(huán)測量流程圖。具體實(shí)施方式一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，主要過程有：建立五軸機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型和誤差模型，確定五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差，即，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸向誤差以及與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的刀具坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)軸的位置偏移誤差；確定測量方案：將AxiSetTMCheck-up組件安裝在數(shù)控機(jī)床上，通過觸發(fā)式測頭標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)球的球心；根據(jù)機(jī)床誤差模型，計(jì)算五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差；將計(jì)算出的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差代入到運(yùn)動學(xué)模型中，對運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)對五軸機(jī)床的誤差補(bǔ)償。下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。所述的建立五軸機(jī)床運(yùn)動學(xué)模型和誤差模型是指：按照圖1，圖2，圖3所示的三種機(jī)床分別建立對應(yīng)的運(yùn)動學(xué)模型。圖1描述了工作臺旋轉(zhuǎn)型機(jī)床坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)，其中工作臺上的第一、第二旋轉(zhuǎn)軸定義為Ns1，Ns2，分別繞X、Y、Z中任意兩軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為φs1、φs2，則wAt可表示為：wAt＝Trans(Lws2)Rot(Ns2,-φs2)Trans(Ls2s1)Rot(Ns1,-φs1)Trans(X0,Y0,Z0)(1)其中的工件坐標(biāo)系w到Ns1軸的距離偏移矢量表示為Lws2，兩旋轉(zhuǎn)軸之間的距離偏移矢量表示為Ls2s1。圖2描述了混合型機(jī)床坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)，其中工件端上的第一轉(zhuǎn)軸定義為Ns1，主軸端第二旋轉(zhuǎn)軸定義為Ns2，分別繞X、Y、Z中任意兩軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為φs1、φs2，則wAt可表示為：wAt＝Trans(Lws1)Rot(Ns1,-φs1)Trans(X0,Y0,Z0)Rot(Ns2,φs2)Trans(Ls2t)(2)其中的工件坐標(biāo)系w到Ns1的距離偏移矢量表示為Lws1，Ns2與主軸端點(diǎn)之間的距離偏移矢量表示為Ls2t。圖3描述了刀具旋轉(zhuǎn)型機(jī)床坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)，主軸端上的第一、第二旋轉(zhuǎn)軸為Ns1，Ns2，分別繞X、Y、Z中任意兩軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為φs1、φs2，則wAt可表示為：wAt＝Trans(X0,Y0,Z0)Rot(Ns1,φs1)Trans(Ls1s2)Rot(Ns2,φs2)Trans(Ls2t)(3)其中兩旋轉(zhuǎn)軸之間的偏移矢量表示為Ls1s2，Ns2與主軸端點(diǎn)之間的距離偏移矢量表示為Ls2t。將AxiSetTMCheck-up組件中的標(biāo)準(zhǔn)球和觸發(fā)式測頭分別固定在工作臺和主軸刀具卡座上。使用觸發(fā)式測頭對標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行三次接觸式采集，根據(jù)球面三點(diǎn)和球半徑可以確定標(biāo)準(zhǔn)球的球心位置；驅(qū)動機(jī)床繞某一個(gè)軸轉(zhuǎn)動，重復(fù)上述過程三次。根據(jù)采集到的三個(gè)球心點(diǎn)可以確定出一個(gè)平面，該平面的法向量即為機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸。所述的測量方案是指，將AxiSetTMCheck-up組件中的標(biāo)準(zhǔn)球和觸發(fā)式測頭分別固定在工作臺和主軸刀具卡座上。由于所有測頭在使用前或者安裝新的測針后都必須經(jīng)過標(biāo)定，將主軸測頭定位到標(biāo)準(zhǔn)球上方某個(gè)使測頭能安全無碰撞地開始向下移動或繞行的位置，沿與軸平行的直線軌跡逼近球心為坐標(biāo)，得到球體表面的三個(gè)位置，如圖4所示，這三個(gè)位置產(chǎn)生的球面位置應(yīng)形成一個(gè)盡可能大的三角形，若形成的三角形過小，可能會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠精確。標(biāo)定結(jié)束后，測頭回到標(biāo)準(zhǔn)球中心上方，經(jīng)過標(biāo)定后可確定標(biāo)準(zhǔn)球的球心坐標(biāo)為Ob(Ob.x,Ob.y,Ob.z)。將測針定位到參考點(diǎn)r，第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度αi(i＝1,2,3)，保持第二旋轉(zhuǎn)軸角度φs2不變，測針逼近本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，其特征在于，包括以下步驟：建立五軸機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型和誤差模型，確定五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差，即，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸向誤差以及與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的刀具坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)軸的位置偏移誤差；確定測量：將AxiSetTM?Check?up組件安裝在數(shù)控機(jī)床上，通過觸發(fā)式測頭標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)球的球心；根據(jù)機(jī)床誤差模型，計(jì)算五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差；將計(jì)算出的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差代入到運(yùn)動學(xué)模型中，對運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)對五軸機(jī)床的誤差補(bǔ)償。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
建立五軸機(jī)床的運(yùn)動學(xué)模型和誤差模型，確定五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差，
即，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸向誤差以及與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的刀具坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)軸的位置
偏移誤差；
確定測量：將AxiSetTMCheck-up組件安裝在數(shù)控機(jī)床上，通過觸發(fā)式測頭
標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)球的球心；
根據(jù)機(jī)床誤差模型，計(jì)算五軸機(jī)床的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差；
將計(jì)算出的四項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差代入到運(yùn)動學(xué)模型中，對運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行修正，
從而實(shí)現(xiàn)對五軸機(jī)床的誤差補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于AxiSet的五軸機(jī)床測量方法，其特征在
于，當(dāng)五軸機(jī)床為工作臺旋轉(zhuǎn)型機(jī)床時(shí)，所述運(yùn)動學(xué)模型為：
wAt＝Trans(Lws2)Rot(Ns2,-φs2)Trans(Ls2s1)Rot(Ns1,-φs1)Trans(X0,Y0,Z0)(1)
其中，wAt表示刀具到工件的位姿變換矩陣，Lws2表示工件坐標(biāo)系到Ns2軸距
離偏移矢量，Ls2s1表示兩旋轉(zhuǎn)軸之間的距離偏移矢量，Rot(Ns2,-φs2)表示工作臺繞
Ns2軸旋轉(zhuǎn)φs2角度的齊次矩陣，Rot(Ns1,-φs1)表示工作臺繞Ns1軸旋轉(zhuǎn)φs1角度的齊
次矩陣，Trans(X0,Y0,Z0)表示向工件坐標(biāo)系平移矢量為L＝[X0,Y0,Z0]'的齊次矩陣；
當(dāng)五軸機(jī)床為混合型機(jī)床時(shí)，所述運(yùn)動學(xué)模型為：
wAt＝Trans(Lws1)Rot(Ns1,-φs1)Trans(X0,Y0,Z0)Rot(Ns2,φs2)Trans(Ls2t)(2)
其中，各字母所代表含義和式(1)相同；
當(dāng)五軸機(jī)床為刀具旋轉(zhuǎn)型機(jī)床時(shí)，所述運(yùn)動學(xué)模型為：...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭飂默，于東，張娜，韓旭，
申請(專利權(quán))人：沈陽高精數(shù)控智能技術(shù)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21