[发明专利]一种双五轴镜像铣机床的精度自诊断方法

权利要求书

1.一种双五轴镜像铣机床的精度自诊断方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

1)判断上一工件是否满足设定的加工精度要求，若不满足，则执行步骤2)，对双五轴镜像铣机床进行几何精度自诊断；若满足，则执行步骤4)，对双五轴镜像铣机床进行机床作业的空间轮廓精度自诊断；

2)双五轴镜像铣机床几何精度自诊断

21)设计并安装几何误差诊断测试工装

基于双五轴镜像铣机床的几何精度数学模型设计几何误差诊断测试工装，所述几何误差诊断测试工装中主要包括第一基板和固定在第一基板上的具有五个平面的第一块体，通过所述第一基板将几何误差诊断测试工装固定安装在双五轴镜像铣机床床身上；根据机床坐标系XYZ对所述第一块体的五个平面进行如下定义：将与YZ平面平行的垂直平面定义为第一平面，将与XZ平面平行的水平面定义为第二平面，将与XY平面平行的垂直平面定义为第三平面，将法向矢量为(0，1，-1)的45°斜平面定义为第四平面，将法向矢量为(1，-1，0)的45°斜平面定义为第五平面；

22)利用所述几何误差诊断测试工装对铣削侧和支撑侧的各平动轴单独进行单点反复测量以获取各平动轴的零点坐标，实现对各平动轴重复定位精度的检测；其中，对于铣削侧和支撑侧的三个平动轴，分别利用所述几何误差诊断测试工装的第一平面、第二平面和第三平面获得相应侧主轴X、Y、Z向的零点定位误差和重复定位误差；

23)利用所述几何误差诊断测试工装对铣削侧和支撑侧的各旋转轴单独进行单点反复测量以获取各旋转轴的零点坐标，实现对各旋转轴重复定位精度的检测；其中，对于铣削侧和支撑侧的两个旋转轴，分别利用所述几何误差诊断测试工装的第四平面、第五平面获得相应侧主轴A、C向的零点定位误差和重复定位误差；

24)判断铣削侧主轴和支撑侧主轴的X、Y、Z、A、C向零点定位误差和重复定位误差是否满足设定的精度要求，若满足设定的精度要求，则执行步骤4)；若不满足设定的精度要求，则执行步骤3)；

3)先进行机床结构检查和误差补偿，然后执行步骤22)～步骤23)，直至铣削侧主轴和支撑侧主轴的X、Y、Z、A、C向零点定位误差和重复定位误差满足设定的精度要求，执行步骤4)；

4)双五轴镜像铣机床空间轮廓精度自诊断

基于镜像铣工作原理所需要的双五轴同步运动模型设定相应的检测轨迹，并利用安装在双五轴镜像铣机床的主轴与工作台上的球杆仪在设定的检测轨迹下采集杆长变化数据，通过计算获得机床运动状态下的轮廓误差，以诊断机床空间轮廓精度，具体包括以下步骤：

41)分别对旋转轴A轴、C轴与其相应的两平动轴的插补圆运动精度进行检测

将球杆仪的固定端安装在机床床身上，将球杆仪的移动端安装在铣削侧主轴上；根据ISO 230-1-2012《Test code for machine tools–Part1:Geometric accuracy ofmachines operating under no-load or quasi-static conditions》标准设定第一检测轨迹；对铣削侧五轴依照ISO230-1-2012标准中的AK1模式，利用球杆仪并根据设定的第一检测轨迹对各旋转轴与相应的两平动轴的插补圆运动进行精度检测，计算三轴联动误差；

42)对铣削侧的固定刀尖点五轴联动插补运动精度进行检测

保持球杆仪的安装位置不变；根据ISO 230-1-2012标准设定第二检测轨迹；对铣削侧五轴依照ISO 230-1-2012标准中的AK4模式，利用球杆仪并根据设定的第二检测轨迹对固定刀尖点五轴联动插补轨迹进行精度检测，计算五轴联动误差；

43)对铣削侧和支撑侧主轴沿各平动轴的同步运动精度进行检测

431)将球杆仪的固定端安装在支撑侧主轴上，球杆仪移动端的安装位置保持不变；

432)在ISO 230-6-2002《Test code for machine tools–Part6:Determination ofpositioning accuracy on body and face diagonals(Diagonal displacement tests)》标准中的体对角线测量方法基础上设定用于铣削侧和支撑侧同步运动精度检测的分步体对角线检测轨迹，实现全作业空间范围内的同步精度误差测量；其中，将各体对角线均等分为m段，且每一段均按照先沿X方向运动、再沿Y方向运动、最后沿Z方向运动的方式进行；

433)令铣削侧和支撑侧主轴按照步骤432)设定的分步体对角线检测轨迹依次沿各体对角线分段同步运动，并分别记录球杆仪在运动过程中的杆长变化情况，计算X、Y、Z向的刀尖点距离变化量，作为铣削侧和支撑侧主轴的同步运动误差；

44)若步骤41)、步骤42)和步骤43)中，测得的联动误差始终在允许范围内，则双五轴镜像铣机床的精度自诊断结束；若任一联动误差存在超过允许范围的情况，且本次诊断未执行过步骤2)，则执行步骤2)；若任一联动误差存在超过允许范围的情况，且本次诊断已执行过步骤2)，则执行步骤3)。

2.根据权利要求1所述的精度自诊断方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

5)双五轴镜像铣机床测控传感器精度自诊断，所述测控传感器包括固定安装在双五轴镜像铣机床的支撑侧主轴上的线激光轮廓仪，具体实现过程如下：

51)设计并安装线激光轮廓仪精度诊断测试工装

基于线激光轮廓仪的工作原理设计线激光轮廓仪精度诊断测试工装，包括第二基板和设置在第二基板上的第二块体和第三块体，第二块体和第三块体的上表面均为水平面，通过第二基板将线激光轮廓仪精度诊断测试工装固定安装在双五轴镜像铣机床的支撑侧主轴上；第二块体和第三块体间隔设置形成沟槽，在第二块体和第三块体的侧面与第二基板上表面之间分别形成阶梯面，第三块体上开设有圆孔；在所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装上定义三处特征平面，三处特征平面均相互平行，且均平行于YZ平面；其中，第一特征平面位于第二块体的水平面处，第二特征平面位于阶梯面处，第三特征平面位于沟槽处；

52)使支撑侧主轴运动，分别将线激光轮廓仪置于所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装上的第一特征平面和第二特征平面处，以测量线激光轮廓仪的A轴、C轴安装精度；若满足安装精度则执行步骤53)，否则矫正相应安装误差直至满足安装精度，执行步骤53)；

53)使支撑侧主轴运动，分别将线激光轮廓仪置于所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装上的第一特征平面、第二特征平面和第三特征平面处，以测量线激光轮廓仪的Z轴、X轴、Y轴测量精度；其中，

控制线激光轮廓仪移动至第一特征平面处并沿Z向移动，将读取的线激光轮廓仪所测测头至线激光轮廓仪精度诊断测试工装表面距离即Z向高度的均值作为线激光轮廓仪Z轴的测量精度，并将测量的Z向高度均值与所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装中沟槽的实际深度的误差作为线激光轮廓仪Z向的自身精度误差；

控制线激光轮廓仪移动至第二特征平面处并沿X向移动，使得激光运动区域识别到阶梯上表面和下表面的“临界位置”，将测量到的“临界位置”的X坐标和阶梯面区域在所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装上的实际坐标位置的误差值作为线激光轮廓仪在X向的自身精度误差；

控制线激光轮廓仪移动至第三特征平面处并沿Y向移动，将线激光轮廓仪测量到的沟槽宽度与沟槽的实际宽度的误差值作为线激光轮廓仪在Y向的自身精度误差；

54)对步骤53)测量的线激光轮廓仪各向自身精度误差进行判断，若线激光轮廓仪任一方向的自身精度超出了允许范围，则进行线激光轮廓仪的校正；若线激光轮廓仪各向的自身精度均在允许范围内，则扫描所述线激光轮廓仪精度诊断测试工装上的圆孔，测量其直径，并与实际直径进行对比，若满足精度要求，则双五轴镜像铣机床精度自诊断结束，机床开始执行加工程序；若不满足要求，则调整线激光轮廓仪与线激光轮廓仪精度诊断测试工装的距离，确保线激光轮廓仪精度诊断测试工装待测区域在线激光轮廓仪测量工作范围内，双五轴镜像铣机床精度自诊断结束，机床开始执行加工程序。