[发明专利]基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法

摘要

本发明涉及机床几何误差测量及标定技术领域，具体涉及一种基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法。其包括如下步骤步骤一、根据设计试件的形状编辑轨迹，生成加工代码，对所述设计试件进行小切削量切削，得到具有特定待测对象的切削试件；步骤二、利用在线测头检测并采集切削试件上特定待测对象的切削表面的敏感方向坐标，计算对应切削表面的坐标不匹配值；步骤三、建立包含位置无关误差的齐次运动方程，确定对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系；步骤四、根据对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系计算得到位置无关误差项。本发明为五轴机床位置无关误差检测及辨识方法，高效、易操作。

主权项

基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法，其特征在于，主要包括如下步骤：步骤一、根据设计试件的形状编辑轨迹，生成加工代码，对所述设计试件进行小切削量切削，得到具有特定待测对象的切削试件；步骤二、利用在线测头检测并采集切削试件上特定待测对象的切削表面的敏感方向坐标，计算对应切削表面的坐标不匹配值；步骤三、建立包含位置无关误差的齐次运动方程，确定对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系；步骤四、根据对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系计算得到位置无关误差项；步骤一中对所述设计试件进行小切削量切削的方法具体如下：(1)将所述设计试件安装在五轴制齿机床的C轴中心处，使所述设计试件的长方体边缘与五轴制齿机床的X轴、Y轴、Z轴坐标方向保持平行，使所述设计试件上侧的圆台轴线与C轴轴线保持一致；(2)调整A轴角度为0°，使刀具保持竖直状态，将刀具分步依次定位到工件坐标系下的(RS+D/2,0,‑4Mdepth)、(‑RS+λa‑D/2,0,‑3Mdepth)、(0,‑RS+2λa‑D/2,‑2Mdepth)、(0,RS‑3λa+D/2,‑Mdepth)，驱动C轴旋转360度，切削过程仅由C轴驱动，切削出4个同轴圆台侧面和1个底面；其中，工件坐标系定义在所述设计试件上端面的中心位置；RS为Step1回转半径；Mdepth为单个圆台母线的长度；D为刀具直径；λa为切削余量；(3)依次调整A轴角度为90°、0°、‑90°，在所述设计试件的长方体边缘小范围区域内切削垂直于Y方向的切削槽2个和垂直于Z方向的切削槽3个，用来采集和计算Y方向以及Z方向不同切削状态下对应点的坐标不匹配值，反映运动加工过程中位置无关误差在Y方向和Z方向的影响；(4)保持X轴不动，依次调整A轴角度为90°、45°、0°、‑45°、‑90°，切削5种A轴状态下的垂直于X方向的切削槽，反映运动加工过程中位置无关误差在X方向的影响；步骤一中切削得到的特定待测对象包括：4个圆台侧面和1个底面；垂直于X方向的1个切削槽；垂直于Y方向的2个切削槽；垂直于Z方向的3个切削槽；步骤二中利用在线测头检测并采集切削试件上特定待测对象的切削表面的敏感方向坐标，具体为：4个圆台侧面的同一方位点(S5，S6，S7，S8)的X坐标和底面4点(S1，S2，S3，S4)的Z坐标；2个垂直于Y方向切削槽对应点(S12，S13)的Y坐标；3个垂直于Z方向切削槽对应点(S9，S10，S11)的Z坐标；5个垂直于X方向切削槽对应点(S14，S15，S16，S17，S18)的X坐标；计算对应点的坐标不匹配值；步骤三中，由Y轴、Z轴及A轴运动切削引起的切削槽三个坐标方向对应点的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系计算方法如下：以X轴为参考坐标系，则刀具中心点在参考坐标系下的坐标为：RBY·YBZ·ZBA·A BT；其中：为含X轴、Y轴垂直度误差γYX的Y轴运动齐次坐标变换矩阵；为含Z轴、X轴垂直度误差βZX和Z轴、Y轴垂直度误差αZY的Z轴运动齐次坐标变换矩阵；为含A轴、Z轴垂直度误差βAZ；A轴、Y轴垂直度误差γAY；A轴沿Y轴偏移误差δAy以及A轴沿Z轴偏移误差δAz的A轴旋转运动齐次坐标变换矩阵，L为刀具摆动长度；为刀具中心点在实际A轴坐标系下的坐标；从而计算得到的刀具中心点在参考坐标系下的坐标为：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)将切削点处的坐标换算到参考坐标系中，在不同的Y轴、Z轴及A轴切削姿态下，对比同一敏感方向的切削坐标不匹配值，将实际检测值与式(1)计算值进行对比计算可得到所述A轴、Y轴和Z轴的位置无关误差；步骤三中，由C轴运动所引起的圆台侧面及底面对应点的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系计算方法如下：以X轴为参考坐标系，则理想工件坐标系中的点在参考坐标系下的坐标为：RBX·XBC·CBW；其中：为X轴运动齐次坐标变换矩阵；为含C轴、X轴垂直度误差βCX；C轴、Y轴垂直度误差αCY；C轴沿X轴偏移误差δCx以及C轴沿Y轴偏移误差δCy的C轴旋转运动齐次坐标变换矩阵；为理想工件坐标系中的点(wx,wy,wz)在实际C轴坐标系下的坐标；从而计算得到的理想工件坐标系下的点在参考坐标系中的坐标为：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);]]>同样，由式(2)将切削点处的坐标换算到参考坐标系中，将实际检测值与式(2)计算值进行对比计算可得到C轴的位置无关误差。