[发明专利]一种CFXYZA型五轴数控机床旋转轴几何误差计算、补偿及其验证方法

说明书

本发明公开了一种CFXYZA型机床旋转轴几何误差计算、补偿及其验证方法，当CFXYZA型五轴数控机床的旋转轴转动时，在主轴端与工作台间安装球杆仪，可建立球杆仪两测量球的球心间的相对位置点坐标与姿态矢量，再通过修正数控代码来补偿位置点误差与姿态矢量误差，具体过程是先修正A、C轴的旋转转角来补偿姿态矢量误差，再调整移动轴来补偿位置点误差，最后使用球杆仪测量补偿前后运动过程中的圆轨迹，通过比较该实测圆轨迹与几何圆之间误差轨迹的圆度偏差来评定误差补偿效果。本发明对该误差补偿验证过程中所涉及的代码修正运算均作了详细论述，非常适用于对机床旋转轴几何误差的快速补偿、验证。

技术领域

本发明涉及数控机床误差补偿技术领域，特别涉及一种CFXYZA型五轴数控机床旋转轴几何误差计算、补偿及其验证方法。

背景技术

五轴机床旋转轴的几何误差不仅直接影响刀具切削点位置，而且影响刀轴姿态矢量，因此相较于三轴机床，增加的两个旋转轴给加工精度的提高带来一定的困难。

旋转轴运动的误差补偿效果可以通过分析加工测试件的表面轮廓精度来评定，但是该方法需要加工测试件和利用三坐标测量机来检测试件表面轮廓度，过程繁琐复杂，而且该方法不能直接得到两个旋转轴不同误差项的补偿效果。

使用球杆仪可以直接检验旋转轴运动圆轨迹，但补偿效果的验证涉及较为复杂的计算过程，本专利提出一种基于球杆仪的能够快速、准确验证旋转轴几何误差补偿精度的新方案及其详尽的计算方法，对于提高多轴数控机床的几何精度具有工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CFXYZA型机床旋转轴几何误差计算、补偿及其验证方法，以期能够快速、简单的实现对A、C轴旋转运动几何误差补偿的验证。

为了达成上述目的，本发明的解决方案包括以下步骤：

(1)针对CFXYZA型五轴数控机床的具体结构，建立机床参考坐标系、C轴坐标系、补偿坐标系；

(2)C轴补偿和验证过程具体包括以下步骤：

1)使主轴中心和C轴中心重合，球杆仪的中心球安装在主轴上，传感器球安装在与C轴工作台联结的中心座上；固定其他轴，仅C轴带动球杆仪转动；

2)在1)条件下，建立中心球球心G点与传感器球球心M点间拓扑链的坐标变换关系，得到G点相对于M点的理想姿态矢量和位置坐标；根据理想姿态矢量与理想旋转角之间关系获得实际姿态矢量与实际旋转角之间关系式，由理想位置坐标与理想平移量之间关系获得实际位置坐标与实际平移量之间关系式；

3)在考虑C轴几何误差的情况下，求出G点相对于M点的实际姿态矢量，通过迭代修正A、C轴的旋转角度补偿姿态矢量误差；

4)以修正后的A、C轴的旋转角度求出G点相对于M点的实际位置点，再通过平移X、Y、Z轴补偿位置点误差；

5)利用球杆仪分别测量补偿前和补偿后的圆轨迹，通过分析该实际圆轨迹与几何圆间误差轨迹的圆度偏差来评价C轴的补偿精度。

(3)A轴补偿、验证实验有以下步骤：

1)球杆仪的中心球安装在主轴上，传感器球安装在与C轴工作台联结的中心座上；C轴不动，A轴旋转时，Y、Z轴同步联动做与A轴反向的圆弧插补，使中心球球心的坐标位置不变；

2)在1)条件下，建立中心球球心G点与传感器球球心M点间拓扑链的坐标变换关系，得到G点相对于M点的理想姿态矢量和位置坐标；根据理想姿态矢量与理想旋转角之间关系获得实际姿态矢量与实际旋转角之间关系式，由理想位置坐标与理想平移量(其中不含圆弧插补量)之间关系获得实际位置坐标与实际平移量(其中不含圆弧插补量)之间关系式；