[发明专利]一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法

说明书

一种基于R‑test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法，先设计并运行联动轨迹，将R‑test接入数控系统，同步采集指令位置、光栅反馈及R‑test位移数据，采集数控机床5个进给轴的插补指令，通过机床正运动学变换，得到工件坐标系下指令刀尖位置和指令刀轴姿态；然后提取R‑test数据，经过转换矩阵变换，得到工件坐标系下的检测球球心坐标，即为实际刀尖位置，通过旋转轴光栅，得到实际刀轴姿态；最后计算刀轴矢量误差，刀尖位置轨迹误差为指令刀尖位置和实际刀尖位置的距离，刀轴姿态轨迹误差为指令刀轴姿态和实际刀轴姿态的夹角；本发明可以实现对刀轴矢量误差快速测量。

技术领域

本发明属于五轴数控机床技术领域，具体涉及一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法。

背景技术

五轴加工以其多轴联动的优势，在船舶螺旋桨等曲面造型产品的高精度加工中处于优势地位。对于五轴机床而言，刀轴矢量直接影响零件轮廓精度。刀轴矢量包括刀尖点位置和刀轴姿态两个要素，刀尖点位置与机床的几何误差有关，刀轴姿态与A轴和C轴的转动角度有关。因此，研究刀轴矢量的测量方法，对于机床加工精度的评估以及零件轮廓误差的预测具有实际意义。

目前对于刀轴矢量的研究，主要集中在机械加工过程中的刀轴矢量优化方面。Fu等人为降低五轴球头铣削加工纹理的影响，在《Geometric error compensation of five-axis ball-end milling based on tool orientation optimization and tool pathsmoothing》中，提出了一种几何误差补偿方法，包括单刀位姿的优化和整体刀轨的光滑化。对于刀轴矢量误差的测量，有研究通过试切零件如S试件，并使用三坐标测量仪来检测轮廓误差，进而分析刀轴矢量对于轮廓误差的影响。该方法的影响因素较多，无法直接、快速对刀轴矢量误差进行检测。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法，可以实现对刀轴矢量误差快速测量。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法，包括以下步骤：

1)设计并联动轨迹，采集数据：

设计五轴数控机床联动轨迹，需满足以下两个条件：A.轨迹在R-test量程之内；B.各进给轴的行程需要尽可能大，以充分反映刀轴矢量误差在机床工作空间内的变化；

运行联动轨迹，将R-test接入数控系统，同步采集指令位置、光栅反馈及R-test位移数据；

2)利用五轴指令位置数据计算指令刀轴矢量：

指令刀轴矢量包括指令刀尖位置和指令刀轴姿态；采集数控机床5个进给轴的插补指令，通过机床正运动学变换，得到工件坐标系下指令刀尖位置和指令刀轴姿态，对于AC转台机床，经过正运动学变换，理论刀尖点坐标(X_Pc，Y_Pc，Z_Pc)如式(1)；

式中：X_Pc,Y_Pc,Z_Pc——工件坐标系下球心坐标；X(t),Y(t),Z(t),α₀, γ₀——X，Y，Z，A，C轴插补指令；L_YAx,L_YAy,L_YAz——机床坐标系原点到A轴控制点矢量分量(-RTCP)；L_ACx,L_ACy,L_ACz——A轴控制点到C轴控制点矢量分量(RTCP)；L_CWx,L_CWy,L_CWz——C轴控制点到工件坐标系原点矢量分量(G54)；