[发明专利]主轴摆动五轴加工中心的回转工作台中心定位方法

摘要

本发明公开了一种主轴摆动五轴加工中心的回转工作台中心定位方法，用于解决现有主轴摆动五轴加工中心的回转工作台中心定位方法实用性差的技术问题。技术方案是通过多次采集环规在回转工作台不同回转角度下的中心点坐标，拟合成圆弧曲线，得到圆弧中心从而确定工作台中心。该方法能够有效解决主轴摆动五轴加工中心在立铣状态下工作台中心定位的问题。经检测精度可达到0.001mm，完全满足机床加工精度要求。

主权项

一种主轴摆动五轴加工中心的回转工作台中心定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在主轴摆动五轴加工中心的回转工作台（3）上放置并固定一环规（1）；环规（1）固定在尽量远离回转工作台中心（2）的位置，且立铣状态下，主轴所能到达的环规（1）中心；环规（1）在工作台（3）上水平放置，端面与回转工作台（3）平行度≤0.005；步骤二、主轴摆动五轴加工中心处于立铣状态，主轴通过连接杆安装千分表或电感测微仪，机床面板显示处于机床坐标系下；逐渐手动移动机床主轴到环规（1）中心处，主轴转动时，测头在环规孔内转动，测头与孔壁接触；逐渐手动移动主轴到环规（1）中心，转动主轴一周，使千分表或电感测微仪示值变化达到最小，保证A与B点示值相等，C与D点示值相等；其中A、B、C、D四点在环规孔中均布，且AB两点连线与CD两点连线成90°；此时机床面板显示坐标即为环规（1）中心位置坐标；步骤三、回转工作台（3）回转一定角度α，0＜α＜30°，重复步骤二再次得到环规（1）中心位置坐标，在主轴能够达到的范围内多次旋转回转工作台（3），得到多个环规（1）中心位置坐标；步骤四、将得到的环规（1）中心位置坐标汇集为一组点，这组点轨迹近似于圆或一段圆弧；为了准确得到回转工作台中心（2），将粗大误差点剔除；具体步骤是在待拟合的离散点中取一点设为点p，在剩下的离散点中取三点确定一个圆，若点p与圆的径向距离＞δ，δ为数控机床精度，则剔除此点，反之则保留；按照同样方法将所有误差点a、b剔除，留下的中心点形成新的一组点；步骤五、步骤四最后确定的点，用最小二乘法拟合圆并计算圆心O坐标；最小二乘法拟合圆曲线：R²=(x‑A)²+(y‑B)²令a=‑2A b=‑2B c=A²+B²‑R²；得圆的另一个形式x²+y²+ax+by+c=0步骤四得到的一组点组成样本集（X_i，Y_i）i∈（1,2,3……N）样本到圆心的距离：d_i²＝(X_i‑A)²+(Y_i‑B)²点（X_i，Y_i）到圆心距离与圆半径的平方差δ_i²＝d_i²‑R²＝(X_i‑A)²+(Y_i‑B)²‑R＝X_i²+Y_i²+aX_i+bY_i+c令Q(a，b，c)=Σδ_i²＝Σ[（X_i²+Y_i²+aX_i+bY_i+c）]²求参数a，b，c使Q(a，b，c)的值最小Q(a，b，c)为平方差，所以存在大于或等于0的极小值Q(a，b，c)对a，b，c求偏导，令偏导等于0就得到了极值点$\frac{\∂Q(a,b,c)}{\∂a}=\mathrm{\Σ}2({X_i}^2+{Y_i}^2+a{X}_i+b{Y}_i+c)X_i=0$$\frac{\∂Q(a,b,c)}{\∂b}=\mathrm{\Σ}2({X_i}^2+{Y_i}^2+a{X}_i+b{Y}_i+c)Y_i=0$$\frac{\∂Q(a,b,c)}{\∂c}=\mathrm{\Σ}2({X_i}^2+{Y_i}^2+a{X}_i+b{Y}_i+c)=0$解得：令C=NΣX_i²‑ΣX_iΣX_iD=NΣX_iY_i‑ΣX_iΣY_iE=NΣX_i³+NΣX_iΣY_i²‑Σ(X_i²+Y_i²)ΣX_iG=NΣY_i²‑ΣY_iΣY_iH=NΣX_i²Y_i+NΣY_i³‑Σ(X_i²+Y_i²)ΣY_iCa+Db+E=0Da+Gb+H=0$a=\frac{\mathrm{HD}-\mathrm{EG}}{\mathrm{CG}-D^2}$$b=\frac{\mathrm{HC}-\mathrm{ED}}{D^2-\mathrm{GC}}$确定圆心O坐标为x=A=‑a/2，y=B=‑b/2，即主轴摆动五轴加工中心与回转工作台中心（2）的坐标。