CN103831665B - 一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机床检测技术领域，涉及一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法。本发明利用直棒测定旋转轴的处于水平或垂直状态旋转轴的角度RTCP值，并以此作为RTCP精度的参考值；利用球棒和千分表检测机床的RTCP精度，每隔5度进行一次测量；利用相应角度RTCP精度，与旋转轴定位精度的关系进行旋转轴定位精度校正。本发明能够简便快速的对五轴机床旋转轴定位精度校正和补偿，检测校正后的机床旋转轴精度能够满足零件加工生产的需要，节约检验、校正时间和相关的费用。

Description

一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法

技术领域

本发明属于机床检测技术领域，涉及一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法。

背景技术

目前五坐标数控机床越来越多，机床的定位精度需要定期进行校正和补偿，校正和补偿手段一般是使用激光干涉仪。利用激光干涉仪进行直线轴定位精度检查很简单，不需要附加的工装夹具，但是利用激光干涉仪进行旋转轴定位精度的检查和校正就异常困难。检查和校正旋转轴的定位精度需要使用旋转轴角度测头，这种测头需要专用的与机床旋转轴结构特点相配套的工装夹具，不同机床由于旋转轴结构不同，工装夹具也无法通用，而且安装工装夹具时需要拆卸一些机床部件。一般用户不会制造大量的专用工装夹具，因此无法进行旋转轴的定位精度的校正和补偿，这样在精度要求较高的时候风险就比较大，特别是更换旋转轴的位置检测部件需要检测而无法检测。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是：提供一种不需要依赖特定的数控系统、工装夹具和激光干涉仪，能够简便快速的对五轴机床旋转轴定位精度检测和校正的方法

本发明的技术方案是：一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，其特征为包含以下步骤：

步骤一，检测和校正机床的主轴与X轴的垂直精度；

步骤二，检测和校正机床的主轴与Y轴的垂直精度；

步骤三，检测和校正C轴旋转与X轴的垂直度；

步骤四，检测和校正C轴旋转与Y轴的垂直度；

步骤五，检测校正机床回转坐标的零点位置；

步骤六，利用直棒测定处于水平或垂直状态旋转轴的角度的定位误差，进行校正；

步骤七，检测及设置校正机床RTCP机械偏心；

步骤八，利用千分表、直棒和球棒设定RTCP的中心点长度；

步骤九，利用直棒测定旋转轴的处于水平或垂直状态旋转轴的角度RTCP值，并以此作为RTCP精度的参考值；

步骤十，利用球棒和千分表检测机床的RTCP精度，每隔5度进行一次测量；

步骤十一，利用步骤十测定的RTCP精度即相应角度RTCP精度，与旋转轴定位精度的关系进行旋转轴定位精度校正：通过以下公式（1）计算出角度误差α，通过以下公式（2）计算确定角度新补偿值E：

E=E₁±α（2）

其中，E₁是数控系统螺距补偿文件对应角度的角度原有补偿值；

步骤十二，在对角度误差进行补偿后，再对相应角度的RTCP值进行测量，确保相应角度的RTCP精度在步骤九测定的RTCP精度参考值范围内。

本发明的有益效果是：本发明一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，不需要依赖特定的数控系统、制造专用工装夹具和购买激光干涉仪，能够简便快速的对五轴机床旋转轴定位精度校正和补偿，检测校正后的机床旋转轴精度能够满足零件加工生产的需要，节约检验、校正时间和相关的费用。

附图说明

图1是坐标轴定位误差与RTCP的关系图；

图2是旋转轴定位误差导致RTCP误差和由RTCP误差可以人为认为旋转轴有一个很小的角度误差原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，包含以下步骤：

步骤一，检测和校正机床的主轴与X轴的垂直精度，满足机床出厂精度要求。

步骤二，检测和校正机床的主轴与Y轴的垂直精度，满足机床出厂精度要求。

步骤三，检测和校正C轴旋转与X轴的垂直度满足机床出厂精度要求。

步骤四，检测和校正C轴旋转与Y轴的垂直度满足机床出厂精度要求。

步骤五，检测校正机床回转坐标的零点位置。

步骤六，利用直棒测定处于水平或垂直状态旋转轴的角度的定位误差，进行校正。

步骤七，检测及设置校正机床RTCP机械偏心。

步骤八，利用千分表、直棒和球棒设定RTCP的中心点长度。

步骤九，利用直棒测定旋转轴的处于水平或垂直状态旋转轴的角度RTCP值，并以此作为RTCP精度的参考值。

步骤十，利用球棒和千分表检测机床的RTCP精度，每隔5度进行一次测量。

步骤十一，利用相应角度RTCP精度，也就是步骤十测定的RTCP精度，这里RTCP精度也就是千分表的指示值，与旋转轴定位精度的关系进行旋转轴定位精度校正：利用相应角度RTCP的精度值，通过计算得出角度误差α，并把得出的角度误差与数控系统螺距补偿文件对应的角度进行加减，确定角度新补偿值E:E=E₁±α,其中，E₁是数控系统螺距补偿文件对应角度的角度原有补偿值，E是对应角度的新补偿值，

其中，X是旋转轴旋转中心到刀具中心的距离，一般较大；而Y，也就是相应角度RTCP精度值，一般很小，在0.1mm以下；根据小角度原则，得到从而可以得到

步骤十二，在对角度误差进行补偿后，再对相应角度的RTCP值进行测量，确保相应角度的RTCP精度在步骤九测定的RTCP精度参考值范围内。

本发明一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，其原理说明如下：

参见图1、图2，一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，利用RTCP精度对五轴机床旋转轴定位精度进行检测和校正。RTCP精度与多个变量有关，其中机床的几何精度，RTCP的中心点长度，RTCP机械偏心的补偿，回转坐标的绝对零点位置等，我们可以通过几何测量校正，使这些精度满足要求。在几何精度满足要求的情况下，与RTCP精度关联性大的因素就是机床的定位精度。如果机床的旋转轴定位精度在定位时有一个小误差⊿α，系统无法进行RTCP移动，这样刀具中心就会有一个相应的偏差，即RTCP精度偏差。同样，在RTCP激活的条件下，如果A轴旋转一个角度A，则X轴，Z轴也会有相应的移动，X轴，Z轴的定位也会有相应的误差，即定位精度误差⊿E,这样在RTCP精度上同样会有一个偏差。所以在机床几何精度满足要求，RTCP参数各项设置正确时，RTCP的精度就与机床的线性轴，旋转轴的定位精度密切相关。坐标轴定位误差与RTCP的关系如图1所示。

由于线性轴在RTCP角度旋转时，如果角度旋转不大，比如5度，则移动的距离只有40mm，而机床的线性轴定位精度一般可以达到0.015mm/2000mm,所以线性轴的定位精度误差在旋转角度较小时对RTCP精度的影响可以忽略不计。

在图2中，在微小角度条件下，弧可以人为是垂直于一条边，并是一直线，由此我们可以得到：

$\mathrm{tg\α}=\frac{Y}{X},$ 故而， $\mathrm{\α}=\mathrm{artg}\frac{Y}{X}.$

由此由于X（旋转轴旋转中心到刀具中心的距离）一般很大，而Y（RTCP精度值）一般很小，在0.1mm以下，通过计算，根据小角度原则，可以得到一般可以得到

通过上面的计算公式和激光干涉检测原理，我们可以看到，利用RTCP精度进行旋转轴定位精度的校正精度不如激光干涉检测精度高，但是由于我们在实际生产时需要刀尖（刀具中心）的运动轨迹在编程的轨迹上，有时虽然旋转轴的定位精度比较好，但RTCP还要受其他因素的影响，所以RTCP精度有时也不会很好，也就是刀具轨迹不在编程轨迹上，而通过RTCP误差校正旋转轴的定位精度，虽精度不如激光干涉检测高，但是由于是直接保证RTCP精度，也就是刀具中心轨迹正确，能够满足我们的生产需要。

实施例1，对一台五轴立式AC轴机床的A轴进行定位精度校正。步骤如下：

步骤一，检测和校正机床的主轴与X轴的垂直精度，精度在0.02/300mm。

步骤二，检测和校正机床的主轴与Y轴的垂直精度，精度在0.02/300mm。

步骤三，检测和校正C轴旋转与X轴的垂直度,精度在0.02/600mm。

步骤四，检测和校正C轴旋转与Y轴的垂直度,精度在0.02/600mm。

步骤五，检测校正机床回转坐标的零点位置,使千分表指针压紧直棒，机床Z轴上下移动250mm，表的指针波动在0.005mm以内。

步骤六，利用直棒测定A轴的90度和-90度的定位误差，使千分表指针压紧直棒最低点，机床X轴左右移动250mm，表的指针波动应在0.005mm以内，如果不是在0.005mm以内，移动A轴，使表的针波动应在0.005mm以内，此时A轴的角度与90和-90有一个偏差值，这个偏差值，就是定位误差，并把这个偏差值输入到数控系统螺距补偿文件，并与文件原有的偏差值进行加减。

步骤七，检测及设置校正机床RTCP机械偏心，设定好以后转动C轴，C在90度，-90度，180度，-180度时，表的波动值在0.005以内。

步骤八，利用千分表、直棒和球棒设定A轴旋转中心到主轴鼻端的长度。

步骤九，利用直棒测定旋转轴的处于水平或垂直状态旋转轴的角度RTCP值，并以此作为RTCP精度的参考值，一般在0.02mm以内。

步骤十，利用球棒和千分表检测机床的RTCP精度，每隔5度进行一次测量。

步骤十一，利用相应角度RTCP精度，也就是步骤十测定的RTCP精度，这里RTCP精度也就是千分表的指示值，与旋转轴定位精度的关系进行旋转轴定位精度校正：利用相应角度RTCP的精度值，通过计算得出角度误差α，并把得出的角度误差与数控系统螺距补偿文件对应的角度进行加减，确定角度新补偿值E:E=E₁±α,其中，E₁是数控系统螺距补偿文件对应角度的角度原有补偿值，E是对应角度的新补偿值，

步骤十二，在对角度误差进行补偿后，再对相应角度的RTCP值进行测量，确保相应角度的RTCP精度在步骤九测定的RTCP精度参考值范围内。具体检测和校正数据请参见表1。

表1

角度	RTCP（校正前）	RTCP（校正后）	螺补值（校正前）	螺补值（校正后）
					-90	0.08	0.012	-0.0209	-0.0289
-85	0.06	0.013	-0.0204	-0.0264
					-80	0.07	0.008	-0.0187	-0.0255
-75	0.075	0.010	-0.0155	-0.0237
					-70	0.055	0.007	-0.0170	-0.022
-65	0.05	0.010	-0.0156	-0.0206
					-60	0.046	0.009	-0.0143	-0.0183
-55	0.040	0.008	-0.0130	-0.0170
					-50	0.030	0.010	-0.0128	-0.0158
-45	0.040	0.009	-0.008	-0.0120
					-40	0.030	0.011	-0.0108	-0.0118
-35	0.020	0.007	-0.0092	-0.0102
					-30	0.030	0.010	-0.010	-0.0130
-25	0.025	0.009	-0.009	-0.0112
					-20	0.010	0.008	-0.0096	-0.0096
-15	0.007	0.007	-0.0071	-0.0071
					-10	0.009	0.009	-0.0052	-0.00524 -->
-5	0.006	0.006	-0.0023	-0.0023
					0	0	0	0	0

5	0.003	0.003	0.0005	0.0005
					10	0.006	0.006	0.0005	0.0005
15	0.007	0.005	0.0007	0.0007
					20	0.009	0.007	0.0010	0.0010
25	0.008	0.009	0.0025	0.0025
					30	0.010	0.007	0.0038	0.0038
35	0.010	0.010	0.0053	0.0053
					40	0.015	0.008	0.0102	0.0087
45	0.020	0.011	0.0103	0.0083
					50	0.035	0.012	0.0153	0.0118
55	0.045	0.010	0.0172	0.0127
					60	0.058	0.013	0.0214	0.0156
65	0.060	0.012	0.0232	0.0162
					70	0.075	0.011	0.0260	0.0185
75	0.066	0.010	0.0270	0.0207
					80	0.074	0.014	0.0296	0.0222
85	0.077	0.015	0.0295	0.0220
					90	0.083	0.010	0.0310	0.0227

Claims (1)

1.一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法，其特征为包含以下步骤：

步骤一，检测和校正机床的主轴与X轴的垂直精度；

步骤二，检测和校正机床的主轴与Y轴的垂直精度；

步骤三，检测和校正C轴旋转与X轴的垂直度；

步骤四，检测和校正C轴旋转与Y轴的垂直度；

步骤五，检测校正机床回转坐标的零点位置；

步骤六，利用直棒测定处于水平或垂直状态旋转轴的角度的定位误差，进行校正；

步骤七，检测及设置校正机床RTCP机械偏心；

步骤八，利用千分表、直棒和球棒设定RTCP的中心点长度；

步骤九，利用直棒测定旋转轴的处于水平或垂直状态旋转轴的角度RTCP值，并以此作为RTCP精度的参考值；

步骤十，利用球棒和千分表检测机床的RTCP精度，每隔5度进行一次测量；

步骤十一，利用步骤十测定的RTCP精度即相应角度RTCP精度，与旋转轴定位精度的关系进行旋转轴定位精度校正：通过以下公式(1)计算出角度误差α，通过以下公式(2)计算确定角度新补偿值E：

E＝E₁±α(2)

其中，E₁是数控系统螺距补偿文件对应角度的角度原有补偿值；

步骤十二，在对角度误差进行补偿后，再对相应角度的RTCP值进行测量，确保相应角度的RTCP精度在步骤九测定的RTCP精度参考值范围内。