CN106826395A - 一种数控机床在线测量斜孔的方法 - Google Patents

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杨战红
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Abstract

一种数控机床在线测量斜孔的关键方法，是加工与测量在同一设备上进行的测量方法。该发明方法能有效地避免二次转卡误差，将机床测头添加并安装在数控系统的刀库系统中，工件加工过程中，预先编写好测量宏程序，可以根据工艺的需要，随时进行加工工件的测量，真正达到边加工边测量的效果。能尽早发现报废品，节省人工成本，解放生产力，减少加工浪费。

Description

一种数控机床在线测量斜孔的方法
技术领域
本发明专利涉及一种数控机床在线测量斜孔的关键方法，属于机械领域，特别是涉及一种在线测量斜孔的方法。
背景技术
由于我国机械加工技术严重落后，核心关键技术缺乏，尤其是在硬件方面。在五轴机床上开发在线测量方法更是艰难，每一关键部位精度的偏差对工件测量都将引发一连串的误差。本发明方法就是利用多体系统运动学理论及误差建模、五轴机床运动误差分析，来分析五轴数控机床在线测量的实用性和可行性。
发明内容
该方法所涉及的测量方法，主要是指在机械加工过程中，利用标准精密量具对工件的精准测量，是一种直接测量方法。主要由硬件部分和软件部分组成，硬件以机床为本体外接测头系统，软件部分主要由计算机系统组成。而五轴数控机床结构总体来说由三个移动轴和两个旋转轴组成，是一种集计算机控制、高性能伺服系统、和精密加工、检测技术于一体测量方法，主要应用于测量斜孔。
一种数控机床在线测量斜孔的关键方法，是加工与测量在同一设备上进行的测量方法。该发明方法能有效地避免二次转卡误差，将机床测头添加并安装在数控系统的刀库系统中，工件加工过程中，预先编写好测量宏程序，可以根据工艺的需要，随时进行加工工件的测量，真正达到边加工边测量的效果。能尽早发现报废品，节省人工成本，解放生产力，减少加工浪费。
附图说明
图1为在线测量斜孔的关键方法结构图；
图2为在线测量斜孔的关键方法结构图；
图3为标准环规校验；
图4为标准球的误差值(直径D＝25)；
图5为标准球的误差值(直径D＝35)；
图6为常规5点法标准球直径不同的误差比较；
图7为分中找正5点法标准球直径不同的比较。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明具体实施方式，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似的推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
数控系统的在线测量方法分为两种：一种是脱离电脑直接调用基本的宏程序方案如图1所示；另一种是用户自己开发宏程序，可根据具体检测需求编写不同的宏程序，利用计算机辅助系统上传到数控系统，进行测量控制如图2所示，两种测量方法都可以在线测量倾斜轴孔即可。
一种数控机床在线测量斜孔的方法主要由5个模块组成，包括CNN控制中心、刀库、主轴测头、无线接收器、宏程序，最终实现机床在线测量倾斜轴孔，并对测量误差进行优化。
本发明方法具体实施步骤：
步骤一：模具在加工前，需要手动建立坐标系；
步骤二：需要完成数控机床进行自动对刀、刀具半径补偿等操作；
步骤三：接触式3D测头系统添加入机床的刀库系统；
步骤四：可编写宏程序对探头进行控制；
步骤五：调出探头对模具进行几何位置误差检测；
步骤六：对数控机床几何误差进行校验；
步骤七：对倾斜轴孔进行测量，并对测量误差进行校验。
本发明方法为了提高该方法的测量精度，需要对测头校验精度优化、倾斜轴孔测量误差进行优化，首先对数控机床在线测量倾斜斜孔的误差源进行分析，在内外误差源中，占主要误差来源的是机床几何误差：
通过了解在线测量系统的结构，对比三坐标测量机和机床测量的原理、用途、特点和使用场合了解在线测量系统的结构，对机床的误差源进行分析，重点分析测头的标准环规校验方法并采用该方法对测量误差进行校正优化：
标准环规校验
标准环规的直径在25mm-35mm之间，常用于三坐标测量机的测头校验和坐标系的零位找正。测头碰触标准球的方位可以是整个球面(旋转测头)，用最小二乘法评定法可以拟合出一个包络球面，使用标准环规校验测头，可以在标准球上进行5点法校正或者9点法。其中，常用的9点法是在5点法的基础上，为保证精度误差而在球面上多取一个截平面上的4点，利用拟合最小二乘球优化算法，得出标准球心和测头真实半径/直径。
在三维空间中，利用克拉莫法则，可以求出不在一个平面内的四点的一个球心坐标。由文献可知，在坐标测量机的测头校正时，当被测球轮廓上的四点组成正四面体时测量结果的误差最小。而在测头实际运动中，很难保证接触点正好是正四面体，在常规5点法或9点法，都是1点在顶点，其余点均匀分布在某一高度的平面上，为了减小测量误差，会将这些点分组进行多次最小二乘法，这样计算量会比较大。为此，结合球面4点法特点，本文提出一种快速找正准确4点拟合自动校验法，如图3所示。
五轴加工机床探头在线测量斜孔的方法按照环规校验新算法，编写运动控制程序和宏程序，得出的实验结果是：
表1分中找正5点法
未经分中找正的5点法，数据结果如表2所示。
表2常规5点法
根据图4和图5可知，分中找正法测量不同球径的标准球时，结果精度都比常规法高。但由图6和图7可知，标准球直径越大，误差越小。环规校验在空间上校正半径补偿。这种校验方法计算简单，速度快，编程容易实现，大大提高工作效率。
在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。

Claims (3)

1.一种数控机床在线测量斜孔的系统，其特征在于，包括以下几个模块：包括CNN控制中心模块、刀库模块、主轴测头模块、无线接收器模块、宏程序模块，最终实现机床在线测量倾斜轴孔，并对测量误差进行优化。
2.一种应用于如权利要求1所述的数控机床在线测量斜孔的系统的数控机床在线测量斜孔的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：模具在加工前，手动建立坐标系；
步骤二：完成数控机床进行自动对刀、刀具半径补偿等操作；
步骤三：接触式3D测头系统添加入机床的刀库系统；
步骤四：编写宏程序对探头进行控制；
步骤五：调出探头对模具进行几何位置误差检测；
步骤六：对数控机床几何误差进行校验；
步骤七：对倾斜轴孔进行测量，并对测量误差进行校验。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床在线测量斜孔的方法，其特征在于：
在线测量倾斜轴孔时，确保测头在截面取样时如何能尽量保持碰触运动方向与圆柱壁垂直，使得测头误差最小。
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