CN108372428A - 五轴机床结构误差自动测量补偿的方法及校正装置 - Google Patents
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Abstract
五轴机床结构误差自动测量补偿及校正方法，在机床工作台上安装五轴校正块，五轴校正块包括基准方台和基准圆环，基准方台的侧面和顶面平行于机床的坐标轴；建立五轴误差模型，获得结构误差在X、Y、Z方向上的误差分量、、，以及主轴轴向误差LSPD；使用机床数控系统启动五轴结构误差自动测量循环宏程序，测量机床的旋转轴轴线角度误差及旋转轴轴线与主轴轴线的位置误差；并测量所述主轴轴向误差；将测量得到的主轴轴线结构误差及主轴轴向误差代入建立好的五轴五轴误差模型，在机床数控系统的插补周期中补偿至各个运动坐标轴。本发明还公开一种五轴机床结构误差的自动测量及补偿的校正装置，实现五轴机床结构误差的自动测量和补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控机床结构误差测量技术，尤其是涉及一种五轴联动旋转轴几何结构误差的自动测量和实时补偿的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法及校正装置。
背景技术
高档五轴联动数控机床对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。五轴机床的加工精度在一定程度上，象征着一个国家制造业的水平。近年来，国内外学者在五轴机床误差检测和补偿方面做了大量的工作，在机床的控制系统误差、温度变化误差、机械尺寸误差等领域已取得了一定成果。其中，在机床结构误差方面，即机床零件的加工误差、装配误差及使用造成的磨损，会导致机床在加工过程中产生定位误差，影响零件的加工质量。
其中，为降低机床结构误差对加工产生的影响，机床制造商需要通过千分表和标准芯棒对其进行人工测量，并通过机床零件的不断修调，将结构误差控制在一定的范围内以提高机床加工精度；基于球杆仪或AxisSetTM等硬件进行误差数据采集和计算，对机床的运动学模型修正后，提高机床的定位精度。
现有的数控机床的结构误差检测技术分为人工测量和自动测量两种。其中，人工测量的方式费时费力，效率低下；自动测量技术一般基于数控系统外的第三方的测量装置和测量程序，仅实现误差检测功能，无法实现误差补偿,且成本高昂。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种五轴机床结构误差自动测量补偿的方法及校正装置，实现了五轴机床的结构误差的自动测量和实时补偿。
本发明的技术解决方案是：
一种五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其中，
在机床工作台上安装五轴校正块，所述五轴校正块包括基准方台和基准圆环，所述基准方台的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴，作为误差测量的基准面；
建立五轴误差模型，包括转动关节的结构误差和主轴因热伸长的主轴轴向误差，获得结构误差在X、Y、Z方向上的误差分量、、，以及主轴轴向误差LSPD；
使用机床数控系统的测量指令，启动五轴结构误差自动测量循环宏程序，测量所述机床的旋转轴轴线角度误差及旋转轴轴线与主轴轴线的位置误差；并测量所述主轴轴向误差；
将测量得到的所述主轴轴线位置误差及主轴轴向误差代入建立好的五轴误差模型，在所述机床数控系统的插补周期中补偿至各个运动坐标轴。
一种五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置，其中，所述校正装置包括基座、安装底座、基准方台、基准圆环；所述基座固定在机床工作台上，所述基准方台的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴；所述基准圆环为用于测头的校正的测量基准；是基准方台的侧面和顶面为误差测量的基准面。
由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：
本发明针对五轴机床的结构误差，基于西门子数控系统发明了一种自动测量、实时补偿的方法，是一种嵌入数控系统的补偿方法，不需要数控系统外的第三方软件平台介入。因此，该方法省时省力，还可实现机床在线测量补偿的功能，适用于自动化生产线单元级设备的自动调整、自适应加工等领域。此外，本发明还考虑了主轴热伸长误差，实现了其在刀尖点法向的补偿。
附图说明
图1为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法的步骤示意图；
图2为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法较佳实施例的流程示意图；
图3为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法以AC双摆角五轴机床为例的五轴误差模型；
图4为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法以AB双摆角五轴机床为例的五轴误差模型；
图5为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置的结构示意图。
主要元件标号说明：
本发明：
1：基座 2：安装底座 3：基准方台
4：基准圆环 5：A轴旋转轴线 6：主轴旋转轴线
7：C轴旋转轴线 8：B轴旋转轴线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提出了一种五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，只需要利用一个校正块和测头，结构形式非常简单。利用误差自动测量程序和运算补偿模型，实现误差的自动测量补偿。由于整个过程都是半自动化的，对于机床调试人员和维护人员来说，操作简单，只要几个指令就能够快速地完成五轴联动的结构误差测量及补偿。
本发明较佳的实施例中，请参阅图1所示，为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法的步骤示意图。其中本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法主要包括：
步骤S01在机床工作台上安装五轴校正块，所述五轴校正块包括基准方台和基准圆环，所述基准方台的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴，作为误差测量的基准面；
步骤S02建立五轴误差模型，包括转动关节的结构误差和主轴因热伸长的主轴轴向误差，获得结构误差在X、Y、Z方向上的误差分量、、，以及主轴轴向误差LSPD；
步骤S03使用机床数控系统的测量指令，启动五轴结构误差自动测量循环宏程序，测量所述机床的旋转轴轴线角度误差及旋转轴轴线与主轴轴线6的位置误差；并测量所述主轴轴向误差；
步骤S04将测量得到的所述主轴轴线位置误差及主轴轴向误差代入建立好的五轴误差模型，在所述机床数控系统的插补周期中补偿至各个运动坐标轴。
以双摆角五轴机床（AC/AB）为例，如图3和图4所示。机械尺寸、装配及长期使用磨损等造成的误差，称之为转动关节误差，由于主轴热伸长导致的主轴轴向误差称之为主轴热伸长。以多体系统运动学理论为基础，建立五轴机床刀具中心点在运动过程中空间定位误差的几何数学模型。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，更进一步地，在其较佳的实施例中，如图3所示，所述五轴误差模型模型为AC型双摆角五轴机床，刀具轴为A轴，非刀具轴为C轴，所述主轴与C轴平行，且垂直于A轴；当机床各轴运动时，数控系统则按照主轴轴线6、A轴轴线5及C轴轴线7垂直相交一点的方式控制五轴联动，因此，在机床运动定位及主轴热伸长过程中，主轴端面中心点会产生位置误差向量，该误差向量的大小直接影响着五轴机床的定位精度和加工精度。其中，坐标系O1和坐标系O2在主轴上，坐标系O3在A轴上，坐标系O4在C轴上，坐标系O5在Z轴上；LSPD为主轴热伸长坐标系O1与主轴坐标系O2的位置偏差；JOAX、JOAY、JOAZ为主轴坐标系O2与A轴坐标系O3的位置偏差；JOCX、JOCY、JOCZ为A轴坐标系O3与C轴坐标系O4的位置偏差；为A轴旋转角度，为C轴旋转角度，，，根据图3所示进行位置误差向量的推导计算：
根据多体运动学原理，坐标系O1通过平移变换转换到坐标系O2，坐标系O2通过旋转和平移变换转换到坐标系O3，坐标系O3通过平移变换转换到坐标系O4，坐标系O4通过旋转变换转换到坐标系O5。设为A轴旋转角度，为C轴旋转角度，推得：
其中，
获得主轴端面中心点产生的位置误差向量：
即AC结构五轴机床的结构误差和主轴热伸长的误差随着AC坐标运动时，其在XYZ方向的误差分量、、为
。
根据上述误差公式，预设五轴结构误差及主轴热伸长变量，可以通过MATLAB进行仿真验证，能够得到随着AC摆动的空间误差分分布的具体数据,利用实际测量数据与该数据的对比,验证了该模型的正确性。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，请参阅图4所示，其较佳的实施例中，所述五轴误差模型模型为AB型双摆角五轴机床，刀具轴为A轴，非刀具轴为B轴，所述A轴轴线5、B轴轴线8及主轴轴线6相互垂直；其中，坐标系O1和坐标系O2在主轴上，坐标系O3在A轴上，坐标系O4在B轴上，坐标系O5在Z轴上；LSPD为主轴热伸长坐标系O1与主轴坐标系O2的位置偏差；JOAX、JOAY、JOAZ为主轴坐标系O2与A轴坐标系O3的位置偏差；JOBX、JOBY、JOBZ为A轴坐标系O3与B轴坐标系O4的位置偏差；为A轴的旋转角度，为B的旋转角度，，，同理，根据图4进行位置误差向量的推导计算：
根据多体运动学原理，坐标系O1通过平移变换转换到坐标系O2，坐标系O2通过旋转和平移变换转换到坐标系O3，坐标系O3通过平移变换转换到坐标系O4，坐标系O4通过旋转变换转换到坐标系O5。设为A轴的旋转角度，为B的旋转角度。可推得，
其中，
获得主轴端面中心点产生的位置误差向量：
即AB结构五轴机床的结构误差和主轴热伸长的误差随着AB坐标运动时，其在XYZ方向的误差分量、、为
。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其较佳的实施例中，所述机床数控系统为西门子840D数控系统，按照机床测头测量路径设定机床误差自动测量宏程序；包括测量旋转轴轴线的角度误差以及测量旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其较佳的实施例中，所述旋转轴轴线的角度误差测量包括：所述机床将测头装载至主轴，主轴运动至五轴校正块的正上方，执行刀尖编程指令，将刀具轴定位于，将非刀具轴定位于，，，四个角度并触碰标准块上表面，获得四个Z方向的测量数值Z0，Z90，Z180，Z270，则非刀具轴轴线在X方向的夹角为，在Y方向的夹角为，设五轴机床转心距为LPIVOT，刀长为LT；则：
当和的数值使非刀具轴轴线与XY轴的夹角小于时，进行下一步的测量补偿，否则将在五轴联动的定位精度中产生不可忽略的影响，需要进行机械调整。在更具体的进一步的实施方式中，在西门子840D数控系统中，机床通过T指令将测头装载至主轴，执行刀尖编程指令为西门子数控系统的TRAORI指令。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其较佳的实施例中，所述旋转轴轴线的角度误差测量还包括刀具轴轴线矢量反向误差检测；其中：
所述机床将测头装载至主轴，将主轴运动至五轴校正块的左面，执行刀尖编程指令，将非刀具轴定位于，再将刀具轴定位于、，并触碰五轴校正块左面，获得两个Y方向的测量数值Y30和Y-30，得到刀具轴轴线在X方向的夹角为：
当的数值使刀具轴轴线与XY轴的夹角小于时，进行下一步的测量补偿，否则进行机械调整。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其较佳的实施例中，所述测量旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差包括刀具轴和非刀具轴的结构误差以及主轴轴向误差的测量；其中，所述刀具轴的结构误差由偏心距和转心距误差组成，先将非刀具轴定位到，主轴运动到五轴校正块的正上方；刀具轴分别以所述机床刀尖编程指令（TRAORI）的方式旋转至、和触碰基准面，从而得到在Z方向的测量值Z0、Z1、Z2；得到：
刀具轴转心距参数误差：
刀具轴偏心距：
所述非刀具轴的结构误差为X向和Y向的偏心距组成；先将刀具先定位到，主轴运动到五轴校正块的右方，即五轴校正块的Y负向；将非刀具轴定位于、、、四个角度，通过Y向的移动触碰基准面，获得四个Y方向的测量数值Y0，Y90，Y180，Y270，则：
非刀具轴X向偏心的计算公式为：
非刀具轴Y向偏心的计算公式为：
；
因热伸缩导致的所述主轴轴向误差的测量中，使用所述机床的主轴位移传感器，通过基准测量和模拟量输入AI，建立主轴热伸长量和模拟量关系，获得主轴轴向误差。该误差可代入五轴误差模型，实现主轴热伸长误差的空间补偿。
如上所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其较佳的实施例中，所述旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差的测量顺序按照先刀具轴后非刀具轴的测量顺序进行。以AC双摆角五轴机床为例，A轴为刀具轴，C轴为非刀具轴，故先进行A轴的误差测量。
测量过程是根据机床实际的加工工况运行一段时间稳定后，再将测头装夹在机床的主轴上，进行自动测量补偿。这样测试得到的数据能更加真实地反映出机床的实际状况。
本发明是建立在五轴机床的机械静态精度达到技术要求的基础上来实施的，其主要步骤如下：首先，根据五轴机床的结构误差及主轴热伸长误差在机床全局坐标系中的相对关系，建立相应的数学模型。其主要为转心距误差和偏心距误差，即刀尖点坐标系和各旋转轴坐标系的位置偏差。然后，机床各个轴需要运行一段时间，来模拟实际加工过程中的工况，再利用本发明设计的五轴误差校正装置和机床标配的测头，根据五轴机床结构误差类型设计自动测量路径，通过西门子数控系统的测量指令来完成误差数据采集计算。最后，利用西门子数控系统开放的补偿功能，将测量得到的结构误差数据代入到建立好的数学误差模型，在数控系统的插补周期里补偿到各个运动坐标轴，完成五轴联动过程中刀尖点定位误差的实时补偿。更进一步的，利用西门子的温度补偿功能，将五轴误差通过同步动作实时计算，在数控系统的差补周期里补偿到各个运动坐标轴，实现五轴误差的实时补偿。
参阅图2所示，为本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法较佳实施例的流程示意图，如图所示，本发明通过安装好标准块（即校正块），确定五轴误差模型，例如AC或AB型。让后进行非刀具旋转轴的轴线误差（即角度误差）测量和判断，当测量结果处于合理的公差带（即刀具轴和非刀具轴轴线与XY轴的夹角均小于0.001°）时，进行下一步的结构误差（即位置误差）测量；否则需要进行机械调整后再重新执行测量程序。
如图5所示，为本发明的一种五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置，其较佳的实施例中，所述校正装置包括基座1、安装底座2、基准方台3、基准圆环4；所述基座1固定在机床工作台上，所述基准方台3的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴；所述基准圆环4为用于测头的校正的测量基准；是基准方台3的侧面和顶面为误差测量的基准面。
如上所述的本发明的五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置，其较佳的实施例中，所述基准方台和基准圆环的表面光洁度达到Ra0.3。
本发明设计了一套校正装置并提供一种五轴机床结构误差自动测量的方法，建立五轴运动学误差运算模型，基于西门子数控系统将测量数据代入模型进行实时计算补偿，提高刀尖点的空间定位精度，从而提高五轴的加工精度。
本发明利用西门子数控系统开放的误差补偿功能，在数控系统的一个插补周期内就能完成误差的补偿，与数控系统充分融合，不需要第三方测量软件，有效降低了开发成本。
本发明的五轴校正块制造成本低，安装便捷，操作简单。利用机床标配的无线电测头，既节省了测量装置的硬件开发成本，也提高该装置的利用率，减少人工成本，提高工作效益。
本发明综合考虑了旋转轴轴线误差对测量结果的影响，当对轴线误差进行检查时，如果轴线偏差较大时，则能够提示按需要进行机械调整。
本发明加入了主轴热伸长的误差补偿，实现了其在刀尖点法向的补偿。
本测量方法及装置不仅适用于双摆角铣床，同样也适用于其它结构形式的五坐标联动机床，具有结构简单、适用性强的优点。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，
在机床工作台上安装五轴校正块，所述五轴校正块包括基准方台和基准圆环，所述基准方台的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴，作为误差测量的基准面；
建立五轴误差模型，包括转动关节的结构误差和主轴因热伸长的主轴轴向误差，获得结构误差在X、Y、Z方向上的误差分量、、，以及主轴轴向误差LSPD；
使用机床数控系统的测量指令，启动五轴结构误差自动测量循环宏程序，测量所述机床的旋转轴轴线角度误差及旋转轴轴线与主轴轴线的位置误差；并测量所述主轴轴向误差；
将测量得到的所述主轴轴线位置误差及主轴轴向误差代入建立好的五轴五轴误差模型，在所述机床数控系统的插补周期中补偿至各个运动坐标轴。
2.如权利要求1所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述五轴误差模型模型为AC型双摆角五轴机床，刀具轴为A轴，非刀具轴为C轴，所述主轴与C轴平行，且垂直于A轴；其中，坐标系O1和坐标系O2在主轴上，坐标系O3在A轴上，坐标系O4在C轴上，坐标系O5在Z轴上；LSPD为主轴热伸长坐标系O1与主轴坐标系O2的位置偏差；JOAX、JOAY、JOAZ为主轴坐标系O2与A轴坐标系O3的位置偏差；JOCX、JOCY、JOCZ为A轴坐标系O3与C轴坐标系O4的位置偏差；为A轴旋转角度，为C轴旋转角度，，，主轴端面中心点产生的位置误差向量：
即AC结构五轴机床的结构误差和主轴热伸长的误差随着AC坐标运动时，其在XYZ方向的误差分量、、为
。
3.如权利要求1所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述五轴误差模型模型为AB型双摆角五轴机床，刀具轴为A轴，非刀具轴为B轴，所述A轴、B轴及主轴相互垂直；其中，坐标系O1和坐标系O2在主轴上，坐标系O3在A轴上，坐标系O4在B轴上，坐标系O5在Z轴上；LSPD为主轴热伸长坐标系O1与主轴坐标系O2的位置偏差；JOAX、JOAY、JOAZ为主轴坐标系O2与A轴坐标系O3的位置偏差；JOBX、JOBY、JOBZ为A轴坐标系O3与B轴坐标系O4的位置偏差；为A轴的旋转角度，为B的旋转角度，，，主轴端面中心点产生的位置误差向量：
即AB结构五轴机床的结构误差和主轴热伸长的误差随着AB坐标运动时，其在XYZ方向的误差分量、、为
。
4.如权利要求2或3所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述机床数控系统为西门子840D数控系统，按照机床测头测量路径设定机床误差自动测量宏程序；包括测量旋转轴轴线的角度误差以及测量旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差。
5.如权利要求4所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述旋转轴轴线的角度误差测量包括：所述机床将测头装载至主轴，将主轴运动至五轴校正块的正上方，执行刀尖编程指令，将刀具轴定位于，将非刀具轴定位于，，，四个角度并触碰标准块上表面，获得四个Z方向的测量数值Z0，Z90，Z180，Z270，则非刀具轴轴线在X方向的夹角为，在Y方向的夹角为，设五轴机床转心距为LPIVOT，刀长为LT；则：
当和的数值使非刀具轴轴线与XY轴的夹角小于时，进行下一步的测量补偿，否则进行机械调整。
6.如权利要求5所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述旋转轴轴线的角度误差测量还包括刀具轴轴线矢量反向误差检测；其中：
所述机床将测头装载至主轴，将主轴运动至五轴校正块的左面，执行刀尖编程指令，将非刀具轴定位于，再将刀具轴定位于、，并触碰五轴校正块左面，获得两个Y方向的测量数值Y30和Y-30，得到刀具轴轴线在X方向的夹角为：
当的数值使刀具轴轴线与XY轴的夹角小于时，进行下一步的测量补偿，否则进行机械调整。
7.如权利要求4所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述测量旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差包括刀具轴和非刀具轴的结构误差以及主轴轴向误差的测量；其中，所述刀具轴的结构误差由偏心距和转心距误差组成，先将非刀具轴定位到，主轴运动到五轴校正块的正上方；刀具轴分别以所述机床刀尖编程指令的方式旋转至、和触碰基准面，从而得到在Z方向的测量值Z0、Z1、Z2；得到：
刀具轴转心距参数误差：
刀具轴偏心距：
所述非刀具轴的结构误差为X向和Y向的偏心距组成；先将刀具先定位到，主轴运动到五轴校正块的右方，即五轴校正块的Y负向；将非刀具轴定位于、、、四个角度，通过Y向的移动触碰基准面，获得四个Y方向的测量数值Y0，Y90，Y180，Y270，则：
非刀具轴X向偏心的计算公式为：
非刀具轴Y向偏心的计算公式为：
；
因热伸缩导致的所述主轴轴向误差的测量中，使用所述机床的主轴位移传感器，通过基准测量和模拟量输入AI，建立主轴热伸长量和模拟量关系，获得主轴轴向误差。
8.如权利要求7所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的方法，其特征在于，所述旋转轴轴线与主轴轴线的结构误差的测量顺序按照先刀具轴后非刀具轴的测量顺序进行。
9.五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置，其特征在于，所述校正装置包括基座、安装底座、基准方台、基准圆环；所述基座固定在机床工作台上，所述基准方台的侧面和顶面平行于所述机床的坐标轴；所述基准圆环为用于测头的校正的测量基准；是基准方台的侧面和顶面为误差测量的基准面。
10.如权利要求9所述的五轴机床结构误差自动测量补偿的校正装置，其特征在于，所述基准方台和基准圆环的表面光洁度达到Ra0.3。
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Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109269456A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-25 | 太原理工大学 | 一种revo测头ab轴垂直度误差标定方法 |
| CN109299515A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-02-01 | 西安交通大学 | 一种基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法 |
| CN110108207A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 博众精工科技股份有限公司 | 基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法 |
| CN111077847A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 武汉华中数控股份有限公司 | 多轴机床线性轴滚动角误差产生的刀具矢量误差补偿方法 |
| CN111123842A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
| CN111113265A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 湖南工程学院 | 一种电主轴-刀具系统偏心距识别方法 |
| CN111506015A (zh) * | 2018-12-27 | 2020-08-07 | 施瓦本机床有限公司 | 用于确定机床表面形状的方法 |
| CN111580460A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-08-25 | 沈机（上海）智能系统研发设计有限公司 | 五轴机床的误差检测系统、误差检测和补偿方法 |
| CN111854658A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-30 | 四川大学 | 一种R-test精密球头检测装置及其标定方法 |
| CN112059726A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-11 | 西安精雕精密机械工程有限公司 | 一种多基准特征工件的在机测量与补偿加工方法 |
| CN112363458A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 厦门至慧机器人有限公司 | 用对射式光电开关或机械式微动开关对锯切机锯片直径在线测量及补偿方法 |
| CN112731864A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 北京理工大学 | 一种机床加工误差补偿方法、装置及零件加工机床 |
| CN112859738A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 沈机（上海）智能系统研发设计有限公司 | 一种数据采集方法、介质、电子设备及机床 |
| CN113110293A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-13 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种数控加工b轴误差探头补偿方法 |
| CN113579509A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 苏州市宏石激光技术有限公司 | 一种校准五轴系统tcp参数的方法 |
| CN114273981A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-05 | 苏州古田自动化科技有限公司 | 一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心 |
| CN114322765A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 科德数控股份有限公司 | 一种通过坐标系旋转方式的刀具测量方法 |
| CN114397857A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-26 | 北京迪蒙数控技术有限责任公司 | 六轴数控误差补偿方法 |
| CN114594726A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-06-07 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种数控机床主轴热伸长量检测方法及电子设备 |
| CN114800046A (zh) * | 2021-01-27 | 2022-07-29 | 一汽-大众汽车有限公司 | 一种整车模型加工坐标系的快速建系方法 |
| WO2023097711A1 (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 余英豪 | 一种新型智能机床加工系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008188726A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Toshiba Mach Co Ltd | スライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工に用いる計測・補正システム |
| CN103809513A (zh) * | 2012-11-09 | 2014-05-21 | 沈阳高精数控技术有限公司 | 一种ca摆头结构五轴机床误差的校验方法 |
| CN103831665A (zh) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 江西昌河航空工业有限公司 | 一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法 |
| CN103862326A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-18 | 南京高传四开数控装备制造有限公司 | 一种双旋转工作台五轴机床旋转刀具刀尖控制方法 |
| CN105234743A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-01-13 | 天津大学 | 一种五轴加工中心刀具变形误差补偿方法 |
| CN105643362A (zh) * | 2014-11-13 | 2016-06-08 | 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 | 一种基于AxiSet的五轴机床测量方法 |
-
2016
- 2016-12-21 CN CN201611191175.0A patent/CN108372428B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008188726A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Toshiba Mach Co Ltd | スライドコア穴の加工方法およびスライドコア穴加工に用いる計測・補正システム |
| CN103809513A (zh) * | 2012-11-09 | 2014-05-21 | 沈阳高精数控技术有限公司 | 一种ca摆头结构五轴机床误差的校验方法 |
| CN103831665A (zh) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 江西昌河航空工业有限公司 | 一种五轴机床旋转轴定位精度检测和校正方法 |
| CN103862326A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-18 | 南京高传四开数控装备制造有限公司 | 一种双旋转工作台五轴机床旋转刀具刀尖控制方法 |
| CN105643362A (zh) * | 2014-11-13 | 2016-06-08 | 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 | 一种基于AxiSet的五轴机床测量方法 |
| CN105234743A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-01-13 | 天津大学 | 一种五轴加工中心刀具变形误差补偿方法 |
Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109299515A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-02-01 | 西安交通大学 | 一种基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法 |
| CN109269456A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-25 | 太原理工大学 | 一种revo测头ab轴垂直度误差标定方法 |
| CN111123842A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
| CN111123842B (zh) * | 2018-10-31 | 2024-03-15 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
| CN111506015A (zh) * | 2018-12-27 | 2020-08-07 | 施瓦本机床有限公司 | 用于确定机床表面形状的方法 |
| CN110108207B (zh) * | 2019-05-16 | 2021-02-19 | 博众精工科技股份有限公司 | 基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法 |
| CN110108207A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 博众精工科技股份有限公司 | 基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法 |
| CN111113265A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 湖南工程学院 | 一种电主轴-刀具系统偏心距识别方法 |
| CN111077847A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 武汉华中数控股份有限公司 | 多轴机床线性轴滚动角误差产生的刀具矢量误差补偿方法 |
| CN111580460A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-08-25 | 沈机（上海）智能系统研发设计有限公司 | 五轴机床的误差检测系统、误差检测和补偿方法 |
| CN111854658A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-30 | 四川大学 | 一种R-test精密球头检测装置及其标定方法 |
| CN111854658B (zh) * | 2020-07-22 | 2021-04-20 | 四川大学 | 一种R-test精密球头检测装置及其标定方法 |
| CN112059726A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-11 | 西安精雕精密机械工程有限公司 | 一种多基准特征工件的在机测量与补偿加工方法 |
| CN112059726B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-05-24 | 西安精雕精密机械工程有限公司 | 一种多基准特征工件的在机测量与补偿加工方法 |
| CN112363458A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 厦门至慧机器人有限公司 | 用对射式光电开关或机械式微动开关对锯切机锯片直径在线测量及补偿方法 |
| CN112731864A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 北京理工大学 | 一种机床加工误差补偿方法、装置及零件加工机床 |
| CN112859738A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 沈机（上海）智能系统研发设计有限公司 | 一种数据采集方法、介质、电子设备及机床 |
| CN114800046A (zh) * | 2021-01-27 | 2022-07-29 | 一汽-大众汽车有限公司 | 一种整车模型加工坐标系的快速建系方法 |
| CN113110293A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-13 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种数控加工b轴误差探头补偿方法 |
| CN113579509A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 苏州市宏石激光技术有限公司 | 一种校准五轴系统tcp参数的方法 |
| CN113579509B (zh) * | 2021-07-28 | 2023-02-14 | 苏州市宏石激光技术有限公司 | 一种校准五轴系统tcp参数的方法 |
| WO2023097711A1 (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 余英豪 | 一种新型智能机床加工系统 |
| CN114322765A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 科德数控股份有限公司 | 一种通过坐标系旋转方式的刀具测量方法 |
| CN114322765B (zh) * | 2021-12-27 | 2023-09-26 | 科德数控股份有限公司 | 一种通过坐标系旋转方式的刀具测量方法 |
| CN114397857A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-26 | 北京迪蒙数控技术有限责任公司 | 六轴数控误差补偿方法 |
| CN114397857B (zh) * | 2022-01-25 | 2024-04-16 | 北京迪蒙数控技术有限责任公司 | 六轴数控误差补偿方法 |
| CN114594726A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-06-07 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种数控机床主轴热伸长量检测方法及电子设备 |
| CN114594726B (zh) * | 2022-02-17 | 2024-06-04 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种数控机床主轴热伸长量检测方法及电子设备 |
| CN114273981A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-05 | 苏州古田自动化科技有限公司 | 一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心 |
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