CN109483322A - 一种五轴数控机床的零点校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五轴数控机床的零点校准方法，通过三步即可完成校准，步骤一，安装回零校准的工装；步骤二，直线轴的回零校准；步骤三，旋转轴回零校准；本发明所述的校准工装结构设计简单，可实现对五轴数控机床的直线轴和旋转轴的回零校准工作，根据上述运动轨迹计算出C轴实际旋转的角度值，完成校准，同理利用校准面c实现A轴的回零校准，本发明工装结构简单，校准步骤简单，涉及的计算方法简单，对现有技术存在的问题得到了很好的解决。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控机床校准方法，具体地说是一种五轴数控机床的零点校准方法。
背景技术
五轴数控机床是指在一台机床上至少有五个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、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。
然而五轴数控机床的精确回零是保证数控机床加工精度的重要措施，五轴数控机床的回零校准包括直线轴（X轴、Y轴、Z轴）和旋转轴（A、B轴或A、C轴）的校准。五轴数控机床的定位精度需要定期进行校正和补偿，校正和补偿一般使用激光干涉仪，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。目前的零点校准方案，大多数只能实现直线轴的校准，而无法实现旋转轴的校准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的工装，可实现对五轴数控机床的直线轴和旋转轴的回零校准工作，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种五轴数控机床的零点校准方法，其特征在于，包含以下校准方法步骤：
步骤一，安装回零校准的工装，该工装为矩形块结构，以o为对称结构的中心点，a、b、c为两两相互垂直的三个平面，将工装通过连接件安装在数控机床的工作台上的固定位置，即o点为X、Y、Z轴的零点，在主轴上安装接触式侧头；
步骤二，直线轴的回零校准，
首先，安装有标准测头的主轴接触校准面c；
其次，记录当前显示数值并输入到相应参数内，得到X方向上的零点校准值；
同理，分别以校准面a、b校准Y、Z方向上的零点；
步骤三，旋转轴回零校准，
1）利用校准面b对C轴进行回零校准，首先让A轴旋转90度，使主轴上的测头处于竖直位置；
2）测头接触校准面b，记录接触点A1的坐标值（Xa1,Ya1）；
3）测头离开校准面，C轴绕O1点旋转一定角度；
4）测头第二次接触校准面b，记录接触点B1的坐标值（Xb1,Yb1）；
5）根据上述1）-4）的运动轨迹，数控系统计算出的值，即C轴实际旋转的角度
值；
6）数控系统计算C轴的实际旋转角度与指令旋转角度的偏差值，输入相应参数内，作为补偿值；完成C轴的回零校准；
7）A轴反方向旋转90度，主轴回到水平位置，同理，以校准面c实现A轴的回零校准。
作为优选，所述C轴实际旋转的角度值的计算方法如下：
为C轴实际转过的角度值，若C轴零点位置没有误差则的值与指令中
的角度值相等，
根据A1、B1点的坐标，可以计算出的值为，
则的实际值为，
作为优选，上述C轴实际旋转的角度值与指令中的角度值相比较即可得到偏差值，即C轴的零点位置误差，记录该误差值进行补偿。
本发明的有益效果是：本发明一种简单的工装，可实现对五轴数控机床的直线轴和旋转轴的回零校准工作，根据上述运动轨迹计算出C轴实际旋转的角度值，完成校准，同理利用校准面c实现A轴的回零校准，本发明工装结构简单，校准步骤简单，涉及的计算方法简单，对现有技术存在的问题得到了很好的解决。根据本方案对数控系统进行二次开发，操作者可在系统开机后的任意时刻，通过菜单调用该功能，实现数控系统的自动回零校准工作。
附图说明
图1为本发明工装结构示意图；
图2为步骤二所述运动轨迹示意图；
图3为实施例所述卧式五轴机床AC摆头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图，本发明实施例中，以卧式五轴数控机床（直线轴+AC摆头）为例，提前将工装通过连接件安装在工作台的固定位置（根据实际情况，安装完成后无需频繁拆卸），使o点为X、Y、Z轴的零点；并在主轴上安装接触式侧头。假设已完成对数控系统的二次开发，操作者在系统开机后，通过菜单调用回零校准功能，可在任意时刻实现数控系统的自动回零校准，数控系统可自动执行如下操作：
步骤一，直线轴的回零校准，
首先，安装有标准测头的主轴接触校准面c；
其次，记录当前显示数值并输入到相应参数内，得到X方向上的零点校准值；
同理，分别以校准面a、b校准Y、Z方向上的零点；
步骤二，旋转轴回零校准，
1）利用校准面b对C轴进行回零校准，首先让A轴旋转90度，使主轴上的测头处于竖直位置；
2）测头接触校准面b，记录接触点A1的坐标值（Xa1,Ya1）；
3）测头离开校准面，C轴绕O1点旋转一定角度；
4）测头第二次接触校准面b，记录接触点B1的坐标值（Xb1,Yb1）；
5）根据上述1）-4）的运动轨迹，数控系统计算出的值，即C轴实际旋转的角度
值；
6）数控系统计算C轴的实际旋转角度与指令旋转角度的偏差值，输入相应参数内，作为补偿值；完成C轴的回零校准；
7）A轴反方向旋转90度，主轴回到水平位置，同理，以校准面c实现A轴的回零校准。
作为优选，所述C轴实际旋转的角度值的计算方法如下：
为C轴实际转过的角度值，若C轴零点位置没有误差则的值与指令中
的角度值相等，
根据A1、B1点的坐标，可以计算出的值为，
则的实际值为，
作为优选，上述C轴实际旋转的角度值与指令中的角度值相比较即可得到偏差值，即C轴的零点位置误差，记录该误差值进行补偿。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种五轴数控机床的零点校准方法，其特征在于，包含以下校准方法步骤：
步骤一，安装回零校准的工装，该工装为矩形块结构，以o为对称结构的中心点，a、b、c为两两相互垂直的三个平面，将工装通过连接件安装在数控机床的工作台上的固定位置，即o点为X、Y、Z轴的零点，在主轴上安装接触式侧头；
步骤二，直线轴的回零校准，
首先，安装有标准测头的主轴接触校准面c；
其次，记录当前显示数值并输入到相应参数内，得到X方向上的零点校准值；
同理，分别以校准面a、b校准Y、Z方向上的零点；
步骤三，旋转轴回零校准，
1）利用校准面b对C轴进行回零校准，首先让A轴旋转90度，使主轴上的测头处于竖直位置；
2）测头接触校准面b，记录接触点A1的坐标值（Xa1,Ya1）；
3）测头离开校准面，C轴绕O1点旋转一定角度；
4）测头第二次接触校准面b，记录接触点B1的坐标值（Xb1,Yb1）；
5）根据上述1）-4）的运动轨迹，数控系统计算出的值，即C轴实际旋转的角度
值；
6）数控系统计算C轴的实际旋转角度与指令旋转角度的偏差值，输入相应参数内，作为补偿值；完成C轴的回零校准；
7）A轴反方向旋转90度，主轴回到水平位置，同理，以校准面c实现A轴的回零校准。
2.根据权利要求1所述的一种五轴数控机床的零点校准方法，其特征在于，所述C轴实际旋转的角度值的计算方法如下：
为C轴实际转过的角度值，若C轴零点位置没有误差则的值与指令中的
角度值相等，
根据A1、B1点的坐标，可以计算出的值为，
则的实际值为。
3.根据权利要求2所述的一种五轴数控机床的零点校准方法，其特征在于，计算C轴实际旋转的角度值与指令中的角度值相比较即可得到偏差值，即C轴的零点位置误差，记录该误差值进行补偿。
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