CN110321645A - 一种双五轴的坐标系标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双五轴的坐标系标定方法，属于机械制造领域，所述的双五轴的坐标系标定方法以加工侧机床零点为原点建立机床坐标系O‑XYZ，该坐标系作为工件坐标系和测量坐标系的建立基准。在支撑侧零点建立坐标系O1‑X1Y1Z1，支撑侧五轴系统的运动轨迹与零件加工侧的主轴刀具同轨迹移动，该侧坐标值应转换至加工侧坐标系中。为保证两侧主轴运动同步，应确保两侧运动坐标值的精确，故需要对支撑侧坐标系O1‑X1Y1Z1进行标定，本发明能够快速精确的标定双五轴的坐标系。

Description

一种双五轴的坐标系标定方法

技术领域

本发明属于机械制造领域，更具体的说涉及一种双五轴的坐标系标定方法。

背景技术

双五轴镜像铣削加工机床为五坐标高速数控机床与柔性装夹系统的集成系统，集单曲面和双曲面飞机金属蒙皮类零件厚度铣削、内外轮廓铣削、钻和铣孔功能于一体的蒙皮镜像铣切系统，实现航空大型曲面蒙皮件的高速、高精度、无污染机械铣加工，取代传统高污染、低精度的化铣。双五轴镜像铣削加工装备采用两个卧式五轴龙门结构，镜像分布于加工工件两侧，工件一侧为加工主轴，另一侧为测量/支撑末端，加工过程中加工主轴与测量/支撑末端同步运动。双五轴高速卧式加工中心，由平行相对的2个立柱构成，每立柱由各自上下

纵向导轨支撑和导向做X向移动，可独立移动也可同步移动。每立柱侧面安装有卧式(横向)滑枕、它沿立柱垂直上下移动构成Y轴，左右水平移动构成Z轴。机床的加工侧配备5轴铣头，装有高速电主轴，用于飞机蒙皮零件正反面下陷区及蒙皮零件内外轮廓、孔的铣切。支撑侧对称的立柱配备5轴镜像支撑系统，其与蒙皮零件加工侧的主轴刀具同轨迹移动，主要用于蒙皮加工的随动法向支撑。

机床在制造装配和加工使用过程中，由于移动导轨在制造与装配中的精度误差；移动导轨的自重；导轨移动产生的磨损以及外界环境等原因，造成实际坐标系与理想坐标系存在偏差，主要包括原点在X、Y、Z方向上的位移偏差和三个坐标轴之间的垂直度偏差。而机床坐标系的偏差将最终导致在该坐标系中的加工、测量过程中的数据误差。因此机床在使用一段时间后，需不定期的对机床坐标系进行标定。

发明内容

本发明能够快速准确的调整对机床坐标系进行标定。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的双五轴的坐标系标定方法包括以下步骤：

步骤1.在支撑侧主轴端安装一矩形块工装，该工装安装固定后，其各个表面距离原点的坐标值为固定值；

步骤2.以加工侧机床零点为原点建立机床坐标系O-XYZ，该坐标系作为工件坐标系和测量坐标系的建立基准；支撑侧零点建立坐标系O-X₁Y₁Z₁；

步骤4.坐标系O-X₁Y₁Z₁自身的标定；

步骤5.坐标系O-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置偏置标定。

优选的，所述的步骤4，坐标系O-X₁Y₁Z₁自身的标定具体标定方式如下：(1)支撑侧主轴沿+X₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到X₁方向上的实际位移为x′₀₁和Y₁、Z₁方向上的位移偏差分别为y′₀₁、z′₀₁；

(2)支撑侧主轴沿+Y₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Y₁方向上的实际位移为y′₀₂和X₁、Z₁方向上的位移偏差分别为x′₀₂、z′₀₂；

(3)支撑侧主轴沿+Z₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Z₁方向上的实际位移为z′₀₃和X₁、Y₁方向上的位移偏差分别为x′₀₃、y′₀₃；

则得到转换矩阵TR′₁为：

优选的，当加工侧和支撑侧五轴均已回到零点位置时，加工侧主轴测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，分别得到原点O₁在X₁轴、Y₁轴、Z₁轴方向的偏差为d_x1、d_y1、d_z1，该偏差值即坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置发生偏置导致，根据其次坐标变换原理，对应的转换矩阵为：

则坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的转换矩阵为TR′＝TR′₁×TR′₂。若已知在坐标系O₁-X₁Y₁Z₁下的测得的数据为(x′、y′、z′),则转换至机床坐标系下O-XYZ中的过程如下：

至此，完成坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的标定。

本发明有益效果：

卧式双五轴镜像铣床是目前一种新型的用于大型薄壁零件加工的数控机床。该机床具备加工侧和支撑侧两套五轴系统，两侧坐标系的相对位姿若发生变化，则直接影响加工精度，故在使用中需要对坐标系进行标定。

本技术方案采用工装与标准测头，按照预定的流程对各个方向坐标进行标定。机床生产厂家可对数控系统进行二次开发，将该校准功能嵌入到系统中。机床用户通过系统菜单调用该功能，则机床将全自动运行校准步骤。该方案将是一个机床全自动运行的过程，简洁、高效、易操作且成本低廉。

附图说明

图1，为双五轴系统结构示意图；

图2，为双五轴支撑侧与加工侧示意图；

图3，为双五轴系统标定坐标系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。

以加工侧机床零点为原点建立机床坐标系O-XYZ，该坐标系作为工件坐标系和测量坐标系的建立基准。在支撑侧零点建立坐标系O₁-X₁Y₁Z₁，支撑侧五轴系统的运动轨迹与零件加工侧的主轴刀具同轨迹移动，该侧坐标值应转换至加工侧坐标系中。为保证两侧主轴运动同步，应确保两侧运动坐标值的精确，故需要对支撑侧坐标系O₁-X₁Y₁Z₁进行标定。(坐标系O-XYZ为基准，故不需要标定)

标定方法如下：

在支撑侧主轴端安装一矩形块工装，该工装安装固定后，其各个表面距离原点的坐标值为固定值。

一、坐标系O₁-X₁Y₁Z₁自身的标定

(1)支撑侧主轴沿+X₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到X₁方向上的实际位移为x′₀₁和Y₁、Z₁方向上的位移偏差分别为y′₀₁、z′₀₁。(由于坐标系本身会发生微小的偏转，故侧量值存在偏差)

(2)支撑侧主轴沿+Y₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Y₁方向上的实际位移为y′₀₂和X₁、Z₁方向上的位移偏差分别为x′₀₂、z′₀₂。

(3)支撑侧主轴沿+Z₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Z₁方向上的实际位移为z′₀₃和X₁、Y₁方向上的位移偏差分别为x′₀₃、y′₀₃。

则得到转换矩阵TR′₁为：

二、坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置偏置标定

当加工侧和支撑侧五轴均已回到零点位置时，加工侧主轴测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，分别得到原点O₁在X₁轴、Y₁轴、Z₁轴方向的偏差为d_x1、d_y1、d_z1，该偏差值即坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置发生偏置导致，根据其次坐标变换原理，对应的转换矩阵为：

则坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的转换矩阵为TR＝TR′₁×TR′₂。若已知在坐标系O₁-X₁Y₁Z₁下的测得的数据为(x′、y′、z′),则转换至机床坐标系下O-XYZ中的过程如下：

至此，完成坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的标定。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (3)

1.一种双五轴的坐标系标定方法，其特征在于：所述的双五轴的坐标系标定方法包括以下步骤：

步骤1.在支撑侧主轴端安装一矩形块工装，该工装安装固定后，其各个表面距离原点的坐标值为固定值；

步骤2.以加工侧机床零点为原点建立机床坐标系O-XYZ，该坐标系作为工件坐标系和测量坐标系的建立基准；支撑侧零点建立坐标系O-X₁Y₁Z₁；

步骤4.坐标系O-X₁Y₁Z₁自身的标定；

步骤5.坐标系O-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置偏置标定。

步骤6.坐标系O-X₁Y₁Z₁中的数据转换到坐标系O-XYZ中。

2.根据权利要求1所述的一种双五轴的坐标系标定方法，其特征在于：所述的步骤4，坐标系O-X₁Y₁Z₁自身的标定具体标定方式如下：

(1)支撑侧主轴沿+X₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到X₁方向上的实际位移为x′₀₁和Y₁、Z₁方向上的位移偏差分别为y′₀₁、z′₀₁；

(2)支撑侧主轴沿+Y₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Y₁方向上的实际位移为y′₀₂和X₁、Z₁方向上的位移偏差分别为x′₀₂、z′₀₂；

(3)支撑侧主轴沿+Z₁方向移动Lmm，测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，得到Z₁方向上的实际位移为z′₀₃和X₁、Y₁方向上的位移偏差分别为x′₀₃、y′₀₃；

则得到转换矩阵TR′₁为：

3.根据权利要求1所述的一种双五轴的坐标系标定方法，其特征在于：当加工侧和支撑侧五轴均已回到零点位置时，加工侧主轴测头分别碰触a₁、b₁、c₁面，分别得到原点O₁在X₁轴、Y₁轴、Z₁轴方向的偏差为d_x1、d_y1、d_z1，该偏差值即坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的位置发生偏置导致，根据其次坐标变换原理，对应的转换矩阵为：

则坐标系O₁-X₁Y₁Z₁相对于坐标系O-XYZ的转换矩阵为TR′＝TR′₁×TR′₂，

若已知在坐标系O₁-X₁Y₁Z₁下的测得的数据为(x′、y′、z′),则转换至机床坐标系下O-XYZ中的过程如下：

至此，完成坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的标定。