CN110362038A - 识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，所述试件用于识别五轴联动数控机床在线检测能力，检测试件由底座和设置于底座上的多种型面特征构成，所述底座主体为长方体形状，所述底座四角边缘处分别设有加紧孔，所述加紧孔贯通底座主体，所述底座上的多种型面特征为斜面、圆柱面、锥面和曲面特征进行叠加所构成的综合体。本发明能够较为全面的验证五轴联动数控机床在线检测能力，所设计的检测试件相对于现有的机床几何精度测试件的型面特征更为多样，不仅为五轴联动数控机床在线检测功能改造及配套在线检测系统的验收提供一定的依据，更为在线检测技术相关研究工作的实验测试提供参考。

Description

识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，具体是指一种识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法。
背景技术
在复杂型面的加工过程中，五轴联动数控机床能够克服三轴数控机床难于直接实现复杂型面一次成型的缺点，且在叶轮、叶片等复杂型面类零件的加工中得到了广泛的应用，因此制造企业也提高了对五轴联动数控机床的引进力度。在线检测是将制造设备与检测装置进行有效的集成，实现零件的原位检测(在数控机床直接进行零件检测)，消除零件检测过程中由于多次装夹而引起的重复定位误差等问题，从而保证检测数据的可靠性。
目前，多数的检测试件及检测方法是以判断数控机床加工精度为目的，而在线检测一般在机床低速无载荷下进行，且现有的机床加工精度检测试件构型复杂，特征单一，无法完全体现数控机床在线检测能力，具有一定的局限性。因此，针对五轴联动数控机床零件加工的特点，提出一种专用试件及检测方法，识别五轴联动数控机床在线检测能力，为五轴联动数控机床的在线检测模块及配套检测系统的验收提供了依据。
一种辨识四轴加工中心几何精度的检测试件及检测方法，其专利申请号为CN201410012613.7，该方法是将能够反映机床几何误差特征的型面进行融合，通过对所设计零件表面的加工检测，实现对四轴机床几何精度的识别，主要是针对四轴加工中心几何精度检验所提出的一种检测试件，而对于五轴数控机床并不适用。
Soichi Ibaraki和Masahiro Sawada等人设计了一种用以检测回转式五轴加工中心回转轴A、C的几何精度与运动精度的检测试件，(参见Ibaraki S,Sawada M,MatsubaraA,et al.Machining tests to identify kinematic errors on five-axis machinetools[J].Precision Engineering,2010,34(3):387-398.)成都飞机工业集团有限责任公司提出了一种利用“S”形检测试件综合检测五轴加工中心几何精度的方法，其专利申请号为：CN200710048269.7，以上文献所提出的检测试件主要是以检测数控机床精度为主，但对于五轴联动数控机床在线检测能力的辨识并不完全适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，通过对该检测试件的在线检测，分别从检测时间，机床联动能力和检测精度等方面进行评估，适用五轴数控机床在线检测能力的辨识。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，所述试件用于识别五轴联动数控机床在线检测能力，检测试件由底座和设置于底座上的多种型面特征构成，所述底座主体为长方体形状，所述底座四角边缘处分别设有加紧孔，所述加紧孔贯通底座主体，所述底座上的多种型面特征为斜面、圆柱面、锥面和曲面特征进行叠加所构成的综合体。
识别五轴联动数控机床在线检测能力检测方法包括如下操作步骤：
(1)按照检测试件模型，利用三维CAD软件的实体造型技术，实现对检测试件三维模型的构建；
(2)以检测试件为加工驱动体作为基础，在CAM软件中实现对零件模型数控加工程序生成；
(3)由后置处理软件生成数控加工代码的数控程序；
(4)利用所生成的数控程序，由五轴联动数控机床完成对检测试件的加工；
(5)基于型面的类型，分别对各特征型面进行检测点规划；
(6)根据测点数据信息，利用五轴联动数控机床实现对检测试件的在线检测；
(7)检测完成后，导出数据结果，评价机床在线检测能力。
所述步骤(5)中检测试件每个特征型面的测点选择尽可能遍布整个型面。
所述步骤(7)中分别从检测时间、机床联动能力和检测精度方面对机床在线检测能力进行评估。
本发明具有如下优点：本发明能够较为全面的验证五轴联动数控机床在线检测能力，所设计的检测试件相对于现有的机床几何精度测试件的型面特征更为多样，不仅为五轴联动数控机床在线检测功能改造及配套在线检测系统的验收提供一定的依据，更为在线检测技术相关研究工作的实验测试提供参考。
附图说明
图1是本发明的检测试件立体结构示意图；
图2是本发明的检测检测流程图；
图3是本发明的检测试件的尺寸图；
图4是本发明的检测基准面1测点规划图；
图5是本发明的检测基准面2测点规划图；
图6是本发明的检测基准面3测点规划图；
图7是本发明的S型曲面4测点规划图；
图8是本发明的S型曲面13测点规划图；
图9是本发明的斜面5测点规划图；
图10是本发明的斜面12测点规划图；
图11是本发明的锥面8测点规划图；
图12是本发明的孔7测点规划图；
图13是本发明的孔14测点规划图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明以识别五轴联动数控机床在线检测能力为目的，所提供的检测试件由底座和设置于底座上的多种型面特征所构成，底座为一长方体，设有夹紧孔，四个夹紧孔分别位于长方体的四角边缘，底座之上主要是将斜面、圆柱面、锥面和曲面特征进行叠加所构成的综合体。
按照以上方案，利用三维CAD软件的实体造型技术，实现对检测试件三维模型的构建；以检测试件为加工驱动体，在CAM软件中实现对零件模型数控加工程序生成，利用所生成的数控程序，由五轴联动数控机床完成对检测试件的加工；基于型面的类型，分别对各特征型面进行检测点规划，根据测点数据信息，利用五轴联动数控机床实现对检测试件的在线检测，分别从检测时间、机床联动能力和检测精度等方面对机床在线检测能力进行评估，具体实施例为：
1、检测试件表面特征设计：
如图1所示，本发明的一种识别五轴联动数控机床在线检测能力检测试件，主要由底座和设置在底座之上多型面特征综合体所构成，该综合体是通过将空间曲面、斜面、圆锥面和孔叠加组成。其中，底座又可用于建立检测基准。因此，检测基准面1、2、3不仅用于对基准的构建，而且能够实现对机床直线轴在线检测能力的识别。通过对检测基准面1、2、3的在线检测，实现了对测量坐标系的建立，更可识别机床X轴、Y轴和Z轴的在线检测能力。空间曲面包括S形曲面4、11和S形叶片曲面6、13，空间曲面曲率不断连续变化，通过对空间曲面4、6、11、13的在线检测，可识别机床五轴联动的在线检测能力。斜面由5、9、10、12四个面所组成，通过对斜面5、9、10、12的在线检测，可识别五轴联动数控机床旋转轴与X轴和Y轴的在线检测能力。圆锥台与孔所复合，圆锥台位于工件中心，通过对圆锥面8的在线检测，可识别五轴联动数控机床回转轴与X轴(Y轴)或X、Y、Z三轴联动的在线检测能力。孔由7、14所组成，通过对孔7的在线检测，可识别五轴联动数控机床X轴和Y轴联动的在线检测能力；通过对孔14的在线检测，可识别五轴联动数控机床旋转轴与X轴(Y轴)和Z轴的在线检测能力。
2、检测方法：
利用三维CAD软件实现对检测试件三维几何模型的构建，并以此为基础，通过CAM软件编辑模型路径加工程序，由后置处理软件生成数控加工代码，五轴数控机床根据该代码完成对检测试件的加工，检测试件每个特征型面的测点尽可能遍布整个型面，根据测点数据信息，在五轴数控机床上实现对检测试件的五轴在线检测过程，检测完成后，导出数据结果，评价机床在线检测能力，整体流程如图2所示。
3、具体的一个实施例：
利用商用软件UG NX10.0的实体造型技术，实现对本发明设计零件实体3D模型的建立，具体零件特征的造型参数如图3所示。
在UG NX10.0的加工功能模块下，利用所建立的试件模型作为加工驱动体，编制刀具加工路径，对刀具路径进行后置处理生成数控加工代码。
毛坯为240*240*120的5230铝合金，选用直径为6mm的立铣刀，背吃刀量为6mm，根据所生成的数控加工代码，在AC摇篮式五轴数控机床实现对检测试件的加工操作。
在UG NX10.0的建模模块环境下，使用“点集功能”命令，分别对型面特征的检测点进行创建。采用“面的点”作为布点类型，按照等参数的布点方式，基于u，v两个节点方向设置检测点数，通过对u，v的起始和终止值的调整，将型面两侧边缘和底部等干涉点剔除，最终生成测点位置。各检测面的测点布局如图4-13所示。
如图7-10所示，型面4、5、12和13与型面6、9、10和11结构类似，为了在空间方位上识别机床的在线检测能力，因此，型面6、9、10和11检测点参数设置可与型面4、5、12和13的参数一致。
基于UG二次开发语言UG/Open GRIP工具，通过对商用软件UG NX10.0进行二次开发，可实现对测点坐标数据和矢量信息的提取。将检测点数据信息导入在线检测软件，由在线检测软件对测点路径进行规划，生成检测程序，并验证五轴联动数控机床是否能对各型面特征完成在线检测，分别从检测时间，机床联动能力和检测精度等方面进行评估，从而实现对五轴联动数控机床在线检测能力的识别。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，其特征在于：所述试件用于识别五轴联动数控机床在线检测能力，检测试件由底座和设置于底座上的多种型面特征构成，所述底座主体为长方体形状，所述底座四角边缘处分别设有加紧孔，所述加紧孔贯通底座主体，所述底座上的多种型面特征为斜面、圆柱面、锥面和曲面特征进行叠加所构成的综合体。
2.根据权利要求1所述的识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，其特征在于：所述识别五轴联动数控机床在线检测能力检测方法包括如下操作步骤：
(1)按照检测试件模型，利用三维CAD软件的实体造型技术，实现对检测试件三维模型的构建；
(2)以检测试件为加工驱动体作为基础，在CAM软件中实现对零件模型数控加工程序生成；
(3)由后置处理软件生成数控加工代码的数控程序；
(4)利用所生成的数控程序，由五轴联动数控机床完成对检测试件的加工；
(5)基于型面的类型，分别对各特征型面进行检测点规划；
(6)根据测点数据信息，利用五轴联动数控机床实现对检测试件的在线检测；
(7)检测完成后，导出数据结果，评价机床在线检测能力。
3.根据权利要求1所述的识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中检测试件每个特征型面的测点选择尽可能遍布整个型面。
4.根据权利要求1所述的识别五轴联动数控机床在线检测能力的试件与检测方法，其特征在于：所述步骤(7)中分别从检测时间、机床联动能力和检测精度方面对机床在线检测能力进行评估。
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