CN111843613B - 一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中，通过切削准备、设置切削要求、根据设置好的切削要求进行切削、数据分析并录入、判断是否合格等步骤，能够测定五轴龙门摆头空间轴线误差值，直接验证通过电气或者机械方法测得的偏置值是否正确，并加以修正，能快速检验出五轴头上C轴线、A轴线及主轴轴线之间的相互关系、主轴实际摆长，使电气补偿值更加精确，从而提高五轴头加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工中心，尤其是涉及一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法。
背景技术
五轴机床相比于三轴机床，它能加工各种复杂表面，具有更高的生产效率、更好的灵活性和更少的装夹时间。然而，两个旋转轴引入了更多的几何误差，譬如旋转轴轴线的位置误差和平行度误差等，导致了五轴机床有较大的空间误差。通过五轴龙门摆头空间轴线误差值的测定，然后对机床的空间误差进行补偿，能够提高机床的整体精度。
现有的五轴龙门摆头空间轴线误差值的测定方法主要有机械方法和电气测量的方法：
机械方法：使用检棒、千分表，通过旋转主轴、A轴、C轴，测量换算出主轴轴线S与A轴轴线之间的距离、主轴轴线S与C轴轴线在Y方向的距离、主轴轴线S与C轴轴线在X方向的距离、A轴轴线与C轴轴线之间的距离、刀具点与A轴中心之间的距离。3D测头及西门子CYCLE996运动几何标定循环方法：通过测量标准球的空间位置，自动计算运动几何转换定义的几何矢量尺寸。机械方法虽然能测得所需偏置值，但由于手动测量，反复转角度，测量数据。效率低，且人为操作存在误差，所得数据存在一定误差。
电气测量的方法，测量值受限于标准球精度。标准球精度高，理论数值与实物吻合度越高，测得的数值越准确。但也存在误差。从以往的经验来看，仅仅依靠3D测头和CYCLE996得出的偏置值进行数据补偿，还是无法达到满意的效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种数据误差小、不受标准球精度影响的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，包括以下步骤：切削准备：将方形切削模型放置于工作台，切削模型上设有8个切削面，分别为A面、B面、C面、D面、E面、F面、G面、H面；设置切削要求：不同切削面设置不同的C轴角度、A轴角度以及铣削方法；根据设置好的切削要求进行切削：根据根据设置好的切削要求进行切削，切削顺序为AB→CD→GH→EF，切削过程中摆头变换铣削时与切削模型不干涉；数据分析并录入：A面和B面比较：A面和B面之间形成的台阶高低的一半即是S轴与A轴之间的距离，为补偿项目I3-y，录入；C面和D面比较：C面和D面之间台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在Y向的距离，为补偿项目I2-y，录入；G面和H面比较：G面和H面台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在X向的距离，为补偿项目I2-x，录入；E面和F面比较：E面和F面台阶高低差值即刀具点到A轴轴线的距离，为补偿项目I3-z，录入；
判断是否合格：当A面和B面、C面和D面、G面和H面、E面和F面之间台阶高度差值小于0.01mm时，为合格，否则返回执行根据设置好的切削要求进行切削步骤，直至台阶高度差值小于0.01mm。
进一步地，I2为矢量，I2为A轴的回转中心到C轴的回转中心。
进一步地，I3为矢量，I3为刀具基准点到A轴的回转中心。
进一步地，I1=-(I2+I3)，I3为矢量，I1为C轴的回转中心到刀具基准点。
进一步地，A面和B面的铣削方法为侧铣，C轴角度分别为180°以及0°，A轴角度分别为-90°以及90°。
进一步地，C面和D面的铣削方法为侧铣，C轴角度分别为0°以及180°，A轴角度为0°。
进一步地，E面的铣削方法为侧铣、F面的铣削方法为端铣，C轴角度为0°，A轴角度分别为0°、-90°/90°。
进一步地，G面和H面的铣削方法为侧铣，C轴角度为0°以及180°，A轴角度为0°。
进一步地，每次铣削深度为0.1mm。
进一步地，每次铣削宽度不超过刀具直径。
相比现有技术，本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中，通过切削准备、设置切削要求、根据设置好的切削要求进行切削、数据分析并录入、判断是否合格等步骤，能够测定五轴龙门摆头空间轴线误差值，直接验证通过电气或者机械方法测得的偏置值是否正确，并加以修正，能快速检验出五轴头上C轴线、A轴线及主轴轴线之间的相互关系、主轴实际摆长，使电气补偿值更加精确，从而提高五轴头加工精度。
附图说明
图1为本发明五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中的切削模型结构示意图；
图2为本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中C轴0°、A轴-90°的摆头示意图；
图3为本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中C轴0°、A轴0°的摆头示意图；
图4为本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中C轴0°、A轴90°的摆头示意图；
图5为本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法中C轴90°、A轴90°的摆头示意图；
图6为本发明一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法流程图。
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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
五轴龙门加工中心在使用前需要测量回转数据，回转数据由3个尺寸构成，分别为I1、I2、I3。I1、I2、I3为矢量，方向与机床轴线方向一致。I1=-(I2+I3)，I1为第1旋转轴的回转中心到刀具基准点。I2为第2旋转轴的回转中心到第1旋转轴的回转中心。I3为刀具基准点到第2旋转轴的回转中心。第1旋转轴为C轴，第2旋转轴为A轴。所需回转数据具体如下表所示：
为了使补偿数据的测量快速准确。采用电气测量获得初始值，切方验证初始值并修正初始值的方法。
请参阅图6，五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法包括以下步骤：
切削准备：将方形切削模型放置于工作台，切削模型上设有8个切削面，分别为A面、B面、C面、D面、E面、F面、G面、H面。
其中，切削模型如图1所示，切削模型为方形，A面及B面位于切削模型的端面上，C面、D面位于切削模型的侧面，并位于同一水平高度。E面、F面位于切削模型的侧面，位于不同高度并且与C面、D面位于同一侧。G面、H面位于切削模型的另一侧面，并位于同一水平高度。切削模型放在工作台合适位置上，注意摆头变换铣削时不干涉。
设置切削要求：不同切削面设置不同的C轴角度、A轴角度以及铣削方法，C轴角度以及A轴角度如图2至图5所示，具体如下表所示：
| 序号 | 铣削面 | C轴角度 | A轴角度 | 铣削方法 |
| 1 | A | 180 | -90 | 侧铣 |
| 2 | B | 0 | 90 | 侧铣 |
| 3 | C | 0 | 0 | 侧铣 |
| 4 | D | 180 | 0 | 侧铣 |
| 5 | E | 0 | 0 | 端铣 |
| 6 | F | 0 | -90/90 | 端铣 |
| 7 | G | 0 | 0 | 侧铣 |
| 8 | H | 180 | 0 | 侧铣 |
根据设置好的切削要求进行切削：根据设置好的切削要求进行切削，切削顺序为AB→CD→GH→EF，切削过程中摆头变换铣削时与切削模型不干涉；
其中，使用立铣刀铣削，已知刀具长度和刀具半径，每次铣削深度为0.1mm，使用TRAORI功能进行铣削，每次铣削宽度不超过刀具直径，特别是侧面铣削下方时，与上方的铣面稍微重合为好。
数据分析并录入：A面和B面比较，影响因素是主轴S轴轴线到A轴旋转轴线的距离，台阶高低的一半即是S轴与A轴之间的距离，补偿项目为I3-y，可将检测台阶差值的一半填入，根据高低判断正负。C D面比较：影响因素是主轴轴线S与C轴旋转轴线在Y方向的偏差，台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在Y向的距离。补偿项目I2-y，填入差值一半，负值；G、H面比较：影响因素是主轴轴线S与C轴旋转轴线在X方向的距离，台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在X向的距离，补偿项目I2-x，填入差值一半。E、F面比较：影响因素是摆长，即刀具点到A轴轴线的距离，补偿项目I3-z，按照上述步骤，将测得的偏置值写入系统。
判断是否合格：当A面和B面、C面和D面、G面和H面、E面和F面之间台阶高度差值小于0.01mm时，为合格，否则返回执行根据设置好的切削要求进行切削步骤，直至台阶高度差值小于0.01mm。
将补偿后的参数需要同时填写到回转界面和参数界面。
通过上述方法能够测定五轴龙门摆头空间轴线误差值，直接验证通过电气或者机械方法测得的偏置值是否正确，并加以修正，能快速检验出五轴头上C轴线、A轴线及主轴轴线之间的相互关系、主轴实际摆长，使电气补偿值更加精确，从而提高五轴头加工精度。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
切削准备：将方形切削模型放置于工作台，切削模型上设有8个切削面，分别为A面、B面、C面、D面、E面、F面、G面、H面；
设置切削要求：不同切削面设置不同的C轴角度、A轴角度以及铣削方法；
A面和B面的铣削方法为侧铣，C轴角度分别为180°以及0°，A轴角度分别为-90°以及90°；
C面和D面的铣削方法为侧铣，C轴角度分别为0°以及180°，A轴角度为0°；
E面的铣削方法为侧铣、F面的铣削方法为端铣，C轴角度为0°，A轴角度分别为0°、-90°/90°；
G面和H面的铣削方法为侧铣，C轴角度为0°以及180°，A轴角度为0°；
根据设置好的切削要求进行切削：根据设置好的切削要求进行切削，切削顺序为AB→CD→GH→EF，切削过程中摆头变换铣削时与切削模型不干涉；
数据分析并录入：A面和B面比较：A面和B面之间形成的台阶高低的一半即是S轴与A轴之间的距离，为补偿项目I3-y，录入；C面和D面比较：C面和D面之间台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在Y向的距离，为补偿项目I2-y，录入；G面和H面比较：G面和H面台阶高低差值的一半即是S轴与C轴在X向的距离，为补偿项目I2-x，录入；E面和F面比较：E面和F面台阶高低差值即刀具点到A轴轴线的距离，为补偿项目I3-z，录入；
判断是否合格：当A面和B面、C面和D面、G面和H面、E面和F面之间台阶高度差值小于0.01mm时，为合格，否则返回执行根据设置好的切削要求进行切削步骤，直至台阶高度差值小于0.01mm。
2.根据权利要求1所述的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于：I2为矢量，I2为A轴的回转中心到C轴的回转中心。
3.根据权利要求1所述的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于：I3为矢量，I3为刀具基准点到A轴的回转中心。
4.根据权利要求1所述的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于：I1=-(I2+I3)，I3为矢量，I1为C轴的回转中心到刀具基准点。
5.根据权利要求1所述的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于：每次铣削深度为0.1mm。
6.根据权利要求1所述的五轴龙门摆头空间轴线误差值测定方法，其特征在于：每次铣削宽度不超过刀具直径。
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