CN112008491B

CN112008491B - 一种基于测头的ca型五轴数控机床rtcp精度标定方法

Info

Publication number: CN112008491B
Application number: CN202010746268.5A
Authority: CN
Inventors: 曾阳; 李鑫; 龚飞; 李颖; 高强荣; 王良泽; 刘宇阳
Original assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: CN112008491A

Abstract

本发明公开了一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，属于机械加工领域。包括S1、在工作台上安装标定校准块，主轴上安装测头并激活；S2、在保持C轴为0°的情况下，A轴依次在包含0°及其他以0°对称的角度，自上而下接触标定校准块，同一A轴角度需在主轴0°与180°的角度下测量对应的点位坐标；S3、计算A轴与主轴在Y方向以及A轴转动中心与主轴转动平面的误差；S4、在保持A轴为0°的情况下，C轴依次在0°、+180°、±90°，主轴分别在0°与180°的情况下，测量同一点位不同C轴角度下的坐标；S5、计算C轴与A轴在X方向与Y方向的误差值；本发明可对CA型五轴数控机床RTCP精度进行自动检测与快速调整，减少人工干预，提升检测效率。

Description

一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法

技术领域

本发明涉及数控加工控制领域与测量装置领域，具体涉及一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法。

背景技术

随着数控机床发展愈加成熟，数控机床被广泛运用于各行业加工之中。CA型五轴数控机床具备灵活、快速、可加工范围大等特点，被广泛运用于各类复杂结构件的加工。在五轴数控机床加工中，RTCP精度对产品加工质量至关重要。CA型五轴机床搭载了C轴与A轴两个旋转轴，其中C轴绕Z轴旋转，A轴绕X轴旋转。两个旋转轴同时旋转参与加工时，通过RTCP功能的开启，可以保证旋转轴绕刀尖点旋转，以确保零件加工质量正常。

目前对CA型五轴数控机床的RTCP检测与调整通常采用检验棒、千分表或其他类似功能的工具进行。

检查主轴端面与A轴转动中心的距离误差如图1（a）所示，将球头检棒安装在主轴上，A轴旋转+30°，千分表表针延A轴旋转方向（Y）架在球头最高点上，之后将A轴移动至-30°，移动Y轴将千分表表针延A轴旋转方向（Y架在球头最高点上），计算Y1与Y2的误差δY，通过δY、刀长L与球头检棒的半径计算出结果后与机床内设置参数进行对比，才能得到主轴端面至A轴旋转中心的距离。

检查A轴与主轴在Y方向的误差如图1（b）所示，将检棒安装在主轴上，A轴依次旋转±90°，分别移动Z轴靠在千分表上，保证千分表在检棒最高点。

而检查C轴与A轴在X、Y方向的距离误差如图1（c），同样将检棒安装在主轴上，保持A轴0°，千分表延X方向（或Y方向）架在检棒最高点，激活RTCP后旋转C轴，依次记录0°、180°、-90°、90°时千分表读数，以此计算同轴度误差，并以此对机床参数进行调整。

以这种方法检查RTCP精度，需要人工反复调整表架，并对千分表进行读数，人工对机床进行操作较为频繁，造成误差几率较大，且测量时间较长。

2012年成都飞机工业（集团）有限责任公司乔永忠发明了一种五坐标动态精度检测工具（CN201120185412.9），通过三个百分表分别架设在X、Y、Z方向，并以检棒辅助测量，这种方法与传统方式类似，但也避免不了人工读数而造成的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，减少人工对机床RTCP参数进行调整时可能产生的误差，提高检测效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、测量准备，在工作台上固定位置安装一标定校准块，主轴上安装测头并激活；

步骤S2：在保持C轴为0°的情况下，A轴依次在包含0°及其他以0°对称的角度，自上而下接触标定校准块的上表面，同一A轴角度需在主轴0°与180°的角度下进行测量，测量对应的点位坐标，得出不同角度的Z坐标（Z0、Z1、Z2、Z3…Zn）；

步骤S3：计算得出A轴与主轴在Y方向的误差以及A轴转动中心与主轴转动平面的误差；

步骤S4：在保持A轴为0°的情况下，C轴依次在在0°、+180°、-90°、+90°，主轴分别在0°与180°的情况下，根据需要沿特定方向（X或Y）移动测头，测量同一点位不同C轴角度下的坐标（P1、P2、P3、…P8）；

步骤S5：计算C轴与A轴在X方向与Y方向的误差值；

步骤S6：根据需要可将误差值自动补偿至数控系统。

进一步地，步骤S2中，以A0得到的Z值为Z0，Aα°，主轴为0°时得到的Z值为Z1，Aα°，主轴为180°时得到的Z值为Z2，A-α°，主轴为0°时得到的Z值为Z3，A-α°，主轴为180°时得到的Z值为Z4，Aβ°，主轴为0°时得到的Z值为Z5，Aβ°，主轴为180°时得到的Z值为Z6，A-β°，主轴为0°时得到的Z值为Z7，A-β°，主轴为180°时得到的Z值为Z8，以此类推。

进一步地，通过得到的多个Z坐标计算出A轴与主轴在Y方向的距离的具体方法为：

通过Z1与Z2的平均值计算出Z11、通过Z3与Z4的平均值计算出Z12、通过Z5与Z6的平均值计算出Z13、通过Z7与Z8的平均值计算出Z14；并通过这些点位计算出A轴在各角度时的误差预估，其中A±α°时A轴与主轴在Y方向的距离为Z21=[（Z11-Z12）/2]/sinα°；A±β°时A轴与主轴在Y方向的距离为Z22=[（Z13-Z14）/2] /sinβ°；通过Z21与Z22的平均值计算出A轴与主轴在Y方向的距离，结果为（Z21+Z22）/2。

进一步地，通过得到的多个Z坐标计算主轴端面至A轴转动中心的距离的具体方法为：

A±α°时主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z31={[（Z11+Z12）/2]-Z0}/（1- cosα°），A±β°时主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z32={[（Z13+Z14）/2]-Z0}/（1- cosβ°），并通过Z31与Z32的平均值计算出主轴端面至A轴转动中心的距离结果为(Z31+Z32) /2。

进一步地，步骤S4中，主轴为0°时C轴在0°、180°、-90°、90°下得到的结果依次为P1、P2、P3、P4，主轴为180°时C轴在0°、180°、-90°、90°下得到的结果依次为P5、P6、P7、P8。

进一步地，所述步骤S6的具体方法为：通过(P1+P5)/2=P11，(P2+P6)/2=P12，(P3+P7)/2=P13，(P4+P8)/2=P14，并以此为基础计算出C轴与A轴在X、Y方向的距离，结果为P15=(P11-P12)/2，P16=(P13-P14)/2。

本技术方案的有益效果如下：

1、本发明所述RTCP标定方法的标定过程通过调用程序自动执行，避免人工干预，减小了人为误差；

2、本发明所述的标定方法，A轴在多角度进行标定，减小了定位精度误差造成的影响；通过主轴不同角度检测，减少了主轴与测头误差的干扰；

3、本发明不再需要检棒与千分表等测量工具，仅需机床自带的测头即可完成机床RTCP精度的标定，随时可方便测量；

4、本发明减少了机床RTCP精度的测量时间，提高了测量效率。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1是现有技术中常用的CA型五轴数控机床的RTCP检测与调整方法；

图2为标定校准块的示意图；

图3为A轴0°测量基准点位；

图4为步骤S2的操作示意图；

图5为A轴旋转夹角的示意图；

图6为步骤S4的操作示意图；

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本发明一种最基本的实施方案，本实施例公开了一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，包括如下步骤：

（一）测量准备

测量前通过将标定校准块（如图2）安装固定在机床工作台上，标准块测量部分尺寸需满足一定的高度，避免机床发生碰撞。

调用刀库中的测头装置使其固定在CA摆动的主轴上，在主轴安装测头后，激活RTCP功能，在A轴0°、C轴0°的情况下，沿标定标准块上方向下，在标准块中心位置测一点位，并记录接触点Z坐标Z0（如图3），之后将Z轴略微上移。

（二）测量A轴与主轴在Y方向的距离以及主轴端面与A轴转动中心的距离

在保持C轴为0°的情况下，A轴依次在包含0°及其他以0°对称的角度，自上而下接触工装上表面，同一A轴角度需在主轴0°与180°的角度下进行测量，测量对应的点位坐标，得出不同角度的Z坐标（Z0、Z1、Z2、Z3…Zn）。

具体过程为：保持RTCP功能激活，C轴为0°，A轴旋转任意角度α，主轴定位为0°，沿标准块上方向下移动Z轴进行测量，记录Z坐标Z1（如图4）；向上移动Z轴使测头离开标准块，主轴定位为180°后，再次向下移动Z轴进行测量，记录Z坐标Z2；之后将A轴旋转至另一负角度-α进行测量，主轴需在0°与180°情况下再次测量，得到Z3与Z4；同样在其他角度下完成测量，并记录Z坐标（如图5）。

进一步地，以A0得到的Z值为Z0，Aα°，主轴为0°时得到的Z值为Z1，Aα°，主轴为180°时得到的Z值为Z2，A-α°，主轴为0°时得到的Z值为Z3，A-α°，主轴为180°时得到的Z值为Z4，Aβ°，主轴为0°时得到的Z值为Z5，Aβ°，主轴为180°时得到的Z值为Z6，A-β°，主轴为0°时得到的Z值为Z7，A-β°，主轴为180°时得到的Z值为Z8，以此类推。

在测量Z轴坐标时，需要A轴在以0°对称的角度进行测量，即α与-α(0°<α≤90°)，β与-β（0°<β≤90°），通过多角度测量减少其他精度误差带来的影响，并且需要主轴在0°与180°的情况下进行测量，同一A轴角度会得到两个不同的主轴角度，通过不同主轴角度的结果，减少测头校准时与主轴其他误差带来的影响。

（三）通过各个角度的Z坐标（Z0、Z1、Z2、Z3…Zn），计算A轴与主轴在Y方向的距离以及主轴端面与A轴转动中心距离的预估值，具体过程为：

求出Z1与Z2的平均值Z11、通过Z3与Z4平均值计算出Z12、通过Z5与Z6平均值计算出Z13、通过Z7与Z8平均值计算出Z14……；并通过这些点位计算出A轴各角度时的误差预估。其中：

A±α°时，轴与主轴在Y方向的距离为Z21=[（Z11-Z12）/2]/sinα°；

A±β°时，轴与主轴在Y方向的距离为Z22=[（Z13-Z14）/2] /sinβ°；

通过Z21与Z22的平均值计算出A轴与主轴在Y方向的距离，结果为（Z21+Z22）/2。

A±α°时，主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z31={[（Z11+Z12）/2]-Z0}/（1- cosα°）；

A±β°时，主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z32={[（Z13+Z14）/2]-Z0}/（1- cosβ°）；

再通过Z31与Z32的平均值计算出主轴端面至A轴转动中心的距离结果为(Z31+Z32) /2。

根据实际需要，可将上述测量结果通过机床参数进行补偿。

（四）测量C轴与A轴在X、Y方向的距离

通过程序移动Z轴将机床远离标准块，移动至标准块侧面，保持RTCP激活，A轴保持0°，在C轴为0°、180°、-90°、90°四个角度延X（或Y）方向测量标准块侧面，C轴每个角度测量时主轴分别在0°与180°的情况下完成，得到8个测量点位P1-P8（如图6）。

C轴与A轴在X、Y方向的距离，需要主轴在0°与180°角度下得到的数值计算，主轴为0°时C轴在0°、180°-90°、90°下得到的结果依次为P1、P2、P3、P4，主轴为180°时C轴在0°、180°-90°、90°下得到的结果依次为P5、P6、P7、P8。

（五）通过P1-P8计算C轴与A轴在X、Y方向的偏差，具体过程为：

通过(P1+P5)/2=P11，(P2+P6)/2=P12，(P3+P7)/2=P13，(P4+P8)/2=P14，并依次为基础计算出C轴与A轴在X、Y方向的距离，结果为P15=(P11-P12)/2，P16=(P13-P14)/2。

根据实际需要，可将上述测量结果通过机床参数进行补偿。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡事依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S4：在保持A轴为0°的情况下，C轴依次在0°、+180°、-90°、+90°，主轴分别在0°与180°的情况下，根据需要沿特定方向X或Y移动测头，测量同一点位不同C轴角度下的坐标（P1、P2、P3、…P8）；

步骤S5：计算C轴与A轴在X方向与Y方向的误差值；

步骤S6：根据需要可将误差值自动补偿至数控系统；

步骤S2中，以A0得到的Z值为Z0，Aα°，主轴为0°时得到的Z值为Z1，Aα°，主轴为180°时得到的Z值为Z2，A-α°，主轴为0°时得到的Z值为Z3，A-α°，主轴为180°时得到的Z值为Z4，Aβ°，主轴为0°时得到的Z值为Z5，Aβ°，主轴为180°时得到的Z值为Z6，A-β°，主轴为0°时得到的Z值为Z7，A-β°，主轴为180°时得到的Z值为Z8，以此类推；

通过得到的多个Z坐标计算出A轴与主轴在Y方向的距离的具体方法为：

2.根据权利要求1所述的一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，其特征在于，通过得到的多个Z坐标计算主轴端面至A轴转动中心的距离的具体方法为：

A±α°时主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z31={[（Z11+Z12）/2]-Z0}/（1-cosα°），A±β°时主轴端面至A轴转动中心的距离误差预估值为Z32={[（Z13+Z14）/2]-Z0}/（1- cosβ°），并通过Z31与Z32的平均值计算出主轴端面至A轴转动中心的距离结果为(Z31+Z32) /2。

3.根据权利要求1所述的一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，其特征在于，步骤S4中，主轴为0°时C轴在0°、180°、-90°、90°下得到的结果依次为P1、P2、P3、P4，主轴为180°时C轴在0°、180°、-90°、90°下得到的结果依次为P5、P6、P7、P8。

4.根据权利要求3所述的一种基于测头的CA型五轴数控机床RTCP精度标定方法，其特征在于，所述步骤S6的具体方法为：通过(P1+P5)/2=P11，(P2+P6)/2=P12，(P3+P7)/2=P13，(P4+P8)/2=P14，并以此为基础计算出C轴与A轴在X、Y方向的距离，结果为P15=(P11-P12)/2，P16=(P13-P14)/2。