CN113211186B - 一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，包括以下步骤：步骤1，将中心杯、工具杯以及球杆仪对应安装至数控机床，工作台端的小球球心记为M，主轴端的小球球心记为N，球杆仪的杆长记为L；步骤2，将旋转轴回零，控制旋转轴绕自身轴线进行旋转运动，主轴端的小球运动轨迹为圆周C₁，另一小球运动轨迹为圆周C₂，将圆周C₁所在的平面与旋转轴的轴线的交点作为原点O在圆周平面建立坐标系，记录ON与OM的夹角、工作台端的小球的回转半径和旋转轴转动θc时杆长变化量；步骤3，以O点为基准，得到检测过程中数控机床三个直线轴的几何误差，计算得到工作台端的小球的位移偏差，再计算得到旋转轴在θc处的转角定位误差。

Description

一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法

技术领域

本发明属于机床精度检测领域，具体涉及一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法。

背景技术

对数控机床旋转轴而言，转角定位误差是影响其精度的一个重要因素。目前测量转角定位误差的主要仪器为激光干涉仪回转校准装置，但是此装置成本较高，为球杆仪的十数倍，且对光复杂，特别是针对回转校准装置不能安装在旋转轴线上的旋转轴，安装与调光方式更为复杂。特别是对于中小型企业，激光干涉仪成本过高，如何快速低成本地检测出旋转轴的转角定位误差是业内亟待解决的一大工业问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法。

本发明提供了一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，具有这样的特征，通过由中心杯、工具杯以及球杆仪组成的检测组件来检测五轴数控机床的旋转轴的转角定位误差，包括以下步骤：步骤1，将中心杯安装在数控机床的工作台端，将工具杯安装在数控机床的主轴端，球杆仪一端的传感器小球吸附在中心杯处，球杆仪另一端传感器小球吸附在工具杯处，将工作台端的小球球心表示为M，将主轴端的小球球心表示为N，球杆仪的杆长记为L；

步骤2，将数控机床的旋转轴回零，检测过程中，控制旋转轴绕自身轴线进行旋转运动，使主轴端的小球和工作台端的小球进行同步圆周运动，主轴端的小球运动轨迹为圆周C₁，工作台端的小球运动轨迹为圆周C₂，并将圆周C₁所在的平面与旋转轴的轴线的交点记为O，以O点为原点在圆周C₁与圆周C₂所在的平面内建立直角坐标系，在初始安装位置下的主轴端的小球位于X轴线上，球杆仪垂直于X轴，且在检测过程中，ON始终垂直于NM，将ON与OM的夹角记为α，将工作台端的小球的回转半径|OM|记为R，旋转轴转动θc时杆长变化量记为ΔL(θc)；

步骤3，以O点为基准，得到检测过程中数控机床的三个直线轴的几何误差，并计算得到几何误差对工作台端的小球的位移偏差，根据位移偏差、夹角α、回转半径R以及杆长变化量ΔL(θc)，计算得到旋转轴在θc处的转角定位误差。

在本发明提供的五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3包括以下子步骤：

步骤3-1，以O点为基准，得到检测过程中数控机床的三个直线轴的几何误差包括d_xx、d_xy、d_xz、d_yx、d_yy、d_yz、d_zx、d_zy、d_zz、a_xx、a_xy、a_xz、a_yx、a_yy、a_yz、a_zx、a_zy、a_zz，并计算得到数控机床的X轴、Y轴和Z轴的几何误差对工作台端的小球的位移偏差为：

步骤3-2，根据位移偏差、夹角α、回转半径R以及杆长变化量ΔL(θc)，计算得到旋转轴在θc处的转角定位误差为：

公式(1)中，d_xx为X轴的定位误差，d_xy、d_xz分别为X轴沿Y向和Z向的线性误差，a_xx、a_xy、a_xz分别为X轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_yy为Y轴的定位误差，d_yx、d_yz分别为Y轴沿X向和Z向的线性误差，a_yx、a_yy、a_yz分别为Y轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_zz为Z轴的定位误差，d_zx、d_zy分别为Z轴沿X向和Y向的线性误差，a_zx、a_zy、a_zz分别为Z轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

S_xy、S_xz、S_yz分别为X轴和Y轴、X轴和Z轴、Y轴和Z轴之间的垂直度误差，x、y、z分别为X轴、Y轴、Z轴的移动距离。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，因为使用球杆仪就能检测出旋转轴的转角定位误差，所以能够方便快捷的检测旋转轴的转角定位误差，并且大大降低了检测成本。

附图说明

图1是本发明的实施例中五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法的流程示意图；

图2是本发明的实施例中检测组件的安装示意图；

图3是本发明的实施例中球杆仪转动时的位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明的实施例中五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法的流程示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，通过由中心杯、工具杯以及球杆仪组成的检测组件来检测五轴数控机床的旋转轴的转角定位误差，包括以下步骤：

图2是本发明的实施例中检测组件的安装示意图。

如图2所示，步骤1，将中心杯10安装在数控机床的工作台端20，该工作台端20即旋转轴处，将工具杯11安装在数控机床的主轴端21，球杆仪30一端的传感器小球吸附在中心杯10处，球杆仪30另一端传感器小球吸附在工具杯11处，将工作台端的小球球心表示为M，将主轴端的小球球心表示为N，球杆仪的杆长记为L。

步骤2，将数控机床的旋转轴回零，检测过程中，控制旋转轴绕自身轴线进行旋转运动，使主轴端的小球和工作台端的小球进行同步圆周运动。

图3是本发明的实施例中球杆仪转动时的位置示意图。

如图3所示，主轴端的小球运动轨迹为圆周C₁，工作台端的小球运动轨迹为圆周C₂，并将圆周C₁所在的平面与旋转轴的轴线的交点记为O，以O点为原点在圆周C₁与圆周C₂所在的平面内建立直角坐标系，在初始安装位置下的主轴端的小球位于X轴线上，球杆仪垂直于X轴，且在检测过程中，ON始终垂直于NM，将ON与OM的夹角记为α，将工作台端的小球的回转半径|OM|记为R，旋转轴转动θc时杆长变化量记为ΔL(θc)。

步骤3，以O点为基准，得到检测过程中数控机床的三个直线轴的几何误差，并计算得到几何误差对工作台端的小球的位移偏差，根据位移偏差、夹角α、回转半径R以及杆长变化量ΔL(θc)，计算得到旋转轴在θc处的转角定位误差。

步骤3包括以下子步骤：

步骤3-1，以O点为基准，得到检测过程中数控机床的三个直线轴的几何误差包括d_xx、d_xy、d_xz、d_yx、d_yy、d_yz、d_zx、d_zy、d_zz、a_xx、a_xy、a_xz、a_yx、a_yy、a_yz、a_zx、a_zy、a_zz，并计算得到数控机床的X轴、Y轴和Z轴的几何误差对工作台端的小球的位移偏差为：

步骤3-2，根据位移偏差、夹角α、回转半径R以及杆长变化量ΔL(θc)，计算得到旋转轴在θc处的转角定位误差为：

公式(1)中，d_xx为X轴的定位误差，d_xy、d_xz分别为X轴沿Y向和Z向的线性误差，a_xx、a_xy、a_xz分别为X轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_yy为Y轴的定位误差，d_yx、d_yz分别为Y轴沿X向和Z向的线性误差，a_yx、a_yy、a_yz分别为Y轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_zz为Z轴的定位误差，d_zx、d_zy分别为Z轴沿X向和Y向的线性误差，a_zx、a_zy、a_zz分别为Z轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

S_xy、S_xz、S_yz分别为X轴和Y轴、X轴和Z轴、Y轴和Z轴之间的垂直度误差，x、y、z分别为X轴、Y轴、Z轴的移动距离。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，因为使用球杆仪就能检测出旋转轴的转角定位误差，所以能够方便快捷的检测旋转轴的转角定位误差，并且大大降低了检测成本。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种五轴数控机床转台的旋转轴转角定位误差检测方法，其特征在于，通过由中心杯、工具杯以及球杆仪组成的检测组件来检测五轴数控机床的旋转轴的转角定位误差，包括以下步骤：

步骤1，将所述中心杯安装在所述数控机床的工作台端，将所述工具杯安装在所述数控机床的主轴端，所述球杆仪一端的传感器小球吸附在所述中心杯处，所述球杆仪另一端传感器小球吸附在所述工具杯处，将所述工作台端的小球球心表示为M，将所述主轴端的小球球心表示为N，所述球杆仪的杆长记为L；

步骤2，将所述数控机床的旋转轴回零，检测过程中，控制所述旋转轴绕自身轴线进行旋转运动，使所述主轴端的小球和所述工作台端的小球进行同步圆周运动，所述主轴端的小球运动轨迹为圆周C₁，所述工作台端的小球运动轨迹为圆周C₂，并将圆周C₁所在的平面与所述旋转轴的轴线的交点记为O，以O点为原点在圆周C₁与圆周C₂所在的平面内建立直角坐标系，在初始安装位置下的所述主轴端的小球位于X轴线上，所述球杆仪垂直于X轴，且在检测过程中，ON始终垂直于NM，将ON与OM的夹角记为α，将所述工作台端的小球的回转半径|OM|记为R，所述旋转轴转动θc时杆长变化量记为ΔL(θc)；

步骤3，以O点为基准，得到检测过程中所述数控机床的三个直线轴的几何误差，并计算得到所述几何误差对所述工作台端的小球的位移偏差，根据所述位移偏差、所述夹角α、所述回转半径R以及所述杆长变化量ΔL(θc)，计算得到所述旋转轴在θc处的转角定位误差，

所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3-1，以O点为基准，得到检测过程中所述数控机床的三个直线轴的所述几何误差包括d_xx、d_xy、d_xz、d_yx、d_yy、d_yz、d_zx、d_zy、d_zz、a_xx、a_xy、a_xz、a_yx、a_yy、a_yz、a_zx、a_zy、a_zz，并计算得到所述数控机床的X轴、Y轴和Z轴的所述几何误差对所述工作台端的小球的位移偏差为：

步骤3-2，根据所述位移偏差、所述夹角α、所述回转半径R以及所述杆长变化量ΔL(θc)，计算得到所述旋转轴在θc处的所述转角定位误差为：

公式(1)中，d_xx为X轴的定位误差，d_xy、d_xz分别为X轴沿Y向和Z向的线性误差，a_xx、a_xy、a_xz分别为X轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_yy为Y轴的定位误差，d_yx、d_yz分别为Y轴沿X向和Z向的线性误差，a_yx、a_yy、a_yz分别为Y轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

d_zz为Z轴的定位误差，d_zx、d_zy分别为Z轴沿X向和Y向的线性误差，a_zx、a_zy、a_zz分别为Z轴绕X向、Y向、Z向的角度误差，

S_xy、S_xz、S_yz分别为X轴和Y轴、X轴和Z轴、Y轴和Z轴之间的垂直度误差，x、y、z分别为X轴、Y轴、Z轴的移动距离。

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