一种双转台结构的五轴加工中心精度检测方法

摘要

一种双转台结构的五轴加工中心精度的检测方法，所述方法包括以下步骤：设计五轴联动的机床运动曲线，并通过所述机床运动曲线获取机床理论运动曲线方程；安装检测仪器，将所述机床理论运动曲线方程转变为驱动机床运动的代码，操纵机床运行，在机床运动过程中采集球杆仪长度变化数据；获取所述球杆仪长度变化数据与机床误差之间的误差模型；根据采样数据和所述误差模型，计算双转台结构五轴加工中心的二十项误差；通过所述二十项误差对机床部件间的装配进行调整。采用本方法，仪器安装和调试操作简单，测量时间较短，使用器材简便，降低了检测成本。

主权项

一种双转台结构的五轴加工中心精度的检测方法，五轴包括：直线轴和旋转轴，直线轴分别表示为X、Y和Z，旋转轴表示为A和C，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)设计五轴联动的机床运动曲线，并通过所述机床运动曲线获取机床理论运动曲线方程；所述机床运动曲线为一条分段连续曲线，机床运动过程连续；(2)安装检测仪器，将所述机床理论运动曲线方程转变为驱动机床运动的代码，操纵机床运行，在机床运动过程中采集球杆仪长度变化数据；球杆仪一次安装即可完成测量，测量20项几何误差过程中无须调整机床和仪器；(3)获取所述球杆仪长度变化数据与机床误差之间的误差模型；(4)根据采样数据和所述误差模型，计算双转台结构五轴加工中心的20项几何误差；其中，20项几何误差包括：旋转轴A、C的12项运动误差和8项位置误差；(5)通过所述20项几何误差对机床部件间的装配进行调整；其中，所述机床理论运动曲线方程是以球杆仪两个球心为参照求出的曲线，总体分为两部分，分别是球杆仪与工作台相连的球心和球杆仪与主轴相连的球心；与工作台相连的球杆仪球心运动曲线参数方程：第1段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_L-X_g-X_{L}cos\left(\alpha t\right)\\ y\left(t\right)=-X_{L}cos(\frac{1}{2}\pi -\omega t)\sin \left(\alpha t\right)\\ z\left(t\right)=-X_{L}sin(\frac{1}{2}\pi -\omega t)\sin \left(\alpha t\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$第2段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_g-X_L+X_{L}cos\left(\alpha t\right)\\ y\left(t\right)=X_L\sin \left(\alpha t\right)\\ z\left(t\right)=0\end{array}\right.---\left(2\right)$第3段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_L+X_L-X_{L}cos\left(\alpha t\right)\\ y\left(t\right)=-X_{L}cos\left(\omega t\right)sin\left(\alpha t\right)\\ z\left(t\right)=X_L\sin \left(\omega t\right)\sin \left(\alpha t\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$与主轴相连的球杆仪球心运动曲线参数方程：第4段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=0\\ y\left(t\right)=solve{[-\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_L+X_g+X_{L}cos\left(\alpha t\right)]}^2+{[y\left(t\right)+X_L\cos (\frac{1}{2}\pi -\omega t)\sin \left(\alpha t\right)]}^2+A^2-L^2=0)\\ z\left(t\right)=A-X_L\cos (\frac{1}{2}\pi -\omega t)\sin \left(\alpha t\right)\end{array}\right.---\left(4\right)$第5段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=0\\ y\left(t\right)=solve({[-\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_g+X_L-X_{L}cos\left(\alpha t\right)]}^2+{[y\left(t\right)-X_{L}sin\left(\alpha t\right)]}^2+A^2-L^2=0)\\ z\left(t\right)=A\end{array}\right.---\left(5\right)$第6段：$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=0\\ y\left(t\right)=solve({[-\frac{1}{360}{\mathrm{tX}}_L-X_L+X_{L}cos\left(\alpha t\right)]}^2+{[y\left(t\right)+X_{L}cos\left(\omega t\right)sin\left(\alpha t\right)]}^2+A^2-L^2=0)\\ z\left(t\right)=A+X_{L}sin\left(\omega t\right)sin\left(\alpha t\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$其中X_L表示球杆仪与工作台相连的球心在工作台上X方向的偏置距离；X_g为工作台在加工中心X方向初始偏置位置，A为常数；L为球杆仪标称长度；x(t)、y(t)、z(t)表示曲线上点的坐标；α、ω为C、A两轴的旋转速度；solve( )表示解方程获得y(t)。