刀轴摆动五坐标数控机床摆长测定方法

摘要

本发明提出了一种刀轴摆动五坐标数控机床摆长测定方法，确定机床A轴摆动角度为θ_i,i＝1,2,…，n时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值，与机床A轴摆动角度为0°时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值的变化量实测值以及计算值，然后以摆长参数迭代初始值为迭代取值域圆心；以机床主轴装配累积误差作为迭代取值域的半径，以加工精度的十分之一作为迭代步长，以相应摆长参数下，n组变化量计算值和与n组变化量计算值和对应偏差的平方和为评判最优摆长参数指标，遍历迭代取值域后得到评判指标值最小的一组摆长参数。该方法相比于一般五轴联动数控机床摆长算法和检测方法，可明显提高加工精度。

主权项

一种刀轴摆动五坐标数控机床摆长测定方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：选择n个不同的机床A轴摆动角度θ_i,i＝1,2,…,n，且θ_i∈(0°,90°)；所述机床A轴摆动角度指机床主轴绕机床坐标系X轴的摆动角度；步骤2：确定变化量的实测值：将标准球夹持在刀柄上，保持标准球球心点相对机床工作台基准点固定不动，测量机床A轴摆动角度为0°以及θ_i,i＝1,2,…,n时，标准球球心在机床坐标系内Y、Z两轴方向上坐标值；分别计算机床A轴摆动角度为θ_i,i＝1,2,…,n时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值，与机床A轴摆动角度为0°时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值的变化量实测值和i＝1,2,…,n；步骤3：确定变化量的计算值：根据公式：确定机床A轴摆动角度为θ_i,i＝1,2,…,n时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值，与机床A轴摆动角度为0°时标准球球心在机床坐标系Y、Z两轴方向上的坐标值的变化量计算值和其中$L=\sqrt{L_y^2+L_z^2},\beta =\mathrm{arctg}\left(\frac{L_y}{L_z+H}\right),$H为机床刀具长度，L_y和L_z为摆长参数，具体L_y为机床坐标系Z轴方向上主轴回转中心线到主轴回转轴线的距离，L_z为机床坐标系Y轴方向上刀柄端面到主轴回转轴线的距离；步骤4：确定摆长参数迭代初始值：在五坐标机床主轴轴向垂直于工作台上端面的状态下，刀具端面与工作台基准点接触，机床数控系统显示Z方向的读数为Z₁，刀具Y方向柱面与工作台基准点接触，机床数控系统显示Y方向的读数为Y₁；在五坐标机床主轴轴向平行于于工作台上端面的状态下，刀具柱面与工作台基准点接触，机床数控系统显示Z方向的读数为Z₂；刀具端面与工作台基准点接触，机床数控系统显示Y方向的读数为Y₂，得到摆长参数迭代初始值L_Z0与L_Y0为：$L_{Z0}=\frac{1}{2}(Z_0+Y_0),L_{Y0}=\frac{1}{2}(Z_0-Y_0)$其中Z₀＝|(Z₁‑H)‑(Z₂‑R)|，Y₀＝|(Y₁‑R)‑(Y₂‑H)|，R为机床刀具半径；步骤5：摆长参数迭代优化：以步骤4得到的摆长参数迭代初始值为迭代取值域圆心，以机床主轴装配累积误差作为迭代取值域的半径，以加工精度的十分之一作为迭代步长，以相应摆长参数下，n组变化量计算值和与n组变化量实测值和对应偏差的平方和为评判最优摆长参数指标，遍历迭代取值域后得到评判指标值最小的一组摆长参数。