CN116394068A - 一种自动测量五轴联动数控机床ac轴零点定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控加工控制领域与测量装置领域，公开了一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，是一种基于测头的AC型五轴联动数控机床AC轴零点定位精度自动测量方法，应用于AC型五轴联动数控机床几何精度自动标定。所述方法基于主要由标准球、标准测头、L型测头组成测量组件，通过规划测头测量轨迹，测量接触点坐标，获取误差角度值并进行补偿。本发明可代替传统的芯棒和千分表等工具完成AC轴零点定位精度自动测量，并完成精度的自动补偿。

Description

一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法

技术领域

本发明涉及数控加工控制领域与测量装置领域，具体地说，是一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法。

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。AC型五轴联动数控机床具备灵活、快速、可加工、范围大等特点，被广泛运用于各类复杂结构件加工。在五轴联动数控机床加工中，由于机床老化等原因，AC轴零点位往往会有一定的偏移，影响产品加工质量，需定期检测该定位精度，以确保零件加工质量。

目前对AC型五轴联动数控机床的AC轴零点定位精度检测与调整通常需要采用检验棒、千分表等工具进行，其测量过程需要在设备停机状态下，且需人工反复调整表架，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。为了不影响生产效率，现有机床精度检测间隔周期普遍较长，一般间隔周期为2个月，监控时效性差，导致操作人员无法及时发现设备精度劣化情况，容易出现产品质量问题。

2017年中国专利文献公开了一种用于数控机床上AC摆角误差补偿的方法，公开号为CN 106950918A。通过对校验块进行测量，能够对机床AC摆角误差起到补偿的效果，但其补偿过程主要是对机床XYZ坐标系基准值进行补偿，无法直接补偿旋转轴角度误差值，补偿精度不高，无法满足机床高加工精度的要求，且操作过程复杂，需要进行多次角度变换。与传统精度补偿过程类似，测量值也需要通过人工进行补偿，自动化程度低。

因此，为了减少人工测量AC轴零点定位精度时可能产生的测量误差，提高检测效率以及检测频率，本发明提供一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，实现减少人工测量AC轴零点定位精度时可能产生的测量误差的功能，具有提高检测效率以及检测频率的效果。

本发明通过下述技术方案实现：一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，包括以下步骤：

步骤S1，在工作台上固定标准球，同时调用并激活标准测头；

步骤S2，令C轴保持0°，A轴保持0°，利用标准测头触碰标准球上固定的6个测量点，获取标准球球心Q，并将标准球球心Q设为测试原点；

步骤S3，令C轴保持0°，A轴旋转至90°、-90°时，分别利用标准测头沿X向触碰标准球的同一点，记录测头末端的坐标值，在测头D0模式下计算C轴零点定位精度的误差角度值θ；

步骤S4，根据需要将所测误差角度值θ自动补偿至数控***，并进行精度复查，确保补偿有效无误；

步骤S5，将标准测头放置回刀库，调用L型测头并激活；

步骤S6，令旋转轴保持A轴0°、C轴0°，主轴旋转至0°、180°时，分别利用L型测头沿Z向触碰标准球的Z向顶点，记录Z向顶点的Z向坐标值，在测头D2模式下计算A轴零点定位精度的误差角度值θ1；

步骤S7，根据需要将所测误差角度值θ1自动补偿至数控***，并进行精度复查，确保补偿有效无误。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S2包括：

在获取标准球球心Q时，需要将测头测量模式切换为D2模式进行，获取标准测头的红宝石球心的坐标值；且每个测量点坐标值都需要主轴在0°与180°的情况下测量两次，将两次测量的结果取平均值。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3包括：

在测量接触点坐标时，需要将测头测量模式切换为D0模式进行，获取测头末端的坐标值；

在测头D0模式下利用标准测头沿X向触碰标准球一点，记录此时测头末端的坐标(x0，y0)，随后，令C轴保持0°，旋转A轴至-90°，在相同的D0模式下利用标准测头沿X向触碰标准球同一点，记录此时测头末端的坐标(x1，y1)，求出差值

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，并利用反三角函数计算C轴零点定位精度的误差角度值/>

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。

为了更好地实现本发明，进一步地，在测量接触点坐标时，需要将测头测量模式切换为D2模式进行。

当主轴旋转为0°时，在测头D2模式下利用L型测头沿Z向触碰标准球的Z向顶点，并记录此时的Z向坐标值Z0；保持同样情况下，当主轴旋转为180°时，在相同的D2模式下触碰标准球同一点，并记录此时的Z向坐标值Z1，计算差值

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，并利用反三角函数计算A轴零点定位精度的误差角度值/>

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；其中，L为L型测头弯折部的长度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过规划测头测量轨迹，编写自动测量程序，可代替传统的芯棒和千分表等工具完成AC轴零点定位精度自动测量，并完成精度的自动补偿；

（2）本发明的精度测量过程通过调用测量程序自动执行，替代了传统的人工测量，减少了人为测量误差的影响，提升了测量效率；

（3）本发明提供的精度测量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，随时可方便测量，极大地提高了测量频率，避免了因精度劣化未及时发现造成的产品质量问题。

附图说明

本发明结合下面附图和实施例做进一步说明，本发明所有构思创新应视为所公开内容和本发明保护范围。

图1为本发明提供的一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法的测量流程图。

图2为本发明用到的标准球。

图3为本发明标定探头用到的标准球标定点。

图4为本发明提供的C轴零点定位精度自动测量轨迹。

图5为本发明提供的A轴零点定位精度自动测量轨迹。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例的一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，如图1所示，本发明提供一种基于测头的AC型五轴联动数控机床AC轴零点定位精度自动测量方法，应用于AC型五轴联动数控机床几何精度自动标定。主要由标准球、触发式的标准测头、触发式的L型测头组成，通过规划测头测量轨迹，编写自动测量程序，可代替传统的芯棒和千分表等工具完成AC轴零点定位精度自动测量，并完成精度的自动补偿。本发明实现了AC型五轴联动数控机床A/C轴零点定位精度快速自动检测与补偿，减少了人工干预，提升了检测效率，有效避免了因机床精度下降导致的产品质量问题。

本发明创造中“测头”是“标准测头”、“L型测头”的总称。“标准测头”、“L型测头”均为触发式测头。如图3所示，标准测头连接在机床主轴的一端为测头末端，用于接触标准球的另一端设置有红宝石球。如图5所示，L型测头连接在机床主轴的部分为安装部，安装部呈直角弯折后形成弯折部，弯折部的末端设置有红宝石球，而弯折部的长度为L。测头与标准球接触的点即为接触点。

所述自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，基于主要由标准球、标准测头、L型测头组成测量组件，通过规划测头测量轨迹，测量接触点坐标，获取误差角度值并进行补偿。本发明可代替传统的芯棒和千分表等工具完成AC轴零点定位精度自动测量，并完成精度的自动补偿。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示，测量前需将标准球使用磁力底座和支撑杆固定在机床工作台上。

如图3所示，图3采用了直径为18mm的陶瓷标准球，调用标准测头并激活。

为了测量机床AC轴零点定位精度，必须先建立测量原点，以便后期计算。本发明选用了标准球球心作为测量原点。在主轴安装好测头后，调用自动测量程序，旋转A轴和C轴保持0°，选用对称点(a，a1)、(b，b1)以及(c，c1)作为测量点，获取标准球球心Q，如图3所示。首先利用西门子自带标定程序，完成标准球球心Q的粗获取。随后，将主轴定位0°，触测标准球a1点，记录触测点的X坐标值，将主轴定位至180°，以同样的速度触测a1点，记录触测点的X坐标值，将两次测量的结果取平均值a1|x1，以同样的方式触测a2，求平均值a2|x2。X0=(a1|x1+a2|x2)/2。同理，以同样的方式触碰标准球b、b1、c、c1点，得到Y0与Z0，其中获取Z0时需将A轴旋转为90°，Y0=(b|y+b1|y1)/2，Z0=(c|z+c1|z1)/2，完成标准球球心Q(X0，Y0，Z0)的获取，并在测量***中将Q点设置为测量原点。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，如图4所示，C轴保持0°，旋转A轴至90°，在测头D0模式下沿X方向利用标准测头触碰标准球a2点，并记录此时测头末端的坐标(x0，y0)，C轴保持0°，A轴旋转至-90°，在相同模式下触碰标准球同一点a2点，并记录此时测头末端的坐标(x1，y1)，求出差值

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，并利用反三角函数C轴零点定位精度的误差角度/>

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。根据需要将所测误差值自动补偿至对应的数控***精度参数模块，并进行精度复查，确保补偿有效无误。

其中，D0模式时获取的值为测头末端的坐标值。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图5所示，将标准测头放置回刀库，调用L型测头并激活，旋转轴保持A0°，C0°，主轴为0°时，在D2模式下沿Z-方向利用L型测头触碰标准球顶点，并记录此时测头坐标点的Z值Z0，保持同样情况下，主轴旋转为180°，触碰标准球顶点，并记录此时测头坐标点的Z值Z1，计算差值=Z1-Z0，并利用反三角函数计算A轴零点定位精度的误差角度

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，根据需要将所测误差值1自动补偿至数控***精度参数模块，并进行精度复查，确保补偿有效无误。

其中，D2模式时获取的值为测头红宝石球心的坐标值。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项基础上做进一步优化，本发明提供的是一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，因此通过更改测头尺寸、标准件形状、更改测量顺序等进行应用拓展并未脱离本发明的构思，也应视为本发明的保护范围。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

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

Claims (4)

1.一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，用于AC型五轴联动数控机床，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在工作台上固定标准球，同时调用并激活标准测头；

步骤S2，令C轴保持0°，A轴保持0°，利用标准测头触碰标准球上固定的6个测量点，获取标准球球心Q，并将标准球球心Q设为测试原点；

步骤S3，令C轴保持0°，A轴旋转至90°、-90°时，分别利用标准测头沿X向触碰标准球的同一点，记录测头末端的坐标值，在测头D0模式下计算C轴零点定位精度的误差角度值

；

步骤S4，根据需要将所测误差角度值

自动补偿至数控***，并进行精度复查，确保补偿有效无误；

步骤S5，将标准测头放置回刀库，调用L型测头并激活；

步骤S6，令旋转轴保持A轴0°、C轴0°，主轴旋转至0°、180°时，分别利用L型测头沿Z向触碰标准球的Z向顶点，记录Z向顶点的Z向坐标值，在测头D2模式下计算A轴零点定位精度的误差角度值

；

步骤S7，根据需要将所测误差角度值

自动补偿至数控***，并进行精度复查，确保补偿有效无误。

2.根据权利要求1所述的一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

在获取标准球球心Q时，需要将测头测量模式切换为D2模式进行，获取标准测头的红宝石球心的坐标值；且每个测量点坐标值都需要主轴在0°与180°的情况下测量两次，将两次测量的结果取平均值。

3.根据权利要求1所述的一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

在测量接触点坐标时，需要将测头测量模式切换为D0模式进行，获取测头末端的坐标值；

在测头D0模式下利用标准测头沿X向触碰标准球一点，记录此时测头末端的坐标(x0,y0)，随后，令C轴保持0°，旋转A轴至-90°，在相同的D0模式下利用标准测头沿X向触碰标准球同一点，记录此时测头末端的坐标(x1,y1)，求出差值

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，并利用反三角函数计算C轴零点定位精度的误差角度值/>

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4.根据权利要求1所述的一种自动测量五轴联动数控机床AC轴零点定位精度的方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

在测量接触点坐标时，需要将测头测量模式切换为D2模式进行；

当主轴旋转为0°时，在测头D2模式下利用L型测头沿Z向触碰标准球的Z向顶点，并记录此时的Z向坐标值Z0；保持同样情况下，当主轴旋转为180°时，在相同的D2模式下触碰标准球同一点，并记录此时的Z向坐标值Z1，计算差值

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；其中，L为L型测头弯折部的长度。

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