主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法，用于解決現(xiàn)有主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法實(shí)用性差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是通過多次采集環(huán)規(guī)在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不同回轉(zhuǎn)角度下的中心點(diǎn)坐標(biāo)，擬合成圓弧曲線，得到圓弧中心從而確定工作臺(tái)中心。該方法能夠有效解決主軸擺動(dòng)五軸加工中心在立銑狀態(tài)下工作臺(tái)中心定位的問題。經(jīng)檢測(cè)精度可達(dá)到0.001mm，完全滿足機(jī)床加工精度要求。
【專利說明】 主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法，特別是涉及一種主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于制造領(lǐng)域。主軸擺動(dòng)五軸加工中心是較常用的一種五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床配有360°回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和超過90°角度擺動(dòng)范圍的主軸，適合于整體葉盤、葉輪、噴嘴環(huán)等復(fù)雜零件加工。五軸機(jī)床安裝調(diào)試時(shí)，首先要尋找回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置，如果與實(shí)際值存在偏差，在五軸聯(lián)動(dòng)工作時(shí)，機(jī)床跟蹤不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致零件出現(xiàn)加工誤差，而影響機(jī)床加工精度，嚴(yán)重可使零件加工超差或報(bào)廢。傳統(tǒng)的尋找工作臺(tái)中心的方法是:在立銑狀態(tài)下，即機(jī)床主軸與工作臺(tái)面垂直，安裝標(biāo)準(zhǔn)芯棒在機(jī)床主軸上，立統(tǒng)狀態(tài)下芯棒軸線與工作臺(tái)面垂直。將千分表底座吸附于工作臺(tái)面，千分表測(cè)頭與標(biāo)準(zhǔn)芯棒柱面接觸。逐漸手動(dòng)移動(dòng)主軸使其與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心重合，用千分表檢測(cè)工作臺(tái)在回轉(zhuǎn)時(shí)的主軸圓跳動(dòng)是否在誤差范圍內(nèi)，來確定機(jī)床主軸與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心是否重合。如果跳動(dòng)量滿足誤差要求，可視為機(jī)床主軸與工作臺(tái)中心重合，記下此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系下位置坐標(biāo)即為工作臺(tái)中心位置。如果跳動(dòng)量不滿足要求，繼續(xù)手動(dòng)移動(dòng)主軸使其滿足要求為止。傳統(tǒng)方法適用于手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床主軸在立銑狀態(tài)下能與工作臺(tái)中心重合的情況。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)較大時(shí)，在立銑狀態(tài)下，有的機(jī)床主軸就可能不能移到機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法。該方法通過多次采集環(huán)規(guī)在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不同回轉(zhuǎn)角度下的中心點(diǎn)坐標(biāo)，擬合成圓弧曲線，得到圓弧中心從而確定工作臺(tái)中心。該方法能夠有效解決主軸擺動(dòng)五軸加工中心在立銑狀態(tài)下工作臺(tái)中心定位的問題。經(jīng)檢測(cè)精度可達(dá)到0.001_，完全滿足機(jī)床加工精度要求。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法，其特點(diǎn)是采用以下步驟:
[0005]步驟一、在主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3上放置并固定一環(huán)規(guī)I ;環(huán)規(guī)I固定在盡量遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心2的位置，且立銑狀態(tài)下，主軸所能到達(dá)的環(huán)規(guī)I中心；環(huán)規(guī)I在工作臺(tái)3上水平放置，端面與工作臺(tái)3平行度< 0.005。
[0006]步驟二、主軸擺動(dòng)五軸加工中心處于立銑狀態(tài)，主軸通過連接桿安裝千分表或電感測(cè)微儀，機(jī)床面板顯示處于機(jī)床坐標(biāo)系下。逐漸手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床主軸到環(huán)規(guī)I中心處，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)頭在環(huán)規(guī)孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)頭與孔壁接觸。逐漸手動(dòng)移動(dòng)主軸到環(huán)規(guī)I中心，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸一周，使千分表或電感測(cè)微儀示值變化達(dá)到最小，保證A與B點(diǎn)示值相等，C與D點(diǎn)示值相等。其中A、B、C、D四點(diǎn)在環(huán)規(guī)孔中均布，且AB兩點(diǎn)連線與⑶兩點(diǎn)連線成90°。此時(shí)機(jī)床面板顯示坐標(biāo)即為環(huán)規(guī)I中心位置坐標(biāo)；[0007]步驟三、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3回轉(zhuǎn)一定角度α，0 < α < 30°，重復(fù)步驟二再次得到環(huán)規(guī)I中心位置坐標(biāo)，在主軸能夠達(dá)到的范圍內(nèi)多次旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3，得到多個(gè)環(huán)規(guī)I中心位置坐標(biāo)；
[0008]步驟四、將得到的環(huán)規(guī)I中心位置坐標(biāo)匯集為一組點(diǎn)，這組點(diǎn)軌跡近似于圓或一段圓弧。為了準(zhǔn)確得到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心2，將粗大誤差點(diǎn)剔除；
[0009]具體步驟是在待擬合的離散點(diǎn)中取一點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)P，在剩下的離散點(diǎn)中取三點(diǎn)確定一個(gè)圓，若點(diǎn)P與圓的徑向距離> S，δ為數(shù)控機(jī)床精度，則剔除此點(diǎn)，反之則保留。按照同樣方法將所有誤差點(diǎn)a、b剔除，留下的中心點(diǎn)形成新的一組點(diǎn)。
[0010]步驟五、步驟四最后確定的點(diǎn),用最小二乘法擬合圓并計(jì)算圓心O坐標(biāo)。
[0011]最小二乘法擬合圓曲線:R2 = (x-A)2+(y-B)2
[0012]令a = _2k b = _2B c = A2+B2-R2 ;得圓的另一個(gè)形式 x2+y2+ax+by+c = O
[0013]步驟四得到的一組點(diǎn)組成樣本集(Xi, Yi) i e (I, 2，3……N)
[0014]樣本到圓心的距離:Cli2= (X1-A)MY1-B)2
[0015]點(diǎn)(Xi, Yi)到圓心距離與圓半徑的平方差
[0016]Si2 = Cli2-R2 = (X1-A)2+ (Y1-B) 2-R = X^Y^aX^bY^c
[0017]令Q(a,b,c) = Σ δ J = Σ [ (X^+Y^+aXi+bYi+c) ]2
[0018]求參數(shù)a, b, c使Q(a, b, c)的值最小；
[0019]Q(a, b，c)為平方差，所以存在大于或等于O的極小值；
[0020]Q(a, b, c)對(duì)a, b, c求偏導(dǎo)，令偏導(dǎo)等于O就得到了極值點(diǎn)；
【權(quán)利要求】
1.一種主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心定位方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、在主軸擺動(dòng)五軸加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)上放置并固定一環(huán)規(guī)(I);環(huán)規(guī)Cl)固定在盡量遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心(2)的位置，且立銑狀態(tài)下，主軸所能到達(dá)的環(huán)規(guī)(I)中心；環(huán)規(guī)(I)在工作臺(tái)(3)上水平放置，端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)平行度< 0.005 ； 步驟二、主軸擺動(dòng)五軸加工中心處于立銑狀態(tài)，主軸通過連接桿安裝千分表或電感測(cè)微儀，機(jī)床面板顯示處于機(jī)床坐標(biāo)系下；逐漸手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床主軸到環(huán)規(guī)(I)中心處，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)頭在環(huán)規(guī)孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)頭與孔壁接觸；逐漸手動(dòng)移動(dòng)主軸到環(huán)規(guī)(I)中心，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸一周，使千分表或電感測(cè)微儀示值變化達(dá)到最小，保證A與B點(diǎn)示值相等，C與D點(diǎn)示值相等；其中A、B、C、D四點(diǎn)在環(huán)規(guī)孔中均布，且AB兩點(diǎn)連線與⑶兩點(diǎn)連線成90° ;此時(shí)機(jī)床面板顯示坐標(biāo)即為環(huán)規(guī)(I)中心位置坐標(biāo)；步驟三、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)回轉(zhuǎn)一定角度α，0< α <30°，重復(fù)步驟二再次得到環(huán)規(guī)(I)中心位置坐標(biāo)，在主軸能夠達(dá)到的范圍內(nèi)多次旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)，得到多個(gè)環(huán)規(guī)(I)中心位置坐標(biāo)； 步驟四、將得到的環(huán)規(guī)(I)中心位置坐標(biāo)匯集為一組點(diǎn)，這組點(diǎn)軌跡近似于圓或一段圓??；為了準(zhǔn)確得到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心(2)，將粗大誤差點(diǎn)剔除； 具體步驟是在待擬合的離散點(diǎn)中取一點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)P，在剩下的離散點(diǎn)中取三點(diǎn)確定一個(gè)圓，若點(diǎn)P與圓的徑向距離> δ，δ為數(shù)控機(jī)床精度，則剔除此點(diǎn)，反之則保留；按照同樣方法將所有誤差點(diǎn)a、b剔除，留下的中心點(diǎn)形成新的一組點(diǎn)； 步驟五、步驟四最后確定的點(diǎn)，用最小二乘法擬合圓并計(jì)算圓心O坐標(biāo)； 最小二乘法擬合圓曲線:R2=(x-A)2+(y-B)2 令 a=_2A b=-2B C=A2+B2-R2 ;得圓的另一個(gè)形式 x2+y2+ax+by+c=0 步驟四得到的一組點(diǎn)組成樣本集(Xi, Yi) i e (1，2，3……N) 樣本到圓心的距離:屯2 = (X1-A)MY1-B)2 點(diǎn)(Xi, Yi)到圓心距離與圓半徑的平方差
【文檔編號(hào)】B23Q1/25GK103921170SQ201410118869
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王增強(qiáng), 楊艷, 藺小軍, 陳悅, 高源
申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)