一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法【專利摘要】本發(fā)明公開了一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟：構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件；對(duì)四軸加工中心幾何精度進(jìn)行檢測(cè)預(yù)處理；將被加工的毛坯件安裝在四軸加工中心上；在所述毛坯件的各個(gè)特征表面進(jìn)行一系列精加工，使所述毛坯件達(dá)到檢測(cè)試件的尺寸要求，獲取加工后試件；將所述加工后試件放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)；剔除誤差后，得到該四軸加工中心的各項(xiàng)幾何精度。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便且檢測(cè)成本低，無需專業(yè)人員，也無需經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)，僅需了解相關(guān)操作規(guī)范和熟悉四軸加工中心使用方法即可進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于同一加工中心，不需要更換檢測(cè)工具即可檢測(cè)出四軸加工中心的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差和位置誤差?！緦＠f明】—種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及加工中心幾何精度檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]四軸加工中心從數(shù)控銑床發(fā)展而來，通過三軸或三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制、自動(dòng)交換加工刀具，可以在一次裝夾中完成多道工序的加工。幾何精度是高精度加工中心的重要性能指標(biāo)。一臺(tái)四軸加工中心需要經(jīng)過多次精度檢測(cè)和調(diào)整，通過驗(yàn)收之后才能交付給用戶使用。檢測(cè)機(jī)床的幾何誤差與運(yùn)動(dòng)誤差常用以下兩種方式:通過檢測(cè)儀器測(cè)量刀具相對(duì)于工作臺(tái)的微位移誤差獲取機(jī)床誤差，或者通過檢測(cè)精加工試件的幾何誤差、尺寸誤差、表面粗糙度評(píng)價(jià)機(jī)床誤差。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，使用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，需要利用直線尺、水平儀、分度臺(tái)和干涉儀等多種工具，對(duì)四軸加工中心的運(yùn)動(dòng)軸的幾何精度逐個(gè)逐項(xiàng)的進(jìn)行檢測(cè)，器材成本高，檢測(cè)效率低，并不符合用戶的實(shí)際需要，因此需要設(shè)計(jì)一種專用試件檢測(cè)機(jī)床精度，提高檢測(cè)效率。[0003]國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于通過加工檢測(cè)試件來辨識(shí)五軸加工中心的幾何精度做了大量的研究。[0004](I)NAS979標(biāo)準(zhǔn)中提供了一種在實(shí)際加工情況下檢測(cè)多軸加工中心精度的標(biāo)準(zhǔn)方法，所用的試件為圓錐臺(tái)型試件。這種方法是國(guó)內(nèi)外數(shù)控加工中心精度驗(yàn)收的常用方法，通過評(píng)價(jià)圓錐臺(tái)試件加工后的圓度、錐角、尺寸精度，檢測(cè)機(jī)床的綜合精度。[0005](2)SoichiIbaraki,MasahiroSawada,AtsushiMatsubara,TetsuyaMatsushita等人設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)試件，用以檢測(cè)工件回轉(zhuǎn)式五軸加工中心回轉(zhuǎn)軸A、C的幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度。主要原理是，通過在回轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)稱位置進(jìn)行相同的加工，評(píng)價(jià)兩加工特征的相對(duì)誤差，推導(dǎo)機(jī)床幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度。這種檢測(cè)方法的缺點(diǎn)是，必須在14個(gè)加工位置加工7對(duì)表面，才能全面反映機(jī)床的幾何精度。(參見SoichiIbarakietal，加工測(cè)試五軸加工中心的運(yùn)動(dòng)誤差，PrecisionEngineering34(2010)387-398.)[0006](3)成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司提出了一種利用“S”形檢測(cè)試件綜合檢測(cè)五軸加工中心幾何精度的方法。(參見成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，“綜合檢測(cè)數(shù)控銑床精度的“S”形檢測(cè)試件及其檢測(cè)方法”，中國(guó)專利:200710048269.7，2007-01-16)[0007](4)Dassanayake等人針對(duì)主軸回轉(zhuǎn)型五軸加工中心，重點(diǎn)研究了與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的10項(xiàng)幾何誤差，選用球桿儀為檢測(cè)儀器，分三步完成了10項(xiàng)誤差檢測(cè)。(參見DassanayakeKMM,TsutsumiM,SaitoA.Astrategyforidentifyingstaticdeviationsinuniversalspindleheadtypemult1-axismachiningcenters[J].1nternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2006,46(10):1097-1106.)[0008](5)Dong-MokLee等人提出了另外一種利用球桿儀進(jìn)行誤差檢測(cè)的方法，但是這種方法要進(jìn)行多個(gè)路徑和多個(gè)位置的裝卡，針對(duì)的是帶旋轉(zhuǎn)頭的五軸加工中心(參見Dong-MokLee等，IdentificationandMeasurementofGeometricErrorsforaFive-axisMachineToolwithaTiltingHeadusingaDoubleBall—bar，INTERNATIONALJOURNALOFPRECISIONENGINEERINGANDMANUFACTURING2011,12(2):337-343)[0009](6)MasaomiTsutsumi和AkinoriSaito米用球桿儀針對(duì)五軸加工中心其中8項(xiàng)誤差提出了四軸聯(lián)動(dòng)測(cè)量五軸加工中心誤差的方法。(參見MasaomiTsutsumi,AkinoriSaito,Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5~axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axiscontrolmovements,InternationalJournalofMachineTools&Manufacture2004(44):1333-1342)[0010](7)SoichiIbaraki,ChiakiOyama和HisashiOtsubo提出了一種利用R-test進(jìn)行五軸加工中心旋轉(zhuǎn)軸的幾何誤差檢測(cè)方法(參見SoichiIbaraki,ChiakiOyama,HisashiOtsubo,利用靜態(tài)R-test構(gòu)建五軸加工中心旋轉(zhuǎn)軸的誤差，InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2011(51):190-200.)[0011]上述研究成果都只是針對(duì)于五軸加工中心的檢測(cè)，目前還沒有一種用于辨識(shí)四軸加工中心幾何精度檢驗(yàn)的檢測(cè)試件。【
發(fā)明內(nèi)容】[0012]本發(fā)明提供了一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)四軸加工中心的運(yùn)動(dòng)軸的幾何精度逐個(gè)逐項(xiàng)檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率和檢測(cè)精度，詳見下文描述:[0013]一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟:[0014](I)構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件；[0015](2)對(duì)四軸加工中心幾何精度進(jìn)行檢測(cè)預(yù)處理；[0016](3)將被加工的毛坯件安裝在四軸加工中心上；[0017](4)在所述毛坯件的各個(gè)特征表面進(jìn)行一系列精加工，使所述毛坯件達(dá)到檢測(cè)試件的尺寸要求，獲取加工后試件；[0018](5)將所述加工后試件放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)；[0019](6)剔除誤差后，得到該四軸加工中心的各項(xiàng)幾何精度。[0020]所述構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件的操作具體為:[0021]I)設(shè)計(jì)檢測(cè)試件的第一特征表面:[0022]所述第一特征表面包括:用于檢測(cè)加工中心X軸和Y軸角度誤差的縱深面，在所述縱深面上固定設(shè)置有低矮面，所述低矮面用于檢測(cè)出X軸和Y軸的直線度誤差；所述縱深面和所述低矮面均為矩形，且兩者的尺寸相匹配，在所述縱深面和所述低矮面上貫穿設(shè)置有孔；[0023]2)B軸分度誤差檢測(cè):[0024]在正方體的四個(gè)表面均有直徑相同的孔，在繞Z軸0°、90°、180°和270°四個(gè)位置相應(yīng)加工孔1、2、3、4，測(cè)量2、3、4號(hào)孔的軸線相對(duì)于I號(hào)孔軸線的X、Y方向的角度誤差；[0025]或，[0026]通過6角平臺(tái)檢測(cè)B軸分度誤差；[0027]3)通過圓槽檢測(cè)B軸角度誤差:[0028]所述圓槽與上下端面的圓柱同軸，所述圓槽5通過在圓柱面銑削加工形成的，通過檢測(cè)所述圓槽的圓柱度與平面度獲得B軸的角度誤差；[0029]4)通過圓錐臺(tái)檢測(cè)Y、Z、B三軸聯(lián)動(dòng)誤差檢測(cè):[0030]在所述圓錐臺(tái)上加工螺旋槽，所述螺旋槽為在圓錐面進(jìn)行螺旋銑削形成，通過檢測(cè)螺旋曲線的精度獲得Y、Z、B三軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度；[0031]5)通過第二特征表面檢測(cè)Y軸、Z軸運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè):[0032]所述第二特征表面由六個(gè)側(cè)面、一個(gè)長(zhǎng)方體表面和一個(gè)圓柱表面組成，其中，六個(gè)側(cè)面是通過Y軸和Z軸的聯(lián)動(dòng)來完成的，通過檢驗(yàn)相鄰兩面的垂直度，相對(duì)兩平面的平行度，獲得Y軸和Z軸的運(yùn)動(dòng)誤差及角度誤差；[0033]6)綜合上述幾何特征,一體加工出檢測(cè)試件。[0034]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明提出一種用于辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)試件，通過評(píng)價(jià)檢測(cè)試件表面的幾何誤差，可以得到四軸加工中心的幾何精度，該方法具有以下有益效果:[0035](I)檢測(cè)方法簡(jiǎn)單且成本低:本發(fā)明避免了使用直線尺，水平儀，分度臺(tái)，干涉儀等檢測(cè)工具，操作簡(jiǎn)便且檢測(cè)成本低，無需專業(yè)人員，也無需經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)，僅需了解相關(guān)操作規(guī)范和熟悉四軸加工中心使用方法即可進(jìn)行檢測(cè)。[0036](2)檢測(cè)效率高:對(duì)于同一`加工中心，用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的檢測(cè)試件檢測(cè)四軸加工中心的精度所需時(shí)間短，不需要更換檢測(cè)工具即可檢測(cè)出四軸加工中心的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差和位置誤差?！緦＠綀D】【附圖說明】[0037]圖1為四軸加工中心結(jié)構(gòu)的示意圖；[0038]圖2為低矮面與縱深面的示意圖；[0039]圖3為軸線孔特征表面的示意圖；[0040]圖4為六角平臺(tái)特征表面的示意圖；[0041]圖5為圓槽特征表面的示意圖；[0042]圖6為圓錐臺(tái)及螺旋槽的示意圖；[0043]圖7為菱形面、斜面、圓柱臺(tái)的示意圖；[0044]圖8為檢測(cè)試件軸測(cè)的示意圖；[0045]圖9為四軸加工中心檢測(cè)試件尺寸圖；[0046]圖10為一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法的流程圖。[0047]附圖中，各部件的列表如下:[0048]S1:縱深面；S2:低矮面；[0049]1、2、3和4:孔；5:圓槽；[0050]6、7:圓柱；8:圓錐臺(tái)；[0051]9:螺旋槽；10、11、12、13、14、15:側(cè)面；[0052]16:長(zhǎng)方體表面；17:圓柱表面；【具體實(shí)施方式】[0053]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0054]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)四軸加工中心的運(yùn)動(dòng)軸的幾何精度逐個(gè)逐項(xiàng)檢測(cè)，提高檢測(cè)效率和檢測(cè)精度，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，本方法實(shí)現(xiàn)了用檢測(cè)試件對(duì)四軸加工中心的運(yùn)動(dòng)誤差和位置誤差進(jìn)行檢測(cè)，參見圖8、圖9和10，詳見下文描述:[0055]101:構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件；[0056]一、首先對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行評(píng)價(jià):[0057]加工中心精度的性能包括:單軸精度、兩軸聯(lián)動(dòng)精度和多軸聯(lián)動(dòng)精度。[0058]單軸精度可通過加工低矮平面和縱深平面來獲得。加工低矮平面后，測(cè)量特征的直線度即可得到單軸線性誤差；加工縱深平面后，測(cè)量特征平面度，剔除線性誤差后得到單軸角度誤差。[0059]兩軸聯(lián)動(dòng)精度可通過加工直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)來獲得。加工直線插補(bǔ)后，測(cè)量特征直線度，剔除單軸誤差，最終獲得直線插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)誤差；加工圓弧插補(bǔ)，測(cè)量特征圓度，剔除單軸誤差，最終獲得圓弧插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)誤差。[0060]多軸聯(lián)動(dòng)精度可通過加工空間曲線曲面來獲得。加工空間曲線曲面后,測(cè)量型面輪廓精度，剔除單軸誤差，最終獲得多軸聯(lián)動(dòng)誤差。[0061]二、四軸加工中心幾何誤差定義:[0062]參見圖1，四軸加工中心的幾何誤差包括每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)誤差和位置誤差，每一項(xiàng)誤差所對(duì)應(yīng)的符號(hào)如下表(表I)所不:[0063]表1:四軸加工中心幾何誤差[0064]【權(quán)利要求】1.一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:(1)構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件；(2)對(duì)四軸加工中心幾何精度進(jìn)行檢測(cè)預(yù)處理；(3)將被加工的毛坯件安裝在四軸加工中心上；(4)在所述毛坯件的各個(gè)特征表面進(jìn)行一系列精加工，使所述毛坯件達(dá)到檢測(cè)試件的尺寸要求，獲取加工后試件；(5)將所述加工后試件放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)；(6)剔除誤差后，得到該四軸加工中心的各項(xiàng)幾何精度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種辨識(shí)四軸加工中心幾何精度的檢測(cè)方法，其特征在于，所述構(gòu)建用于四軸加工中心幾何精度檢測(cè)的試件的操作具體為:1)設(shè)計(jì)檢測(cè)試件的第一特征表面:所述第一特征表面包括:用于檢測(cè)加工中心X軸和Y軸角度誤差的縱深面，在所述縱深面上固定設(shè)置有低矮面，所述低矮面用于檢測(cè)出X軸和Y軸的直線度誤差；所述縱深面和所述低矮面均為矩形，且兩者的尺寸相匹配，在所述縱深面和所述低矮面上貫穿設(shè)置有孔；2)B軸分度誤差檢測(cè):在正方體的四個(gè)表面均有直徑相同的孔，在繞Z軸0°、90°、180°和270°四個(gè)位置相應(yīng)加工孔1、2、3、4，測(cè)量2、3、4號(hào)孔的軸線相對(duì)于I號(hào)孔軸線的X、Y方向的角度誤差；或，通過6角平臺(tái)檢測(cè)B軸分度誤差；3)通過圓槽檢測(cè)B軸角度誤差:所述圓槽與上下端面的圓柱同軸，所述圓槽5通過在圓柱面銑削加工形成的，通過檢測(cè)所述圓槽的圓柱度與平面度獲得B軸的角度誤差；4)通過圓錐臺(tái)檢測(cè)Y、Z、B三軸聯(lián)動(dòng)誤差檢測(cè):在所述圓錐臺(tái)上加工螺旋槽，所述螺旋槽為在圓錐面進(jìn)行螺旋銑削形成，通過檢測(cè)螺旋曲線的精度獲得Y、Z、B三軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度；5)通過第二特征表面檢測(cè)Y軸、Z軸運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè):所述第二特征表面由六個(gè)側(cè)面、一個(gè)長(zhǎng)方體表面和一個(gè)圓柱表面組成，其中，六個(gè)側(cè)面是通過Y軸和Z軸的聯(lián)動(dòng)來完成的，通過檢驗(yàn)相鄰兩面的垂直度，相對(duì)兩平面的平行度，獲得Y軸和Z軸的運(yùn)動(dòng)誤差及角度誤差；6)綜合上述幾何特征,一體加工出檢測(cè)試件?！疚臋n編號(hào)】G01B21/00GK103759685SQ201410012613【公開日】2014年4月30日申請(qǐng)日期:2014年1月10日優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日【發(fā)明者】王凱,田文杰,郭龍真,聶應(yīng)新,常文芬申請(qǐng)人:天津大學(xué)