五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡生成方法及基于該軌跡的精度測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)控機(jī)床的多運(yùn)動軸聯(lián)動精度的檢測技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床主要應(yīng)用于模具、航空航天等復(fù)雜型面零件的加工制造。隨著 零件的精度和物理性能要求的不斷提高，對數(shù)控機(jī)床多軸聯(lián)動精度提出了更高的要求。數(shù) 控機(jī)床的誤差因素可以劃分為靜態(tài)因素和動態(tài)因素兩大類，其中靜態(tài)精度是在沒有切削載 荷下且機(jī)床不運(yùn)動或運(yùn)動速度很低的工況下檢測的，由于高檔數(shù)控機(jī)床制造裝備技術(shù)的提 升，靜態(tài)精度只能在有限層面上反映出高檔機(jī)床的加工精度，運(yùn)動過程中的聯(lián)動精度才是 影響高檔數(shù)控機(jī)床加工精度的主要因素。
[0003] 目前常用的數(shù)控機(jī)床聯(lián)動精度測試儀器主要有球桿儀、R-Test測試儀，球桿儀只 能用于兩軸或三軸聯(lián)動，R-Test可以檢測五軸數(shù)控機(jī)床多軸聯(lián)動精度，在ISO 10791-6公 布的測試標(biāo)準(zhǔn)中，僅通過確定旋轉(zhuǎn)軸行程來定義球面圓弧檢測軌跡。如針對BC雙擺頭五軸 數(shù)控機(jī)床的精度檢測軌跡為：① B軸從0°運(yùn)動到90°同時(shí)C軸從0°運(yùn)動到180°，②B 軸從90°運(yùn)動到0°同時(shí)C軸從180°運(yùn)動到360°。其運(yùn)動軌跡如圖1所示，軌跡的曲率 如圖2所示。由圖2可見，ISO標(biāo)準(zhǔn)軌跡的曲率在第一階段和第二階段相接出存在曲率突 變，其余位置曲率均為均勻變化，數(shù)控機(jī)床在該軌跡運(yùn)行時(shí)較為平穩(wěn)，無法反應(yīng)復(fù)雜型面加 工時(shí)機(jī)床快速的響應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確檢測五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的加工能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡生成方法及基于該軌跡 的精度測試方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡生成方法，包括以下步驟：
[0006] Sl :確定五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)類型以及兩個旋轉(zhuǎn)軸行程范圍；
[0007] S2 :采用三重頂點(diǎn)三次均勻B樣條曲線方法構(gòu)造五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡；
[0008] 基于生成的五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡的精度測試方法，包括以下步驟：
[0009] S1' ：根據(jù)數(shù)控機(jī)床后置指令格式，生成五軸數(shù)控機(jī)床數(shù)控指令；
[0010] S2' ：在主軸處安裝球頭測試芯棒，在球心處布置X、Y、Z三個正交方向的位移傳感 器；
[0011] S3' ：開啟五軸聯(lián)動機(jī)床RTCP功能，輸入由步驟S1'生成的數(shù)控指令，設(shè)定進(jìn)給速 度，記錄運(yùn)動過程中傳感器檢測的球心位置偏移情況，依據(jù)測量結(jié)果判定數(shù)控機(jī)床的五軸 聯(lián)動運(yùn)動誤差。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟S2采用三重節(jié)點(diǎn)三次均勻B樣條曲線方法構(gòu)造五軸聯(lián)動運(yùn)動 軌跡；具體包含以下分步驟：
[0013] S21 :根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸行程范圍確定控制頂點(diǎn)；
[0014] S22 :采用三重頂點(diǎn)方法，生成新的控制頂點(diǎn)；
[0015] S23 :根據(jù)步驟S22生成的新的控制頂點(diǎn)構(gòu)造三次均勻B樣條曲線運(yùn)動軌跡。
[0016] 更進(jìn)一步地，所述步驟S21具體為：根據(jù)步驟Sl中確定的兩個旋轉(zhuǎn)軸行程范圍，獲 得兩個旋轉(zhuǎn)軸行程的取值集；根據(jù)獲得的兩個旋轉(zhuǎn)軸行程的取值集得到控制點(diǎn)坐標(biāo)。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟S23具體為：根據(jù)公式得到三次均勻B樣條曲線運(yùn)動軌跡；
[0019] 其中，P為由步驟S22得到的新的控制頂點(diǎn)，t為三次均勻B樣條曲線參數(shù)，Q(t) =(A(t)，B(t))為求得的三次均勻B樣條曲線型值點(diǎn)坐標(biāo)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡生成方法及基于該軌跡的精 度測試方法，通過采用三重定點(diǎn)三次均勻B樣條曲線方法，得到五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡，并通過 記錄運(yùn)動過程中傳感器檢測的位移偏移情況，依據(jù)測量結(jié)果判定數(shù)控機(jī)床的五軸聯(lián)動運(yùn)動 誤差，達(dá)到全面檢測機(jī)床多軸聯(lián)動精度，解決ISO測試標(biāo)準(zhǔn)軌跡測試中曲率缺少變化，結(jié)果 難以反映復(fù)雜曲面加工要求的問題，通過測試結(jié)果可以指導(dǎo)機(jī)床的調(diào)整工作，從而達(dá)到提 高機(jī)床聯(lián)動精度和加工質(zhì)量的目的。
【附圖說明】
[0021] 圖1是BC雙擺頭五軸數(shù)控機(jī)床ISO標(biāo)準(zhǔn)精度測試軌跡。
[0022] 圖2是ISO標(biāo)準(zhǔn)測試軌跡曲率特性。
[0023] 圖3是本發(fā)明的方案流程圖。
[0024] 圖4是五軸數(shù)控機(jī)床精度測試示意圖。
[0025] 圖5是基于RTCP功能的五軸數(shù)控機(jī)床測試軌跡。
[0026] 圖6是測試軌跡率特性。
[0027] 圖7是后置指令圖。
[0028] 圖8是刀尖點(diǎn)誤差軌跡圖；
[0029] 其中，a圖為刀尖點(diǎn)誤差在XOZ平面投影圖；b圖為刀尖點(diǎn)誤差在YOZ平面投影圖； c圖為刀尖點(diǎn)誤差在XOY平面投影圖；d圖為空間坐標(biāo)系下刀尖點(diǎn)誤差圖；e圖為刀尖點(diǎn)誤 差在X方向上的誤差；f圖為刀尖點(diǎn)誤差在Y方向上的誤差；g圖為刀尖點(diǎn)誤差在Z方向上 的誤差；h圖為空間坐標(biāo)系下刀尖點(diǎn)誤差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0031] 如圖3所示為本發(fā)明的方案流程圖，五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡生成方法，包含以下步驟：
[0032] Sl :確定機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸行程范圍。以如圖4所示的某五軸數(shù)控機(jī)床為例，該機(jī)床為AB 型雙擺頭五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，機(jī)床A軸、B軸的運(yùn)動范圍均為±20°。
[0033] S2 :利用三重節(jié)點(diǎn)三次均勻B樣條曲線方法定義五軸聯(lián)動運(yùn)動軌跡。具體包括以 下分步驟：
[0034] S21 :根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸行程范圍確定控制點(diǎn)。
[0035] 本實(shí)施方式中設(shè)定B軸由下極限位置-20°，以5°的步長運(yùn)動到上極限位置 20。。
[0036] 則 B軸取值集如下：B= [-20。，-15。，-10。，-5。，0。，5。，10。，15。，20。];
[0037] A軸則在其運(yùn)動范圍內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動，則軸的取值集為：
[0038] A = [-20。，0。，20。，0。，-20。，0。，