五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法技术

本发明专利技术公开了一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，涉及机床参数的测量方法技术领域。所述方法包括如下步骤：对多体系统运动学理论及误差建模；再对五轴机床运动误差分析；对机床测头校验的误差进行优化；对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化。所述方法理论简单，易于编程实现，在实际工程中应用方便，适用于倾斜轴孔的轴线求解和圆柱度误差评定。通过具体实验，验证了五轴机床在线测量的优越性和可行性。

On line measurement of inclined shaft hole by five axis machine tool

The invention discloses a method for on-line measuring inclined shaft hole of five axis machine tool, relating to measuring method and technical field of machine tool parameter. The method comprises the following steps: the kinematics theory of multi-body system modeling and error analysis of five axis machine tools; motion error; error on machine measuring head check is optimized; the tilt axis method for on-line measurement of geometric error evaluation hole optimization. The method is simple in theory, easy to program and easy to apply in practical engineering. It is suitable for the calculation of the axis of inclined shaft hole and cylindricity error evaluation. The advantages and feasibility of on-line measurement of five axis machine tool are verified by specific experiments.

【技术实现步骤摘要】
五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法
本专利技术涉及机床参数的测量方法
，尤其涉及一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法。
技术介绍
数控机床的在线测量系统主要分为硬件部分和软件部分，硬件部分以机床为本体外接测头系统，软件系统主要由计算机系统组成。而五轴数控机床结构总体来说由三个移动轴和两个旋转轴组成。早在国外，这种以集计算机控制、高性能伺服系统、和精密加工、检测技术于一体测量方式被投入使用。常规的NC加工机床是大多数企业的首选，对常规零件进行加工时，需要先看懂图纸，进行手动测量，有的需要做工艺点、线、孔或者其他辅助基准来决定加工部位，偶尔须要花费较长的时间等待检测完成。而斜孔零件的测量更是繁琐，耗时的，人工手动测量、离线式测量后重新装夹都会对之前测量结果影响很大，而导致加工错误。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种可精确的计算出五轴机床倾斜轴孔的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征在于包括如下步骤：对多体系统运动学理论及误差建模；再对五轴机床运动误差分析；对机床测头校验的误差进行优化；对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化。进一步的技术方案在于：所述的对多体系统运动学理论及误差建模的方法如下：基于多体系统运动学理论，分析两典型体间相对运动的6项基本误差，用各项误差特征矩阵表示出典型体实际合成运动的零级运动学方程。进一步的技术方案在于：所述的对五轴机床运动误差分析的方法如下：建立起L形桥架型五轴机床的低序体阵列及推导出各相邻体间的齐次特征矩阵，根据齐次特征矩阵建立L型五轴机床运动误差模型，并且推导出刀具成形点的实际位置误差方程和姿态偏离方程式。进一步的技术方案在于：所述的对机床测头校验的误差进行优化的方法如下：基于常规标准球校验测头方案，根据几何知识，使用分中找正5点法优化算法对误差进行优化。进一步的技术方案在于：所述的对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化的方法如下：利用五轴机床对倾斜轴孔进行在线测量，对轴孔建立圆柱度误差模型，使用几何搜索优化算法，求得最佳圆柱轴线，根据最佳圆柱轴线对计算出倾斜轴孔。进一步的技术方案在于：根据圆柱度采样点的优劣，采用轮廓法采样，推导出圆柱度误差评定中的常规最小二乘法和最小区域法的数学模型。进一步的技术方案在于：以起始、终止截面中心点为中心，布置正三角形，遍历各三角形顶点坐标，两两连线，构成9条参考轴线，搜索最近似理想轴线的参考轴线作为最佳圆柱轴线。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法理论简单，易于编程实现，在实际工程中应用方便，适用于倾斜轴孔的轴线求解和圆柱度误差评定。通过具体实验，验证了五轴机床在线测量的优越性和可行性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例所述方法中在线测量功能界面图；图2是本专利技术实施例所述方法中测头的球规校验图；图3是本专利技术实施例所述方法中标准模具倾斜轴孔实物图；图4是本专利技术实施例所述方法的主流程图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术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，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图4所示，本专利技术实施例公开了一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，包括如下步骤：S101：对多体系统运动学理论及误差建模；S102：再对五轴机床运动误差分析；S103：对机床测头校验的误差进行优化；S104：对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化。具体的，所述方法包括如下步骤：首先对多体系统运动学理论及误差建模。基于多体系统运动学理论，分析两典型体间相对运动的6项基本误差问题，用各项误差特征矩阵表示出典型体实际合成运动的零级运动学方程。然后，再对五轴机床运动误差分析。建立起L形桥架型五轴机床的低序体阵列及推导出各相邻体间的齐次特征矩阵，从而建立L型五轴机床运动误差模型，并且推导出刀具成形点的实际位置误差方程和姿态偏离方程式。其次是机床测头校验的误差优化算法。基于常规标准球校验测头方案，根据几何知识，提出分中找正5点法优化算法，实验结果表明这种方法计算简单，速度快，编程容易实现，大大提高工作效率。最后，倾斜圆柱在线测量的误差评定几何优化算法。给出具体实例，利用五轴机床对倾斜轴孔进行在线测量，对轴孔建立圆柱度误差模型，深入研究常规圆柱度误差评定方案，提出几何搜索优化算法，求得最佳圆柱轴线，在理论研究的基础上，本文进行了仿真和实验研究，验证了算法的正确性和可行性。分析研究圆柱度采样点的优劣，采用轮廓法采样方案。推导出圆柱度误差评定中的常规最小二乘法和最小区域法的数学模型。提出一种几何优化搜索算法，以起始、终止截面中心点为中心，布置正三角形，遍历各三角形顶点坐标，两两连线，构成9条参考轴线，搜索最近似理想轴线的参考轴线。总体方案验证：理论推导和实验仿真，截面如图1所示，实际测头校验如图2所示。实验数据分析：按本专利技术所述方法的圆柱度截面采样方法，对标准模具进行采样、实验、结果分析。模具中有两个与Z轴倾角为45°的轴孔，孔经，如图3所示。对其中一个轴孔进行测量，考虑到轴孔深度和内径大小，在倾斜轴孔内壁取5个截面采样点，每个截面上采样16点，则所有测量点在机床坐标系(MCS)下的坐标值如表1所示。表1测量点的坐标值根据圆柱度误差评定常规算法的最小二乘法、最小区域法和几何优化搜索算法的步骤，对表1中的数据分别进行计算，得到结果如表2所示：表2三种算法数据处理结果从表2中的圆柱度误差值可以看出，常规最小二乘法和最小区域法的误差评定结果差不多，几何优化搜索算法得到的误差值和常规法是一致的，说明优化搜索算法的正确性和可行性。该算法理论简单，易于编程实现，在实际工程中应用方便，适用于倾斜轴孔的轴线求解和圆柱度误差评定。通过具体实验，验证了五轴机床在线测量的优越性和可行性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征在于包括如下步骤：对多体系统运动学理论及误差建模；再对五轴机床运动误差分析；对机床测头校验的误差进行优化；对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征在于包括如下步骤：对多体系统运动学理论及误差建模；再对五轴机床运动误差分析；对机床测头校验的误差进行优化；对倾斜轴孔在线测量的误差评定几何方法进行优化。2.如权利要求1所述的五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征在于，所述的对多体系统运动学理论及误差建模的方法如下：基于多体系统运动学理论，分析两典型体间相对运动的6项基本误差，用各项误差特征矩阵表示出典型体实际合成运动的零级运动学方程。3.如权利要求1所述的五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征在于，所述的对五轴机床运动误差分析的方法如下：建立起L形桥架型五轴机床的低序体阵列及推导出各相邻体间的齐次特征矩阵，根据齐次特征矩阵建立L型五轴机床运动误差模型，并且推导出刀具成形点的实际位置误差方程和姿态偏离方程式。4.如权利要求1所述的五轴机床在线测量倾斜轴孔的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔旭明，李云海，余宇航，云旭初，郑义刚，黄梅芳，梁潮伟，黄炽源，彭晓，
申请(专利权)人：广州启煌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44