一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法技术

本发明专利技术公开了一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，包括：在机床工作台上安装标准方形工件并调整其姿态；摆动机床A轴，采用第一测头测量工件侧面与上表面的点位信息；计算第一测头与机床A轴轴线的第一结构参数并更新；采斑计算抛光轮与机床第一测头的位置关系；计算抛光轮最低点与机床A轴轴线的第二结构参数并更新；采用第二测头根据抛光轮最低点与第一测头的相对位置关系，移动机床Y轴，使第二测头在抛光轮最低点所在平面；及摆动机床B轴，采用第二测头测量机床B轴旋转下不同角度的抛光轮表面点位信息，拟合各B轴旋转角度下的抛光轮圆心半径与坐标，将抛光轮圆心坐标拟合，得到B轴轴线与跑断论圆心的关系，完成标定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法


[0001]本专利技术涉及机床结构测量
，具体涉及一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术飞速发展，对光学系统提出了新的课题与要求，尤其是对非球面光学元件的口径、加工精度、加工效率、轻量化程度以及生产成本等方面都提出了更高的要求。磁流变抛光技术作为一种新式柔性加工方式，具有良好的确定性加工性能，其设备由机床床身，抛光轮以及磁流变液循环系统组成，由于使用的多轴机床数控系统，它可以加工各种复杂曲面。针对五轴机床，许多设备可用于其结构参数标定，如千分表与球头棒、检测棒、对刀表以及球杆仪等。千分表与球头棒，检测棒等检测方法适用于摆轴式结构的机床，但由于其依靠人工测量，费时且效率低，并且由于千分表的安装问题存在测量角度敏感性问题，会影响测量精度。专利CN108334030A，公开了一种双摆头结构五轴数控机床RTCP标定及补偿方法，该方法针对双摆头结构的五轴铣床，利用对刀表与球头棒，记录各旋转轴在不同位置下的标定坐标值，计算其偏移矢量，完成标定，但上述专利技术在测量过程中存在较多人工调整，自动化程度以及测量效率不高，并且无法针对五轴轮式机床的结构进行测量。球杆仪测量虽然自动化程度较高，但对于磁流变抛光这种轮式抛光的机床，抛光点与球杆仪相对位置关系难以确定，且制造对应辅助工具价格高昂。专利CN105643362A，公开了一种基于AxiSet的五轴机床测量方法，使用触发式测头对标准球进行数据采集，计算出误差后，更新机床参数，该方法自动化测量程度较高，但针对的是铣床类机床，无法解决磁流变抛光机床抛光点位置高效准确标定的问题。鉴于此，如何提供一种适用于双摆轴式五轴磁流变机床抛光轮的标定方法，实现该类型机床的简单，高效，准确标定并且实现自动化检测与标定是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是现有的机床标定方法无法解决磁流变抛光机床抛光点位置高效准确标定的问题，本专利技术目的在于提供一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，实现五轴磁流变机床抛光点结构参数标定工作，提高标定精度以及测量过程的自动化程度。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，该方法包括以下步骤：
[0006]在机床工作台上安装标准方形工件，并调整标准方形工件；
[0007]摆动机床A轴，采用第一测头M1测量标准方形工件侧面与上表面的点位信息；根据所述点位信息计算第一测头M1与机床A轴轴线的第一结构参数；
[0008]更新所述第一结构参数，并设定所述第一结构参数到机床上；采斑计算抛光轮与机床第一测头M1的位置关系；根据所述位置关系计算抛光轮最低点与机床A轴轴线的第二
结构参数；
[0009]更新所述第二结构参数，并设定所述第二结构参数到机床上；在机床工作平台上安装第二测头M2，采用第一测头M1确认第二测头M2位置，采用第二测头M2根据抛光轮最低点与第一测头M1的相对位置关系，移动机床Y轴，使第二测头M2在抛光轮最低点所在平面；及摆动机床B轴，采用第二测头M2测量机床B轴旋转下不同角度的抛光轮表面点位信息，得到不同角度下的抛光轮圆心(即轮心)坐标数据；
[0010]将不同角度下的抛光轮圆心坐标数据拟合，得到新的圆半径以及圆心坐标数据；所述圆半径为机床B轴轴线至抛光轮圆心的距离；处理该圆心坐标以及0
°
时抛光轮轮心坐标，得到机床B轴轴线与抛光轮圆心的关系，从而完成抛光点位置标定。
[0011]工作原理是：基于现有的机床标定方法无法解决磁流变抛光机床抛光点位置高效准确标定的问题，本专利技术考虑到五轴磁流变抛光机床需要对抛光轮最低点进行准确标定，与铣刀标定方法不一样，抛光轮标定无法直接使用球杆仪，激光跟踪仪等仪器直接测量，且抛光轮是一个曲面，测量半径较大的抛光轮时，在实际测量过程中，通过压千分表找最低点的位置得到的结果不是一个准确的数值，而是在一个较小的范围内，千分表数值不变，因此无法准确得到抛光点与测头在X、Y方向上的相对距离，由此需要通过测头来实现高精度的测量。本专利技术的测量原理为：对于A轴轴线与测头的位置关系，实际需要的为二者在Y、Z方向的距离，在角度与相对位移量确定的情况下，通过几何计算可得到Y、Z方向的结构参数。
[0012]本专利技术提供了一种不需要特殊夹具不需要拆卸抛光轮与旋转轴等复杂方式，仅通过简单地装调待测工件的方法，去测量不同角度下的工件以及抛光轮的点位信息，然后进行拟合，同时通过最小二乘法消除个别点位测量误差的影响，实现五轴磁流变抛光机床的抛光点位置标定工作，从而为后续的超精密加工修形提供技术支撑。
[0013]进一步地，所述的调整标准方形工件，是利用千分表调平标准方形工件，使所述标准方形工件各边与对应机床坐标轴投影方向平行，并固定在机床工作台上。
[0014]进一步地，利用千分表调平标准方形工件，将标准方形工件固定安装在机床工作台上，使用千分表调整标准方形工件侧面，使其与机床X轴平行，调整工作台工装，微调标准方形工件上表面与机床X轴、Y轴的平行度，直至来回移动X轴、Y轴千分表表头误差控制在2μm内，使其上表面与机床XOY面达到水平状态；
[0015]具体包括：
[0016]将一块标准方形工件固定在机床工作台上，使用千分表轻压标准方形工件侧面，反复移动机床X轴或Y轴，调整方向摆放角度，直至千分表不发生转动或两侧误差在2μm内，使得标准方形工件侧面与机床XOZ面平行；
[0017]将千分表轻压标准方形工件上表面，反复移动机床X轴与Y轴，通过调整机床工作台处工装，调平标准方形工件，使得标准方形工件上表面与机床坐标系中的XOY面平行。
[0018]进一步地，所述的摆动机床A轴，采用第一测头M1测量标准方形工件侧面与上表面的点位信息；具体包括：
[0019]当机床AB轴为0
°
时，采用机床接触式第一测头M1测量标准方形工件A面的Z向坐标值，侧面B、C面的Y向坐标值；
[0020]机床B轴保持0
°
不变，旋转机床A轴θ
°
，测量标准方形工件上表面的Z向坐标与侧面的Y向坐标值，记录此时机床Y轴与Z轴坐标值，计算机床在A轴0
°
与θ
°
时的Y、Z向坐标差值，
得到机床在A轴0
°
与θ
°
时的位移量ΔY与ΔZ。
[0021]进一步地，所述的根据点位信息计算第一测头与机床A轴轴线的第一结构参数，是通过将机床Y轴、Z轴位移量以及对应A轴旋转的角度带入求解方程，计算机床A轴轴线与第一测头M1的在Y轴、Z轴的相对位置关系，将多组数据求取平均得到相对准确的第一结构参数：第一测头M1距离A轴轴线在Y轴方向上的结构参数Y
AM
和第一测头M1距离A轴轴线在Z轴方向上的结构参数Z
AM
；所述求解方程公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，其特征在于，该方法包括：在机床工作台上安装标准方形工件，并调整标准方形工件；摆动机床A轴，采用第一测头测量标准方形工件侧面与上表面的点位信息；根据点位信息计算第一测头与机床A轴轴线的第一结构参数；更新第一结构参数，并设定第一结构参数到机床上；采斑计算抛光轮与机床第一测头的位置关系；根据所述位置关系计算抛光轮最低点与机床A轴轴线的第二结构参数；更新第二结构参数，并设定第二结构参数到机床上；在机床工作平台上安装第二测头，采用第一测头确认第二测头位置，采用第二测头根据抛光轮最低点与第一测头的相对位置关系，移动机床Y轴，使第二测头在抛光轮最低点所在平面；及摆动机床B轴，采用第二测头测量机床B轴旋转下不同角度的抛光轮表面点位信息，得到不同角度下的抛光轮圆心坐标数据；将不同角度下的抛光轮圆心坐标数据拟合，得到新的圆半径以及圆心坐标数据；所述圆半径为机床B轴轴线至抛光轮圆心的距离；处理该圆心坐标以及0
°
时抛光轮轮心坐标，得到机床B轴轴线与抛光轮圆心的关系，完成标定。2.根据权利要求1所述的一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，其特征在于，所述的摆动机床A轴，采用第一测头测量标准方形工件侧面与上表面的点位信息；具体包括：当机床AB轴为0
°
时，采用机床第一测头测量标准方形工件A面的Z向坐标值，侧面B、C面的Y向坐标值；机床B轴保持0
°
不变，旋转机床A轴θ
°
，测量标准方形工件上表面的Z向坐标与侧面的Y向坐标值，记录此时机床Y轴与Z轴坐标值，计算机床在A轴0
°
与θ
°
时的Y、Z向坐标差值，得到机床在A轴0
°
与θ
°
时的位移量ΔY与ΔZ。3.根据权利要求2所述的一种双摆轴式五轴磁流变机床抛光点位置标定方法，其特征在于，所述的根据点位信息计算第一测头与机床A轴轴线的第一结构参数，是通过将机床Y轴、Z轴位移量以及对应A轴旋转的角度带入求解方程，计算机床A轴轴线与第一测头的在Y轴、Z轴的相对位置关系，将多组数据求取平均得到第一结构参数：第一测头距离A轴轴线在Y轴方向上的结构参数Y
AM
和第一测头距离A轴轴线在Z轴方向上的结构参数Z
AM
；所述求解方程公式为：ΔY＝(cosθ
‑
1)Y
AM
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，张云飞，曾靖超，郑永成，黄文，陈立，张建飞，李凯隆，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：