五轴联动机床rtcp动态精度标定装置及其标定方法

五轴联动机床rtcp动态精度标定装置及其标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种五轴联动机床RTCP (Rotation Tool Center Point，五轴联动旋 转刀尖点编程）动态精度标定装置及其标定方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国机床技术的发展，高精度、高效率的五轴机床越来越多地应用于航天、军 工、汽车及一些民用企业等领域，国内也有不少机床制造商研发并生产了五轴机床。不管是 在机床制造商调试五轴机床时，还是机床用户在对机床定期检测或维护时，五轴联动机床 的RTCP精度是极为重要的一项精度指标，尤其是用户对机床的RTCP精度更是有专门、严格 的定期精度检测规范，因为机床的RTCP精度直接影响到加工工件的加工精度。RTCP精度是 衡量现代五轴联动机床动态精度的重要指标。所以如何提高RTCP的标定、检测精度和效率 具有重大意义。
[0003] 对于五轴联动RTCP动态精度标定或检测，目前国内现行方法多是采用：在机床 的不同方位多次架设百分表或千分表，并且需要在这些不同的方位中多次变换千分表的形 态，然后使机床运行一定的程序动作，参考百分表或者千分表的读数差分析得出结果数值 补入系统内。由于现行方法中所使用装置的制约，其标定或检测方法中存在不可避免的计 算误差和测量几何误差，从而所得数据不能一次测量的十分准确，从而影响参数补偿的精 确度和效率，而调试人员也不得不多次反复进行检测、补正，以对精度误差进行评估、校正。
[0004] 同时，发明人注意到：有个别著述提及专门的设计装置不用多次架设千分表，但却 需要多次反复移动千分表的位置以使千分表对正球头检棒的球的极点位置，这样的装置同 样没有摆脱现行方法中使用常规千分表的某些限制。

【发明内容】

[0005] 基于上述缺陷，本发明提供一种五轴联动机床RTCP动态精度标定装置及其标定 方法，利用本发明进行五轴联动RTCP动态精度标定或检测，其过程非常简洁、方便，利用两 个面接触式千分表在支架空间上的布局，巧妙地避免了复杂方程式的求解过程，避免了常 规千分表的计算误差和测量几何误差；同时避免了现行标定方法下的复杂操作，从而大幅 提尚了标定效率，提尚了标定精度。
[0006] 本发明的解决方案是：一种五轴联动机床RTCP动态精度标定装置，其包括支架 (3)以及安装在支架（3)上的面接触式千分表一（1)与面接触式千分表二（2);两个面接触 式千分表的中轴线相互垂直并在同一平面内，该装置满足以下公式：山=d2< r - 3_，其 中，Cl1为面接触式千分表一（1)的测量端面到两个面接触式千分表的中轴线的垂直交叉点 的距离，d2为面接触式千分表二（2)的测量端面到两个面接触式千分表的中轴线的垂直交 叉点的距离，r为标定所用的球头检棒的球头半径。
[0007] 作为上述方案的进一步改进，支架（3)具有用于安装面接触式千分表一（1)的安 装位一（31)、用于安装面接触式千分表二（2)的安装位二（32);两个安装位相互垂直构成 二维空间。
[0008] 进一步地，支架（3)包括水平架（34)和垂直架（35)，安装位一（31)设置在水平架 (34)上，安装位二（32)设置在垂直架（35)上。
[0009] 优选地，水平架（34)设为底座，该底座用于将该装置固定于机床的工作台上。
[0010] 再优选地，该底座为带有按钮式磁力开关的磁力座。
[0011] 作为上述方案的进一步改进，支架（3)设置有把手。
[0012] 作为上述方案的进一步改进，支架（3)为一体式结构。
[0013] 本发明还提供上述任意五轴联动机床RTCP动态精度标定装置的五轴联动机床 RTCP精度标定方法，五轴包括第一直线轴、第二直线轴、第三直线轴、回转轴、摆动轴，其中， 三个直线轴相互垂直，回转轴与摆动轴为分别以三个直线轴的其中两个直线轴为中心旋转 的旋转轴；该五轴联动机床RTCP精度标定方法包括以下步骤：
[0014] 1)将该装置吸附于机床的工作台上的适当位置，且使面接触式千分表二（2)的中 轴线垂直于机床的摆动轴的回转轴线，运行机床主轴所在的伺服直线轴，使主轴上的球头 检棒的球头球心大致位于两面接触式千分表中轴线的交点处为位置，启动机床RTCP功能， 运行机床的回转轴90°后，将两个面接触式千分表读数置零；
[0015] 2)运行机床回转轴180°，读取面接触式千分表二（2)的读数值一，该读数值一 的一半即为回转轴的回转轴线在摆动轴所绕第一直线轴方向上的误差代数值一；关闭机床 RTCP功能，将此误差代数值一按相关数控系统的误差补偿规则写入系统内的相关参数中；
[0016] 3)启动机床RTCP功能，运行回转轴至初始位置，运行摆动轴90°，分别读取两个 面接触式千分表的读数值二与读数值三，根据以下公式获得摆动轴的回转轴线在回转轴所 绕第二直线轴和第三直线轴方向上的误差代数值二εζ与误差代数值三ε Y = I1= ε 4，12=- ε γ+εζ，其中，I1U2分别表示面接触式千分表一（1)的读数值二和面接触式千 分表二（2)的读数值三；关闭机床RTCP功能，将εζ、εγ按相关数控系统的误差补偿规则 写入系统内的相关参数中；
[0017] 4)启动机床RTCP功能，运行摆动轴至初始位置，运行回转轴180°，记录面接触式 千分表（2)的读数值四，该读数值四的一半即为回转轴的回转轴线与摆动轴的回转轴线之 间的正交距离误差代数值四；关闭机床RTCP功能，将误差代数值四按相关数控系统的误差 补偿规则写入系统内的相关参数中；
[0018] 5)上述四个步骤完成后，则机床的RTCP精度标定工作完成，然后可在RTCP状态下 综合运行机床五轴同时联动，检测机床的RTCP动态精度标定效果。
[0019] 作为上述方案的进一步改进，在步骤1)中，在机床的各种常规精度检测、补偿完 成之后，运行机床使机床的各旋转轴置零位，将该装置放置于机床的工作台上，利用常规千 分表将该装置的两个测量端面打直，使两个测量端面与机床的X轴平行；将该装置固定在 工作台上；运行机床的各伺服轴，使安装于机床的主轴上的球头检棒的球心大致位于两个 面接触式千分表的中轴线的垂直交叉点即可。
[0020] 作为上述方案的进一步改进，每获得一个误差代数值，就先关闭机床的RTCP功 能，将相应误差代数值补入数控系统的相关参数内；然后，在进行获得下一个误差代数值的 步骤之前，再开启机床的RTCP功能。
[0021] 与现行或传统的标定装置和检测方法相比，本发明装置和方法具有如下优点：操 作方便简易，省时、省力；标定或检测精度高；标定或检测效率高。
[0022] 本装置的优点具体表现如下：
[0023] -、使用方便，应用范围广：装置简捷、结构紧凑，体积小，不仅适合小型五轴加工 中心，不会产生干涉、超程等，又适合大型龙门等五轴机床；不仅适合双摆头式，还适合双摆 工作台式和摆头加转台式的各类型五轴联动机床。原理一样，方法类似。外形简洁，且便于 人手的取放；
[0024] 二、精度高，表现在：1.不需要求解复杂的方程式，也不存在现行检测方法中的误 差项，从而也就不需要对标定、检测结果进行反复检测、修正；2、不存在因千分表表尖的球 头半径而引起的误差；3、不存在因为手动放置千分表，而使得测量表杆与相关直线轴不平 行引起的误差；4、标定或测量全程无需手动对装置的干预，