一种校正工装、机床虚拟旋转轴补偿方法及系统、五轴机床与流程

本发明涉及机床领域，具体涉及一种校正工装、机床虚拟旋转轴补偿方法及系统、五轴机床。

背景技术：

五轴机床是一种精度高，用于加工复杂曲面的机床，广泛用于高端制造行业。

现阶段高精端五轴机床设备越来越多，设备在运行过程中，其旋转精度会出现很大的误差，影响加工零件的精度。因此，在加工尺寸精度要求高的零件前必须对机床的精度进行恢复，五轴设备最重的两个参数是两旋转轴的中心坐标，必须将两旋转轴的中心坐标准确输入到机床参数中，才能保证五轴机床的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种校正工装、机床虚拟旋转轴补偿方法及系统、五轴机床，以提高五轴机床的加工精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种校正工装，包括底座和手柄，其中，手柄固定安装在底座上，其中，手柄的轴线与底座的承载面垂直。

可选的，所述手柄顶端固定设置有一球体。

本发明还提供一种机床虚拟旋转轴补偿方法，应用于摇篮式五轴机床，包括：在机床工作台上安装上述的校正工装；对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标，并根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；将旋转轴补偿值(a，b)更新至机床参数中。

与现有技术相比，本发明的机床虚拟旋转轴的补偿方法，通过校正工装的旋转，记录校正工装上的坐标值，并通过计算可得到选旋转轴的补偿值，提高了机床的找正精度，减少了找正时间。

可选的，对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标，并根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)，包括：将机床工作台沿旋转轴逆时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z21,y21)；将机床工作台沿旋转轴顺时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z22,y22)；计算坐标点(z21,y21)和坐标点(z22,y22)连线与水平线的夹角θ；将机床工作台旋转将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄的球心坐标值(y23,z23)；将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄的球心坐标值(y24,z24)；根据所述球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)。

可选的，根据球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)包括：a＝y24+(y24-y23)/2

b＝z24+0.866*(y24-y23)。

本发明还提供一种机床虚拟旋转轴补偿系统，包括：安装模块，用于在机床工作台上安装上述的校正工装；操作模块，对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作；计算模块，用于根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；更新模块，用于将旋转轴补偿值更新值机床参数中。

可选的，操作模块包括：第一操作单元，用于将机床工作台沿旋转轴逆时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z21,y21)；第二操作单元，用于将机床工作台沿旋转轴顺时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z22,y22)；第三操作单元，用于将机床工作台沿旋转轴旋转第四操作单元，用于将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄的球心坐标值(y23,z23)；第五操作单元，用于将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向330°，并记录手柄的球心坐标值(y24,z24)。

可选的，计算模块包括：第一计算单元，用于计算坐标点(z21,y21)和坐标点(z22,y22)连线与水平线的夹角θ；第二计算单元，用于根据球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)。

可选的，根据所述球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)包括：a＝y24+(y24-y23)/2，b＝z24+0.866*(y24-y23)。

与现有技术相比，本发明的机床虚拟旋转轴补偿系统的有益效果与本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明还提供一种五轴机床，包括上述机床虚拟旋转轴补偿系统。

与现有技术相比，本发明的五轴机床的有益效果与本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机床结构示意图；

图2为本发明实施例提供的校正工装的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机床虚拟旋转轴补偿方法的流程图；

图4为本发明另一实施例提供的机床虚拟旋转轴补偿方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的机床在旋转过程中的结构示意图1；

图6为本发明实施例提供的机床在旋转过程中的结构示意图2；

图7为本发明实施例提供的机床在旋转过程中的结构示意图3；

图8为本发明实施例提供的机床在旋转过程中的结构示意图4；

图9为本发明实施例提供的机床虚拟旋转轴补偿系统的结构框图；

图10为本发明实施例提供的操作模块的结构框图；

图11为本发明实施例提供的计算模块的结构框图。

附图标记：

10.安装模块；20.操作模块、201.第一操作单元、202.第二操作单元、203.第三操作单元、204.第四操作单元、205.第五操作单元；30.计算模块、301.第一计算单元、302.第二计算单元；40.更新模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

现阶段高精端五轴机床设备越来越多，设备在运行过程中，其旋转精度会出现很大的误差，影响加工零件的精度。因此，在加工尺寸精度要求高的零件前必须对机床的精度进行恢复，五轴设备最重的两个参数是两旋转轴的中心坐标，必须将两旋转轴的中心坐标准确输入到机床参数中，才能保证五轴机床的精度。

如图1所示，机床有x、y、z、a、c五个加工轴组成，其中，x、y、z轴为空间直角坐标系内的x、y、z轴，x轴表示横轴，y轴表示纵轴，z轴表示竖轴。a轴为围绕x轴旋转，c轴为围绕z轴旋转，应理解，c轴和a轴中心都是虚拟轴，c轴可以通过千分表进行直接找正，而a轴直接通过千分表是找不见中心的，通过本申请的机床虚拟旋转轴补偿方法，可实现对a轴(即虚拟轴)的补偿。

摇篮五轴机床是指工作台形状和运动方式类似于摇篮，在实际工作中，工作台只做a轴和c轴的回转运动，x、y、z直线轴都由主轴移动来实现。

如图3所示，本发明实施例提供一种机床虚拟旋转轴补偿方法，应用在摇篮式五轴机床上，包括：

s1、在机床工作台上安装上述的校正工装。

在一种可选的实现方式中，校正工装包括底座和手柄，手柄固定安装在底座上，手柄的轴线与底座的承载面垂直，手柄顶端固定设置有一球体。球体直径为20毫米，底座中心到球体球心的距离为150毫米。通过旋转机床工作台，带动手柄的操作。如图2所示，在本实施例中，手柄为3个，其中手柄b的轴线与底座的承载面垂直，手柄a和手柄c分别设置在手柄b的两侧，且三个手柄轴线之间圆心角为60度。

将校正工装放置在机床工作台上，如图1所示，将校正工装放置在工作台的中心。

s2、对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标；

s3、根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；

s4、将旋转轴补偿值(a，b)更新至机床参数中。

本发明实施例提供的机床虚拟旋转轴的补偿方法，通过对校正工装的旋转，记录校正工装上球体的坐标值，并通过计算可得到选旋转轴的补偿值，经过补偿后的机床提高了机床的加工精度，减少了找正时间。

作为一种可选的实现方式，对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标，并根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)，以手柄b为例进行说明，如图4所示，包括：

s21、如图5所示，将机床工作台沿旋转轴逆时针方向旋转30°，并记录手柄b的球心坐标值(z21,y21)；

s22、如图6所示，将机床工作台沿旋转轴顺时针方向旋转30°，并记录手柄b的球心坐标值(z22,y22)；

s23、计算坐标点(z21,y21)和坐标点(z22,y22)连线与水平线的夹角θ。在本实施例中可以通过反三角函数计算θ，例如：

s24、将机床工作台旋转将手柄b的坐标清零。

s25、如图7所示，将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄b的球心坐标值(y23,z23)；

s26、如图8所示，将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄b的球心坐标值(y24,z24)；

s27、根据球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)。

采用上述技术方案，通过对机床工作台的简单旋转操作，并通过简单的计算即可实现对机床的旋转轴的补偿，以提高加工精度。

作为一种可选的实现方式，第一计算公式为：a＝y24+(y24-y23)/2，b＝z24+0.866*(y24-y23)。

计算得到的a和b作为虚拟旋转轴的补偿值，添加至参数mp7530.4和mp7530.5中。

需要说明的是，对于某些型号的机床a轴的行程为-30.5度到45.5度，直接通过手柄b即可实现对机床的补偿。

对于机床a的行程小于30度，在通过手柄b实现补偿之后，通过手柄a和手柄c实现对机床精度的验证。在进行机床精度验证时，将a轴旋转30度，用机床的探头找正球心，机床加上跟踪功能后，c轴旋转180度后，再进行手柄b球心的找正，如果坐标差值在0.01以内，证明a轴中心准确补偿到机床。

如图9所示，本发明实施例还提供一种机床虚拟旋转轴补偿系统，包括：安装模块10，用于在机床工作台上安装上述的校正工装；操作模块20，对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作；计算模块30，用于根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；更新模块40，用于将旋转轴补偿值更新值机床参数中。

在一种可选的实现方式中，校正工装包括底座和手柄，手柄固定安装在底座上，手柄的轴线与底座的承载面垂直，手柄顶端固定设置有一球体。球体直径为20毫米，底座中心到球体球心的距离为150毫米。通过旋转机床工作台，带动手柄的操作。如图2所示，在本实施例中，手柄为3个，其中手柄b的轴线与底座的承载面垂直，手柄a和手柄c分别设置在手柄b的两侧，且三个手柄轴线之间圆心角为60度。

作为一种可选的实现方式，如图10所示，操作模块20包括：第一操作单元201，用于将机床工作台沿旋转轴逆时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z21,y21)；第二操作单元202，用于将机床工作台沿旋转轴顺时针方向旋转30°，并记录手柄的球心坐标值(z22,y22)；第三操作单元203，用于将机床工作台沿旋转轴旋转第四操作单元204，用于将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄的球心坐标值(y23,z23)；第五操作单元205，用于将机床工作平台旋转沿旋转轴顺时针方向30°，并记录手柄的球心坐标值(y24,z24)。

作为一种可选的实现方式，计算模块30包括：第一计算单元301，用于计算坐标点(z21,y21)和坐标点(z22,y22)连线与水平线的夹角θ；第二计算单元302，用于根据球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)。

作为一种可选的实现方式，根据球心坐标值计算得到旋转轴补偿值(a，b)：a＝y24+(y24-y23)/2，b＝z24+0.866*(y24-y23)。

本发明实施例还提供一种五轴机床，包括上述机床虚拟旋转轴补偿系统。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。