五軸聯動運動軌跡生成方法及基于該軌跡的精度測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于數控機床技術領域，尤其涉及數控機床的多運動軸聯動精度的檢測技 術領域。
【背景技術】
[0002] 五軸聯動數控機床主要應用于模具、航空航天等復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，對數控機床多軸聯動精度提出了更高的要求。數 控機床的誤差因素可以劃分為靜態因素和動態因素兩大類，其中靜態精度是在沒有切削載 荷下且機床不運動或運動速度很低的工況下檢測的，由于高檔數控機床制造裝備技術的提 升，靜態精度只能在有限層面上反映出高檔機床的加工精度，運動過程中的聯動精度才是 影響高檔數控機床加工精度的主要因素。
[0003] 目前常用的數控機床聯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動，R-Test可以檢測五軸數控機床多軸聯動精度，在ISO 10791-6公 布的測試標準中，僅通過確定旋轉軸行程來定義球面圓弧檢測軌跡。如針對BC雙擺頭五軸 數控機床的精度檢測軌跡為：① B軸從0°運動到90°同時C軸從0°運動到180°，②B 軸從90°運動到0°同時C軸從180°運動到360°。其運動軌跡如圖1所示，軌跡的曲率 如圖2所示。由圖2可見，ISO標準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，數控機床在該軌跡運行時較為平穩，無法反應復雜型面加 工時機床快速的響應，所以無法準確檢測五軸聯動數控機床的加工能力。

【發明內容】

[0004] 為解決上述技術問題，本發明提出一種五軸聯動運動軌跡生成方法及基于該軌跡 的精度測試方法。
[0005] 本發明的技術方案為：五軸聯動運動軌跡生成方法，包括以下步驟：
[0006] Sl :確定五軸聯動數控機床結構類型以及兩個旋轉軸行程范圍；
[0007] S2 :采用三重頂點三次均勻B樣條曲線方法構造五軸聯動運動軌跡；
[0008] 基于生成的五軸聯動運動軌跡的精度測試方法，包括以下步驟：
[0009] S1' ：根據數控機床后置指令格式，生成五軸數控機床數控指令；
[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' ：開啟五軸聯動機床RTCP功能，輸入由步驟S1'生成的數控指令，設定進給速 度，記錄運動過程中傳感器檢測的球心位置偏移情況，依據測量結果判定數控機床的五軸 聯動運動誤差。
[0012] 進一步地，所述步驟S2采用三重節點三次均勻B樣條曲線方法構造五軸聯動運動 軌跡；具體包含以下分步驟：
[0013] S21 :根據旋轉軸行程范圍確定控制頂點；
[0014] S22 :采用三重頂點方法，生成新的控制頂點；
[0015] S23 :根據步驟S22生成的新的控制頂點構造三次均勻B樣條曲線運動軌跡。
[0016] 更進一步地，所述步驟S21具體為：根據步驟Sl中確定的兩個旋轉軸行程范圍，獲 得兩個旋轉軸行程的取值集；根據獲得的兩個旋轉軸行程的取值集得到控制點坐標。
[0017] 進一步地，所述步驟S23具體為：根據公式得到三次均勻B樣條曲線運動軌跡；
[0019] 其中，P為由步驟S22得到的新的控制頂點，t為三次均勻B樣條曲線參數，Q(t) =(A(t)，B(t))為求得的三次均勻B樣條曲線型值點坐標。
[0020] 本發明的有益效果：本發明的一種五軸聯動運動軌跡生成方法及基于該軌跡的精 度測試方法，通過采用三重定點三次均勻B樣條曲線方法，得到五軸聯動運動軌跡，并通過 記錄運動過程中傳感器檢測的位移偏移情況，依據測量結果判定數控機床的五軸聯動運動 誤差，達到全面檢測機床多軸聯動精度，解決ISO測試標準軌跡測試中曲率缺少變化，結果 難以反映復雜曲面加工要求的問題，通過測試結果可以指導機床的調整工作，從而達到提 高機床聯動精度和加工質量的目的。
【附圖說明】
[0021] 圖1是BC雙擺頭五軸數控機床ISO標準精度測試軌跡。
[0022] 圖2是ISO標準測試軌跡曲率特性。
[0023] 圖3是本發明的方案流程圖。
[0024] 圖4是五軸數控機床精度測試示意圖。
[0025] 圖5是基于RTCP功能的五軸數控機床測試軌跡。
[0026] 圖6是測試軌跡率特性。
[0027] 圖7是后置指令圖。
[0028] 圖8是刀尖點誤差軌跡圖；
[0029] 其中，a圖為刀尖點誤差在XOZ平面投影圖；b圖為刀尖點誤差在YOZ平面投影圖； c圖為刀尖點誤差在XOY平面投影圖；d圖為空間坐標系下刀尖點誤差圖；e圖為刀尖點誤 差在X方向上的誤差；f圖為刀尖點誤差在Y方向上的誤差；g圖為刀尖點誤差在Z方向上 的誤差；h圖為空間坐標系下刀尖點誤差圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。
[0031] 如圖3所示為本發明的方案流程圖，五軸聯動運動軌跡生成方法，包含以下步驟：
[0032] Sl :確定機床旋轉軸行程范圍。以如圖4所示的某五軸數控機床為例，該機床為AB 型雙擺頭五軸聯動數控機床，機床A軸、B軸的運動范圍均為±20°。
[0033] S2 :利用三重節點三次均勻B樣條曲線方法定義五軸聯動運動軌跡。具體包括以 下分步驟：
[0034] S21 :根據旋轉軸行程范圍確定控制點。
[0035] 本實施方式中設定B軸由下極限位置-20°，以5°的步長運動到上極限位置 20。。
[0036] 則 B軸取值集如下：B= [-20。，-15。，-10。，-5。，0。，5。，10。，15。，20。];
[0037] A軸則在其運動范圍內做往復運動，則軸的取值集為：
[0038] A = [-20。，0。，20。，0。，-20。，0。，