刀具水平位置參數(2個)和工作臺厚度參數(1個)標定工件安裝在工作臺后,需要確定工件在上平臺坐標系中的位置,這就需要知道工作臺的厚度參數。若該參數不精確,將會導致加工點的坐標整體上下平移。另外,在標定厚度參數的同時,可以利用函數關系把刀具在基座坐標系中的位置參數確定出來,為了標定計算時方便,在6-TPS型銑床的上平臺加工一個工藝孔。
刀具水平位置標定通過手輪模塊控制測頭在工藝孔內腔內依次相對平動3個位置,使測頭與工藝孔內壁接觸,觸發手輪模塊計算出當前上平臺坐標系原點在基座坐標系中XBYB平面上的位置A′1,A′2,A′3.由于在工藝孔內壁上采點,故測頭中心點到工藝孔中心的距離恒定為d=R-r,r和R依次為測頭和工藝孔的半徑。存在一個誤差矢量Δc.故測頭中心點(也是刀頭點)在基座坐標系中XBYB平面上的位置矢量:c=c′+ΔcΔc是工藝孔圓心與上平臺坐標系原點的水平距離,也是實際刀頭點與名義刀頭點的距離,該距離對三維平動加工不存在誤差,但當工作臺帶姿態加工時,將產生誤差。因此需要對此參數進行標定。
標定過程虛線測頭是名義測頭位置,以虛線測頭的軸線在基座坐標系中的投影點為圓心,半徑RM的圓周是上平臺坐標系原點的運動軌跡的投影圓;(PMx,PMy)為上平臺坐標系原點在投影圓上的坐標;d為實際測頭與上平臺坐標系原點的水平距離;H為上平臺的厚度h與測頭半徑r的和;Δz為上平臺水平觸發測頭和帶姿態觸發測頭的高度差;Δzd為由距離d產生的高度差;α和β為上平臺的傾斜方向角和傾斜角;β′為工作臺面沿(PMx,PMy)到(cx,cy)方向上的傾斜角。
控制上平臺離開測頭,注意保證上平臺坐標系原點在投影圓上運動,在特定的某一位置(由角度θ確定)處,使上平臺帶姿態運動,其傾斜角度為β,上平臺的下降量Δz與角度θ之間的關系(“+”型線)是實際測頭與名義測頭間距為0時,上平臺的下降量;(“O”型線)是兩者間距不為0時,上平臺的下降量;同時可以發現,若RM取合適的參數,上平臺下降量呈近似余弦函數分布,下降量存在*大值Δzmax和*小值Δzmin.刀具更換后,需要對刀具的高度重新進行確定:如更換后的刀具長度為L′c,設新的刀頭點的高度為H′c,有:H′c=Hc-(L′c-Lc)利用上式即可方便快速地確定新換刀具的刀頭點高度,不用每次換刀都要重新測量。
結論介紹了一種新型數控銑床,針對該型銑床的特點,給出了刀具相對于銑床基座坐標系中的位姿標定算法,該算法對銑床加工精度的提高起著非常重要的作用。目前,該算法運用6-HITPKM型數控銑床的參數標定模塊中,實際加工表明該算法有效,對促進并聯機床的商品化和實用化起到了很大的作用。