一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心的制作方法

1.本发明涉及数控加工设备领域，尤其涉及一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心。


背景技术：

2.卧式五轴数控加工中心实现机床对工件进行任意多角度加工、联动旋转加工或复杂曲面加工，现有的卧式五轴数控加工中心一般无法装夹加工较长工件，即使个别机床行程勉强能够加工稍长的工件，由于工件只能一端夹持装夹，加工时切削力较大或加工速度较快时，越到工件未夹持一端工件切削面越容易出现振刀纹或尺寸误差较大导致成品不良，为保证工件成品率需降低切削量和切削速度，这样就浪费了较多的时间。


技术实现要素：

3.本发明克服了现有技术的不足，提供一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有误差补偿功能的卧式五轴数控加工中心，包括防护钣金与设置在防护钣金内部的加工装置和控制系统；所述加工装置包括底座，底座顶部的两侧对称设置有两个z轴导轨，两个z轴导轨上配合连接有z轴鞍座，z轴鞍座与z轴导轨之间通过卡块连接，z轴鞍座能够沿z轴导轨滑动，z轴鞍座通过z轴丝杆和z轴导轨滑动设置于底座前端上部， z轴鞍座的底部设置有与z轴丝杆相配合的丝杆套，z轴鞍座在坐标z方向往复运动，z轴鞍座顶部设置有x轴丝杆与x轴导轨，x轴导轨为两个，两个x轴导轨分别对称设置在z轴鞍座顶部两侧。
5.通过x轴丝杆和x轴导轨滑动设置x轴鞍座， x轴丝杆一侧设置有x轴电机，通过x轴电机控制x轴鞍座滑动，使得x轴鞍座在坐标x方向往复运动，第一旋转轴上部设置桥板，桥板上部一端设置第二旋转轴另一端设置尾座，第二旋转轴装夹所需加工的工件，尾座对工件另一端进行支撑或夹持，工作时第一旋转轴带动桥板、第二旋转轴、尾座旋转运动，第二旋转轴带动工件旋转运动，实现工件的广角旋转。
6.底座一侧设置有y轴立柱，y轴立柱固定设置于底座后端上部，y轴立柱一侧设置有y轴丝杆与y轴导轨， y轴导轨对称设置在y轴立柱一侧的两端，y轴立柱一侧通过y轴丝杆和y轴导轨滑动设置主轴架，y轴丝杆端部设置有y轴电机，y轴电机驱动主轴架沿y轴导轨在坐标y方向往复运动，主轴架上设置刀具主轴，机床工作加工时装入刀具对工件进行加工；y轴立柱另一侧设置刀库，刀库用于储备加工所需的各种刀具，刀库一侧设置有换刀机构，通过换刀机构将主轴上的刀具和刀库内的备用刀具进行交换。
7.优选地，所述五轴数控加工中心内置有误差补偿方法，所述误差补偿方法包括如下步骤：s1.计算并获得实际工件的模型，将获得的模型与设计模型匹配，计算各维度误差值；
s2.将计算得到的各维度的误差值的差值进行比较，计算各维度的误差值的差值是否大于预设的阈值时，控制系统判断异常误差值所对应的加工部件；所述异常误差值指的是与其他加工部件的误差的差值大于所述预设的阈值的加工部件的误差值；s3.所述控制系统根据异常误差和异常误差的对应加工部件确定异常工序;s4.根据所确定的异常工序的集合确定对应构件的统计数，确定可能存在偏差的构件；s5.所述控制系统将所述步骤s3确定的异常工序和所述步骤s4所对应的异常部件的轨迹与预设工序比对，确定是否存在异常；s6.当存在异常时，排除异常，若不存在，则重复步骤s3-s5。
8.所述步骤s2中，所述各维度的误差值的差值是各维度的误差值的两两之间的差值；作为一种实施方式，所述预设的阈值是单一的数值；优选地，所述步骤s2中，还包括，将各维度的误差值与刀具、x轴、y轴、z轴、第一旋转轴、第二旋转轴进行对应。
9.进一步优选地，所述误差包括两个以上优先级，且根据异常偏差确定可能的存在偏差的部件时，不同优先级的误差对应的优先级系数不同。
10.所述控制系统根据异常误差确定统计数，并根据统计数确定异常构件，所述确定统计数的方法为：(1)
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(2)其中，ε为统计数，指某一异常构件在多个异常工序的特征系数的总和，统计数越高，则该构件出现偏差的概率更大；γ为特征系数，指代存在偏差的构件的误差系数，γ越大，代表该构件所对应的部件在相应异常误差的部件的加工工序中存在偏差的可能性越大；γj为第j个异常工序所对应的该构件的特征系数；β为优先级系数，由技术人员根据部件、误差、部件涉及的工序的性质中的一个或多个所决定，取值范围为0.1-1；α为所要求的部件误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数，αi为第i个部件误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数，μ为所有部件的误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数；m 为构件出现异常误差的次数；n为部件数。
11.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：本发明卧式五轴数控加工中心，工件采用两端装夹的方式，加工时具有可应对大切削力性能且能提高加工速度，零件加工面不易产生振刀纹和尺寸误差，尤其在加工较长一类零件时能大大的节约时间节约能源，在加工常规零件时也能相对提高加工效率。
12.同时，通过内置的计算统计数的方法，在出现异常误差时，利用试错法对可能存在的异常构件进行排查，同时，由于受限于当前轨迹比对费时且对控制系统要求较高的缺陷，通过采用统计数计算的方式，确定排查构件的优先级，提高了排查效率和生产效率，取得了良好的效果。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
14.图1是本发明的优选实施例的卧式五轴数控加工中心立体结构示意图；图2是本发明的优选实施例的桥板逆时针转动示意图；图3是本发明的优选实施例的桥板顺时针转动示意图；图4是本发明的优选实施例的数控加工中心外观示意图；图中：1、刀库，2、主轴，3、尾座，4、桥板，5、x轴鞍座，6、z轴鞍座，7、z轴导轨，8、底座，9、x轴导轨，10、第二旋转轴，11、y轴立柱，12、主轴架，13、y轴导轨，14、y轴电机，15、y轴丝杆，16、x轴丝杆，17、操作面板，18、卡块，19、z轴丝杆，20、x轴电机，21、工件，22、防护钣金，23、踏台，24、机床门，25、第一转旋轴。
具体实施方式
15.为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
17.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
18.本发明公开了一种具有加工零部件误差补偿方法的卧式五轴数控加工中心，如图1-4所示,本发明公开了一种卧式五轴数控加工中心，包括防护钣金22与设置在防护钣金22内部的加工装置和控制系统(图中未示出)；防护钣金22一侧设置有操作面板17，防护钣金22一侧设置有机床门24，机床门24为两个，两个机床门24对称设置，机床门24上均设置有把手，防护钣金22一侧设置有控制面板，控制面板上设置有控制按键与显示屏，通过控制面板控制加工装置运行，防护钣金22一侧位于机床门24下方设置有踏台23，塌台为阶梯状，操作人员能够通过踏台23爬高打开或关闭机床门24，卧式五轴数控加工中心外围还设置有冷却水箱，冷却水箱上部安装冷却水泵，通过管路连接至主轴2端，主轴配合设置在主轴架12上，工作时从主轴2端喷淋冷却液对刀具和工件21进行冷却，防护钣金22为钣金结构。
19.所述加工装置包括底座8，底座8顶部的两侧对称设置有两个z轴导轨7，两个z轴导轨7上配合连接有z轴鞍座6，z轴鞍座6与z轴导轨之间通过卡块18连接，z轴鞍座6能够沿z轴导轨7滑动，z轴鞍座6通过z轴丝杆19和z轴导轨7滑动设置于底座8前端上部， z轴鞍座6的底部设置有与z轴丝杆19相配合的丝杆套，z轴鞍座6在坐标z方向往复运动，z轴鞍座6顶部
设置有x轴丝杆16与x轴导轨9，x轴导轨9为两个，两个x轴导轨9分别对称设置在z轴鞍座6顶部两侧。
20.通过x轴丝杆16和x轴导轨9滑动设置x轴鞍座5， x轴丝杆16一侧设置有x轴电机20，通过x轴电机20控制x轴鞍座5滑动，使得x轴鞍座5在坐标x方向往复运动，第一旋转轴25上部设置桥板4，桥板4上部一端设置第二旋转轴10另一端设置尾座3，第二旋转轴10装夹所需加工的工件21，尾座3对工件21另一端进行支撑或夹持，工作时第一旋转轴25带动桥板4、第二旋转轴10、尾座3旋转运动，第二旋转轴10带动工件21旋转运动，实现工件21的广角旋转。
21.底座8一侧设置有y轴立柱11，y轴立柱11固定设置于底座8后端上部，y轴立柱11一侧设置有y轴丝杆15与y轴导轨13， y轴导轨13对称设置在y轴立柱11一侧的两端，y轴立柱11一侧通过y轴丝杆和y轴导轨13滑动设置主轴架，y轴丝杆15端部设置有y轴电机14，y轴电机14驱动主轴架沿y轴导轨13在坐标y方向往复运动，主轴架上设置刀具主轴2，机床工作加工时装入刀具对工件21进行加工；y轴立柱11另一侧设置刀库1，刀库1用于储备加工所需的各种刀具，刀库1一侧设置有换刀机构，通过换刀机构将主轴2上的刀具和刀库1内的备用刀具进行交换。
22.优选地，所述五轴数控加工中心内置有误差补偿方法，所述误差补偿方法包括如下步骤：s1.计算并获得实际工件21的模型，将获得的模型与设计模型匹配，计算各维度误差值；s2.将计算得到的各维度的误差值的差值进行比较，计算各维度的误差值的差值是否大于预设的阈值时，控制系统判断异常误差值所对应的加工部件；所述异常误差值指的是与其他加工部件的误差的差值大于所述预设的阈值的加工部件的误差值；s3.所述控制系统根据异常误差和异常误差的对应加工部件确定异常工序;s4.根据所确定的异常工序的集合确定对应构件的统计数，确定可能存在偏差的构件；s5.所述控制系统将所述步骤s3确定的异常工序和所述步骤s4所对应的异常部件的轨迹与预设工序比对，确定是否存在异常；s6.当存在异常时，排除异常，若不存在，则重复步骤s3-s5。
23.在五轴数控加工中心的实际工作过程中，由于摩擦力、切削力、惯性力等非期望作用力的存在，导致数控中心发生震动等误差影响因素，当误差积聚到一定程度时，不仅会影响到工件21的加工精度，还会损坏数控加工中心的部件甚至引起安全事故，因此，实时监控误差，并采用合理的方式进行误差补偿是十分必要的。
24.所述步骤s1中，获得实际工件21模型的方法没有特别要求，在不违背本技术发明构思的基础上，任何已知的成像或模型计算方式都能用于本技术中，作为一种示意性的举例，包括但不限于常规的实物成像技术、根据刀具、五轴、工件21的运动轨迹计算实际工件21的模型等。
25.加工部件、部件指的是待加工或加工完成的工件21上的部分，可以理解的是，往往一个加工部件只对应一个误差，而一个误差也只对应一个加工部件。
26.构件是指五轴数控加工中心的加工结构，比如x轴、y轴、刀具等，可以理解的是x轴
本身并非加工结构，但是本技术中使用x轴、y轴、z轴来统一指代调整相应轴线方向的结构集合。
27.可以理解的是，部件、构件仅仅是本技术为说明方便而作的示意性说明，任何文字表述的差异而不会对技术方案本身造成实质性影响的名词替换等文字修饰都在本技术的保护范围之内。
28.维度的误差值指的是具有突出特点的部件的误差值，比如凹槽、凸起、设置于某些角度的锥形件等，维度越多，代表了工件21的结构细分越清晰，则计算得到的误差值的精度越高。
29.所述步骤s2中，所述各维度的误差值的差值是各维度的误差值的两两之间的差值；作为一种实施方式，所述预设的阈值是单一的数值；可以理解的是，各维度的误差值两两之间的差值所对应的数值是多个的，其取决于预设工序中，对维度或者工件21部件的精细程度的要求，但预设的阈值可以只有一个，当某一结构或维度的误差值明显高于其他维度或部件时，可以预期是其对应的部件存在偏差。
30.所述步骤s2中，所述异常误差值指的是特定维度的误差值的差值明显大于其他维度的误差值的差值。
31.本技术中之所以通过误差值的差值而非直接的误差值来作为判定依据，是因为，整体平均的误差范围是可以接受的，即使误差较大，依然可以通过原有的加工程序来改进；然后，如果由于某些单一部件的偏差而导致局部构件出现大于其他部件的误差，则应该暂时中止原有的加工程序，找到问题所在，避免误差差异的进一步扩大而影响加工精度。
32.可以理解的是，本技术的误差补偿方法贯穿于整个加工工序中，对于整个加工工序的不同工艺阶段，加工部件的设计尺寸都是已知的，通过本技术上述的模型计算方法计算得到模型后，与预设的该工序的尺寸对比即可得到相应的误差。
33.优选地，所述步骤s2中，还包括，将各维度的误差值与刀具、x轴、y轴、z轴、第一旋转轴、第二旋转轴进行对应。
34.比如，以面向刀具的工件21的侧面作为第一侧面，以第一侧面的凸槽为例，在已经经过设计、预先设置在五轴加工中心的加工程序中的第一侧面的加工过程中涉及的部件为刀具、第二旋转轴、第一旋转轴；则当第一侧面的凸槽的误差值出现异常时，则与其对应的部件为刀具、第二旋转轴和第一旋转轴。
35.具体的，本技术提供一种统计数的计算方法来确定各构件的统计数，然后根据各设备的统计数来确定存在偏差的构件。
36.进一步优选地，所述误差包括两个以上优先级系数，且不同的部件或工序两两具有不同的优先级系数。
37.作为一种特别优选的实施方式，所述确定统计数的方法为： (1)
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(2)其中，ε为统计数；γ为特征系数，指代存在偏差的构件的误差系数，γ越大，代表
该构件所对应的部件在相应异常误差的部件的加工工序中存在偏差的可能性越大；γj为第j个异常工序所对应的该构件的特征系数；β为优先级系数，由技术人员根据部件、误差、部件涉及的工序的性质中的一个或多个决定，取值范围为0.1-1；α为所要求的部件误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数，αi为第i个部件误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数，μ为所有部件的误差值与其他部件误差值的所有差值的算数平均数；m为构件出现异常误差的次数；n为部件数；根据确定的统计数，所述控制系统确定可能存在偏差的构件。
38.步骤s3中，由于单个部件的加工工序是预设且已知的，因此，当确定某一部件存在异常误差时，可以确定相应的加工工序；可以理解的是，现有技术中，在加工某一部件时，偶尔会在不同工序中涉及，在不违背本技术发明构思的基础上，可以理解的是，此处的异常工序应理解为对部件主体起到主要加工效果的工序。作为一种优选的实施方式，所述控制系统确定多个异常工序，并逐一对所述多个异常工序进行排除；但上述方法会引起数据量处理的增长，不利于误差的快速排除。
39.步骤s5中，由于刀具和各轴的预设的运动轨迹是已知的，在实际工作中的运动轨迹是已知的，因此，将实际的运动轨迹和预设的运动轨迹进行匹配对比，可以确定出现误差的原因，继而确定哪些设备出了偏差。在对高概率性的工序进行逐一排查后，即可确定出第一次出现偏差的工序，通过对比预设和实际的运动轨迹，即可得知出现偏差的设备和部件。
40.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。