一种改进的数控机床工件坐标找正方法

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1、一种改进的数控机床工件坐标找正方法1,2133鲍晟冯平法崔雅文罗耀辉(1.清华大学精密仪器与机械学系北京邮编100084;2.上海大学机电工程与自动化学院上海邮编2000723.成都飞机工业集团有限公司四川成都邮编610092)摘要测头测量存在随机误差，采用二点确定直线的方法进行坐标找正会带来较大误差，本文针对常用的测量垂直坐标系找正方法提出了一种改进算法，通过分别测量一组数据，采用最小二乘法拟合直线，可以较好的减小随机误差影响，得到更精确的坐标结果。关键词：数控机床；工件坐标系；测头；最小二乘

2、法中图分类号:TG68文献标识码:BAMODIFIEDMETHODONCONSTRUCTIONOFTHEWORKPIECECOORDINATEINCNCMACHINE1,2133BaoShengFengPingfaCuiYawenLuoYaohui(1.DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,TsinghuaUniversity,100084;2.SchoolofMechatronicsEngineeringandAutomation,Sha

3、nghaiUniversity,200072;3.ChengduAircraftIndustrial(Group)Co.,Ltd.(CAC),610092)AbstractTherandomerrorsexistinmeasuringbyusingtouchtriggerprobe.Usuallytheworkpiececoordinatecanbedeterminedbytwostraightlines,andthelinecanbedeterminedbytwopoints.Agreater

4、errorisintroducedinbyusingthismethod.Amodifiedmethodisproposedinthispapertoimprovetheaccuracyofthecalculation.Asetofpointsaremeasuredtoinsteadofthetwopoints,andthestraightlineisfittedbyusingleastsquaresmethodtoeliminatetheinfluenceoftherandomerrorsan

5、dthemorepreciseresultcanbeobtained.KeywordsCNCmachine;Workpiececoordinate;probe;Leastsquaresmethod1．引言数控加工在向高精度发展的同时，也向高效率和大型化发展，加工与计量结合为一体，边加工边测量，[1]在监控环境下保证加工精度是现阶段生产制造的主流方向。数控加工为了控制加工品质，加工工序之间通常采用离线测量，即完成一道加工工序后将工件拆下移至测量机上检测，合格后再移至机床进行下一道工序。上述过程会带

6、来二次装夹问题，为了保证加工精度，需要实现高精度的工件坐标系设定，即工件找[2]正功能。早期工件找正由手工完成，费时费力，容易造成人为误差。近来，为了提高生产效率和产品质量，许多企业都为数控机床配备测头系统。测头系统在国内的安装量近千套，它与数控系统连接应用可以实现工件测量、刀具测量功能，采用智能化的检测系统有可能使原先人工完成的工件定位、试切、刀具磨损/破损检测所耗费的机床准备时间减少90%以上，并有效提高机床的工作效率，提高加工过程的自动化、智能化[3~5]的程度，使废品的发生率接近于零。因

7、此，测头在数控机床及制造业自动化系统中得到了广泛的应用。在实际应用中，对于较规则的工件直接测量平行于X轴和Y轴的两条正交直线是较为常用的坐标系找正方法。在测头找正过程中，测头测量不可避免的存在随机误差，当通过两条直线确定工件坐标系时，通常采用每条直线各测两点来确定直线，这种情况下，随机误差可能带来较大的定位偏差。本文针对这种情况，提出了一种改进的测量方法，每条直线测一组数据，通过最小二乘法拟合直线，可以较好的减小随机误差影响，得到更精确的坐标结果。2．基于触发式测头的在线检测系统构成[6]由于成

8、本和应用环境限制，现机床上一般采用触发式测头。触发式测头系统如图1所示。图1测头系统示意图图1中以Renishaw公司的测头MP16(收发信号为无线电信号)为例进行说明，测头测量系统包括：1）测头，包括测头本体、信号输出单元、信号接收单元以及信号处理单元。2）数控系统，已是成熟的工业产品，现今主流的数控系统（如Sinumerik、Fidia等）均提供参数编程环境，可以方便实现对数控机床的智能化控制，是控制测头运动并处理测头发出信号的主要控制单元。3）数控机床，带动测头完成测量动作的运动部件。测头