关键性专利解读：辽宁省解析

目前在国内，五坐标加工中心摆角定位精度的测量和误差补偿，尚无比较成熟的、自动化程度较高的测量系统。常用方法包括360 齿精密分度的标准转台、角度多面体、激光干涉仪或直接千分表测量等。激光干涉仪对于直线和小角度精度测量可以得到较为准确的结果，但对于±15°外甚至更大角度的摆角精度测量，此方法无法满足要求。其他方法操作烦琐，完全是手工编程和计数，无法实现自动化测量。而且这些方法都无法进行多点的连续测量和测量NC 程序的自动编制输出，因此也不涉及连续摆角测量程序的计算方法，所涉及的补偿值的计算，也都是基于单点测量的直接计算的方法，无法实现连续的补偿计算，因此测量效率较低。

为解决上述技术问题，沈阳飞机工业（集团）有限公司于2013 年6 月14 日向国家知识产权局提交了名为“五坐标数控机床摆角快速测量系统及误差补偿方法”的发明专利申请。该申请于2015 年10 月14 日获得专利授权，授权公告号为CN103286633B。该专利涉及的IPC 分类号为B23P17/00（不包含在其他单独小类或本小类另外一组的金属加工工艺）及B23Q23/00（用于补偿不均匀性或磨损，如导轨的、定位机构的）。表2.2 为该专利的附加信息，图2.13 所示为该专利的摘要附图。

表2.2　CN103286633B 专利附加信息

图2.13　CN103286633B 摘要附图

该专利提供一种五坐标数控机床用摆角定位精度的测量系统，包括球头芯棒、数显千分表和磁力基座，其中球头芯棒安装到机床主轴上，数显千分表安装到磁力基座上，磁力基座固定在机床工作台上，数显千分表位于与机床主轴垂直的正向位置上，数显千分表的测量头贴紧机床主轴，数显千分表连接到计算机终端。该系统配合本发明的测量误差的计算与补偿方法，可以满足五坐标机床A轴和B 轴在任意±90°内摆角定位精度的自动化测量和多点误差补偿值的连续计算，测量精度和效率较高。

该专利权利要求1 记载的内容：五坐标数控机床用摆角定位精度测量误差的补偿方法，采用了一种五坐标数控机床用摆角定位精度的测量系统，该测量系统包括球头芯棒、数显千分表和磁力基座，其中球头芯棒安装到机床主轴上，数显千分表安装到磁力基座上，磁力基座固定在机床工作台上，数显千分表位于与机床主轴垂直的正向位置上，数显千分表的测量头贴紧机床主轴，数显千分表连接到计算机终端，其特征在于基于该测量系统的误差补偿方法。测量包括四个步骤：(www.xing528.com)

（1）获取测量参数，按设定好的摆角行程和摆角间隔将测量过程分为若干运动单元，每个运动单元包括机床主轴的A/B 轴摆角运动、X/Y 轴的补偿运动、Z轴的补偿运动，并计算机床主轴的运动轨迹；

（2）根据机床主轴的运动轨迹及各运动单元中A/B 轴摆角、X/Y 轴坐标值及Z 轴坐标值，通过软件自动生成G 代码的NC 测量程序；

（3）开始摆角测量工作，将数显千分表显示的测量数据通过串口数据线传入相连的计算机终端中，在数控机床上运行上述G 代码的NC 测量程序，同时打开测量系统的测量功能，测量系统在每个运动单元结束时并经分析和过滤后读出球头芯棒球心的偏移值，该数据精确到微米级；

（4）测量完成后，在测量系统中根据每个测量点测量出的球头芯棒球心的偏移值计算相应测量点的误差值，得到的误差值输入机床进行误差补偿。

沈阳飞机工业（集团）有限公司由于其企业及产品特性，涉及较多特定材料，并且对产品的加工精度有极高要求。公司依据产品加工的特定需求自主研发相关技术，并且成为其在数控机床领域的核心技术，形成自主知识产权。“五坐标数控机床摆角快速测量系统及误差补偿方法”就是公司为提高数控机床测量精度而研发，并形成自主知识产权的代表性专利之一。目前，沈阳飞机工业（集团）有限公司在高档数控机床领域已提交了近200 件专利申请，形成了以高加工精度及复合材料加工为核心的专利布局。