A New 3D Artefact For Five-Axis Machine Tool Coordinate Measuring Performance

he aim of this research is to develop a 3D artefact to evaluate the performance of a five axis machine tool for coordinate metrology. Five-axis machine tools are normally used for machining various industrial components with complex geometry to provide tight tolerances while achieving high productivity. However, they are increasingly used for on-machine probing to measure the machined work pieces. Evaluation of the machine tool metrological capability when using a touch trigger probe requires a 3D calibrated artefact that provides various probing directions accessibility. For many machine tools, this means that the artefact maybe re-oriented relative to local gravity. As a result, the artefact deflection under varying gravitational loading is measured. A hemispherical artefact, integrating several precise balls, is designed and fabricated of Invar, a thermo-invariant material, to reduce thermally induced deformations. The effect of changing gravity direction and clamping on the balls coordinates are quantified by probing the artefact on a coordinate measuring machine. A compliance model is proposed to correct the effect of gravity. The artefact is used to evaluate the coordinate metrology performance of a wCBXfZYt topology horizontal machine tool in five-axis mode.

Résumé

Le but de cette recherche est de concevoir, fabriquer et tester un artefact 3D optimisé pour estimer la performance des machines-outils à cinq axes lors de leur application en tant que machine de mesure de coordonnées. Les machines-outils à cinq axes sont normalement utilisées pour usiner divers composants industriels et elles sont de plus en plus utilisées pour mesurer directement les brutes lors du montage et les pièces usinées. L'évaluation de la capacité métrologique de la machine-outil à l'aide d'une sonde à déclenchement par effleurement nécessite un artefact calibré en 3D qui offre aux sondes diverses possibilités d'accès. Sur la base de la configuration de la table de machine-outil, la flèche de l'artefact sous charge gravitationnelle variable doit être estimée. Un artefact hémisphérique, baptisé artefact dôme, qui contient plusieurs billes de précision tout autour d'une structure en Invar est proposée. L'effet de la modification de la direction de la gravité sur les coordonnées de ses billes est quantifié et en partie corrigée. Finalement, l'artefact est utilisé pour évaluer la performance en métrologie des coordonnées d'une machine-outil horizontale de topologie wCBXfZYt en mode à cinq axes.