[发明专利]机床平动轴几何误差辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械仪器设计领域及机床检测领域，尤其是涉及一种机床平动轴几何误差辨识方法。

背景技术

随着我国航空航天和汽车制造业的迅速发展，多轴联动数控机床广泛应用于各种复杂零件的加工。多轴数控机床应用于复杂零件加工时，在其几何精度保证方面主要有两个热点问题：(1)为满足复杂零部件的加工精度要求，必须确保所采用多轴数控机床具有足够的初始几何精度。(2)当多轴数控机床应用于零件的加工后，随着时间的推移，机床的精度有所下降。为此，必须定期对机床进行误差检测和补偿，以保证机床加工精度维持在较为稳定的水平。

无论是评价机床的初始精度，还是定期对机床精度进行检测和补偿，几何误差检测都至关重要，其核心问题是误差检测工具和相应的辨识方法。机床几何误差的获取方法包括：直接测量和间接辨识两种途径。在直接测量方法中，一般采用激光干涉仪检测平动轴定位误差，运用电子水平仪检测平动轴角度误差，运用激光干涉仪和多种棱镜组合检测直线度误差和垂直度误差。美国API公司也研发了能够一次检测出平动轴6项误差的6D激光干涉仪。虽然通过多种检测设备的组合使用进行平动轴几何误差直接检测，能够获得平动轴的各项几何误差，但通常情况下电子水平仪无法检测平动轴绕竖直方向的转动误差，激光干涉仪与棱镜组合检测直线度和垂直度误差时，需要多次精准调整光学仪器的位姿，对工程师的工程经验依赖很大，且调节过程耗时。6D激光干涉仪虽然能实现单次调试检测多项几何误差，但是使用6D激光干涉仪时通常需要同时调节6路激光，调节难度很大，一般工况的机床难于在大工作行程内6路激光同时满足检测要求，且该种仪器的成本很高。

相对于直接测量，间接辨识的方法可基于某一种检测仪器获取平动轴的几何误差，成本较低，但辨识精度依赖于所采用的辨识方法。目前，针对多轴数控机床平动轴的误差检测和辨识，应用最多的仪器就是激光干涉仪。基于激光干涉仪国内外的学者提出了很多的误差辨识方法，如22线法，14线法，12线法，9线法等等。22线法需要复杂的遍历或者迭代计算，实现起来比较繁琐且难度较大；14线法有中“平动轴的直线度误差的和为零”的假设条件使得该方法缺乏一定通用性。12线法和9线法中平动轴定位误差的检测忽略了相应角度误差的影响，此外应用9线法检测时需要激光干涉仪和棱镜多次组合安装，调节比较耗时。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种机床平动轴几何误差辨识方法，所述方法具有检测成本低，检测过程用时少和辨识精度高的优点。

根据本发明的机床平动轴几何误差辨识方法，所述方法包括：在机床平动轴运动行程所构成的工作空间内确定13条联动轨迹线且每条联动轨迹线上均具有多个节点，运行机床使主轴分别沿13条所述联动轨迹线移动并记录节点处的理想行程和实际行程；进行平动轴几何误差建模并根据每个节点处的理想行程和实际行程计算机床平动轴的几何误差。

根据本发明的机床平动轴几何误差辨识方法，通过检测数控机床平动轴联动轨迹线的定位精度，实现获取平动轴几何误差的高精度辨识算法。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：将反射镜通过磁性座安装在机床主轴端面上，安装激光干涉仪和干涉镜，调节激光光路并通过数控单元控制机床沿联动轨迹线轴运动，运动过程中每到一个节点时，机床运动单元停止预定时间等待激光干涉仪采集数据。

在本发明的一些实施例中，以机床平动轴运动行程构成的长方体工作空间中的顶点A为原点且经过顶点A的三边分别为X轴、Y轴和Z轴建立坐标系，分别沿X轴、Y轴和Z轴将所述工作空间n等分并在交点处形成节点，以将所述工作空间离散处理形成(n+1)³个节点。

在本发明的一些实施例中，每条所述联动轨迹线均包括n+1个节点，所述联动轨迹线包括：所述工作空间上共顶点A的三个表面上平行X轴的三条边构成的三条X轴轨迹线L1、L2、L3；所述工作空间上共顶点A的三个表面上平行Y轴的三条边构成的三条Y轴轨迹线L4、L5、L6；所述工作空间上共顶点A的三个表面上平行Z轴的三条边构成的三条Z轴轨迹线L7、L8、L9；所述工作空间上共顶点A的三个表面上位于X-Y平面上的对角线构成的X、Y轴联动轨迹线L10；所述工作空间上共顶点A的三个表面上位于X-Z平面上的对角线构成的X、Z轴联动轨迹线L11；所述工作空间上共顶点A的三个表面上位于Y-Z平面上的对角线构成的Y、Z轴联动轨迹线L12；所述工作空间上经过顶点A的对角线构成的X、Y、Z轴联动轨迹线L13。