[发明专利]一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法

说明书

为了克服现有五轴数控机床几何误差补偿模型不能使用于任意结构五轴数控机床的缺点，本发明提出一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法，特别针对旋转轴非正交的五轴数控机床。该方法首先单独考虑刀轴矢量通过求解Paden‑Kahan子问题2’得到转动轴的补偿运动指令；接着，单独考虑刀位点，通过求解平动轴的增量运动指令间接得到平动轴的补偿运动指令。本发明提出的几何误差补偿方法可以适用于任意结构的五轴数控机床，特别对于旋转轴非正交的五轴机床。同时，本发明为各个运动轴的补偿运动指令提供统一的明确的解析表达式。

技术领域

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法，特别针对旋转轴非正交的五轴数控机床。

背景技术

文献1“S.Ding,X.D.Huang,C.J.Yu,W.Wang,Actual inverse kinematics forposition-independent and position-dependent geometric error compensation offive-axis machine tools,International Journal of Machine Tools andManufacture 111(2016)55-62.”公开了一种通过建立五轴数控机床实际逆向运动学模型来补偿数控机床与位置无关 (PIGEs)和与位置相关(PDGEs)几何误差的方法。该方法使用齐次变换矩阵(HTM) 来构建数控机床的几何误差模型，并利用HTM的可逆性和旋转不变性求得各个运动轴的补偿运动指令。但该方法只适用于旋转轴正交的五轴数控机床，不能用来对旋转轴非正交五轴数控机床的几何误差进行补偿。

文献2“X.D.Zhou,Z.X.Jiang,B.Song,X.Q.Tang,S.Q.Zheng,A compensationmethod for the geometric errors of five-axis machine tools based on thetopology relation between axes,International Journal of Machine Tools andManufacture 88(2017)1993-2007.”公开了一种解耦的迭代方法来补偿五轴数控机床的PIGEs和 PDGEs。该方法根据机床运动轴在机床运动链中的拓扑结构关系依次求得转动轴和平动轴的补偿运动指令。但该方法只适用于旋转轴正交的五轴数控机床，不能用来对旋转轴非正交的五轴数控机床的几何误差进行补偿。

以上文献的典型特点是：建立的数控机床几何误差补偿模型不具备通用性，只能适用于旋转轴正交的五轴数控机床，不能适用于旋转轴非正交的五轴数控机床。另外，针对特定机床结构建立的几何误差补偿模型不能直接应用于其他结构的五轴数控机床，误差补偿公式冗长繁琐。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有五轴数控机床几何误差补偿模型不能使用于任意结构五轴数控机床的缺点，本发明提出一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法，特别针对旋转轴非正交的五轴数控机床。

技术方案

一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过求解Paden-Kahan子问题2’得到旋转轴的补偿运动指令

旋转轴的补偿运动指令计算如下：