[发明专利]一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法，包括以下步骤：根据机床结构和回转轴位置，确定球杆仪的安装位置，然后单独检测回转轴的与位置无关的几何误差；采用线性轴与回转轴联动的方式，以辨识线性轴的与位置无关的几何误差；结合具体的检测轨迹得到线性轴坐标与回转轴角度位置的关系，利用齐次变化矩阵构建回转轴与线性轴的与位置无关的几何误差辨识矩阵，进而对每一项与位置无关的几何误差进行解耦。通过实验结果与仿真结果的对比，对五轴机床的与位置无关的几何误差进行辨识。本发明的检测步骤只需要安装一次检测设备，测量方便，辨识精度高。

技术领域

本发明涉及多轴数控机床精度检测领域，特别涉及一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法。

技术背景

随着五轴机床在制造业的比重越来越大，机床精度检测的需求也逐渐上升。针对多轴机床的精度检测，出现了球杆仪，激光干涉仪以及R-test等装置。其中，由于成本较低，检测时间短，检测程序简单等优势，球杆仪被视为进行精度检测的理想工具。

目前，同时涉及线性轴与回转轴与位置无关的几何误差的辨识方法相对较少，且大多数辨识精度不高，实验设备安装较为复杂。因此，发明一种简易且较为准确的机床误差辨识方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法，利用球杆仪来实现多轴机床的与位置无关的几何误差辨识。该发明的检测步骤只需要安装一次检测设备，因而极大地提高了检测效率。

一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法，包括如下步骤：

步骤1、根据机床结构和回转轴位置，确定球杆仪的安装位置，然后单独检测回转轴的与位置无关的几何误差。

步骤2、采用线性轴与回转轴联动的方式，以辨识线性轴的与位置无关的几何误差。

步骤3、结合具体的检测轨迹得到线性轴坐标与回转轴角度位置的关系，利用齐次变化矩阵构建回转轴与线性轴的与位置无关的几何误差辨识矩阵，进而对每一项与位置无关的几何误差进行解耦。通过实验结果与仿真结果的对比，对五轴机床的与位置无关的几何误差进行辨识。

步骤1中根据机床结构和回转轴位置，确定球杆仪的安装位置，然后单独检测回转轴的与位置无关的几何误差，包括步骤：

步骤1.1、两个回转轴(A轴与C轴)分四步检测。球杆仪的主轴工具杯位于A轴回转中心上；球杆仪基座安装在C轴转台上，与C轴回转中心距离为100mm。利用相应机床代码，使得A轴在-20°-+70°的范围内进行回转运动，以检测A轴。

步骤1.2、利用加长杆将球杆仪延长50mm，检测A轴。安装150mm球杆仪时，应控制主轴在负X方向上位移，球杆仪基座的位置不变。A轴的回转角度同样为-20°-+70°。球杆仪运动过的轨迹为圆锥曲面的四分之一。

步骤1.3、在没有加长杆的情况下检测C轴。主轴工具杯位于C轴回转中心上，球杆仪基座位置不变。C轴进行0°-360°的回转运动。

步骤1.4、将球杆仪延长50mm，球杆仪基座位置不变，C轴进行0°-360°的回转运动，检测C轴。

进一步地，步骤2中采用线性轴与回转轴联动的方式，以辨识线性轴的与位置无关的几何误差，包括步骤：

步骤2.1、在X轴与C轴测试中，球杆仪基座安装在C轴转台上，距离C轴回转中心100mm。主轴工具杯中心具有与基座工具杯中心相同的高度。两个工具杯之间的距离为150mm，即为带有50mm加长杆的球杆仪长度。运行相应机床代码，使得主轴工具杯仅沿X轴移动，同时C轴进行0°-360°的回转运动。