[发明专利]一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法

说明书

本发明公开了一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法，该方法对三轴数控机床十八项位置无关几何误差进行分离，建立基于形状创成函数的三轴数控机床位置无关几何误差模型，分离各项误差对刀尖点位置误差向量的作用效果，分离出位置无关几何误差中可补偿误差及不可补偿误差，从而为机床概念设计后合理分配机床精度提供理论指导及建议，为机床运行过程中误差调整及补偿提供理论依据，从根本上提高数控机床精度。

技术领域

本发明属于数控机床领域，具体地，涉及一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法。

背景技术

加工质量是评价机床精度是否达到要求的首要指标，现代制造业中具有复杂形状的曲面零件广泛被应用于工业产品中。高精密三轴机床被应用于航空、航天、汽车、医疗领域，三轴机床的加工精度和效率代表了一个国家的数控加工水平及制造智能化程度。

三轴数控机床的几何误差与热误差占到总误差的70％，几何误差是影响机床精度的关键因素，在进给量较小，温度可控的加工条件下，几何误差成为最大的误差源。几何误差可分为与数控指令相关的位置相关几何误差和与数控指令无关的位置无关几何误差。

位置无关几何误差较位置相关几何误差影响较为严重。现有技术中针对位置无关几何误差的常规研究中，主要考虑三个直线轴之间的垂直度(角度)误差，忽略了直线轴之间存在的其他9项位置几何偏差和6项角度偏差。国内外众多学者依据多体系统理论、机构学建模法、微分法等建立了位置相关几何误差预测模型，但是考虑全部位置无关几何误差进行建模的研究较少。为较好的提升机床精度，针对形成于装配过程的全部位置无关几何误差的可否补偿特征进行误差分离是当前亟需解决的关键问题。

为了解决上述制约，本发明提出了一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法。

发明内容

为了解决上述问题，提供一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法。

一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法，所述方法包括以下步骤：

S1：建立三轴数控机床不考虑位置无关几何误差时的形状创成函数模型，即建立无几何误差作用时，刀具端至工件端加工成型点处的函数表达式；

S2：建立三轴数控机床位置无关几何误差模型，即建立有几何误差作用时，刀具端至工件端加工成型点处的函数表达式；

S3：根据矩阵运算性质对三轴数控机床位置无关几何误差模型进行计算，以此将可补偿位置无关几何误差和不可补偿位置无关几何误差进行分离。

优选的，步骤S1的具体方法如下：

将三轴数控机床结构由工作台经各运动轴到刀具，表示为：

K＝T/K₁K₂L L K_n-1K_n-2/S

其中T与S分别表示刀具和主轴，其中K_i表示各运动轴，i为除0以外的自然数，i＝1、2LL n-1、n-2；K_i包括沿移动轴作直线运动的的X轴、Y轴、Z轴，或是绕X、Y、Z轴做旋转运动的A轴、B轴、C轴；用齐次变换矩阵描述三轴数控机床部件之间运动特征及误差传递关系：

刀尖点在刀具坐标系下的位置r_t＝[0 0 0 1]^T；

在不考虑三轴数控机床位置无关几何误差情况下，三轴数控机床构成的多体系统中广义坐标系中，所建立的三轴数控机床形状创成函数模型是：

r_wi＝R(Y/X)R(X/Y)R(Z)R(S)r_t＝[x y z 1]^T；