[发明专利]旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法

说明书

本发明公开了一种旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法，包括S1、根据垂直度误差定义结合旋转轴运动性质分析垂直度误差对旋转轴运动的影响；S2、得到A轴、B轴和C轴垂直度误差；S3、根据不同旋转轴运动性质构建A轴、B轴和C轴的理想指数运动矩阵；S4、根据不同旋转轴垂直度误差分布，采用指数积理论建立A轴、B轴和C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵；S5、根据运动轴误差矩阵、理想运动矩阵和实际运动矩阵之间关系构建不同旋转轴的垂直度误差变换矩阵；S6、将A轴、B轴和C轴的垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵进行比较，得到不同旋转轴的垂直度误差的影响；S7、建立不同旋转轴垂直度误差的误差矢量。

技术领域

本发明属于数控机床的技术领域，具体涉及一种旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法。

背景技术

五轴数控机床已经广泛应用于航天、航空、航海、汽车、国防等各种领域，五轴数控机床高精度制造是衡量一个国家先进制造水平的重要标志。高精度是数控机床发展的趋势之一，旋转轴作为五轴数控机床重要功能部件，旋转轴垂直度误差成为机床几何误差项中重要组成部分之一，是影响机床精度的关键因素之一。在机床误差建模过程中，旋转轴垂直度误差的几何性质使得其难以描述，很大程度上影响了机床综合几何误差模型精度。另外，垂直度误差模型关系到误差测量辨识的精度，同时也影响到后续误差补偿效果。

常用的数控机床几何误差建模方法是基于多体系统理论的齐次变换矩阵(HTM)建模方法。第一种常用方法是将垂直度误差转化为相应旋转轴的线性误差来建立齐次变换矩阵，由于旋转轴运动量为旋转角度，该方法不符合旋转轴运动性质。第二种方法是将垂直度误差模型作为旋转轴转角误差的一部分进行建模，第三种方法是将垂直度误差作为运动轴与位置无关的误差进行处理，建立位置误差矩阵，这两种方法都将垂直度误差作为角度误差处理，不符合垂直度误差的几何定义，也没有反映垂直度误差对机床精度的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法，以解决或改善上述问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法，其包括：

S1、根据垂直度误差定义结合旋转轴运动性质分析垂直度误差对旋转轴运动的影响；

S2、分析旋转轴垂直度误差定义，得到A轴、B轴和C轴垂直度误差；

S3、根据不同旋转轴运动性质构建A轴、B轴和C轴的理想指数运动矩阵；

S4、根据不同旋转轴垂直度误差分布，采用指数积理论建立A轴、B轴和C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵；

S5、根据运动轴误差矩阵、理想运动矩阵和实际运动矩阵之间关系构建不同旋转轴的垂直度误差变换矩阵；

S6、将A轴、B轴和C轴的垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵进行比较，得到不同旋转轴的垂直度误差的影响；

S7、建立不同旋转轴垂直度误差的误差矢量。

优选地，步骤S1中旋转轴运动性质是驱动旋转轴围绕轴本身坐标系中某条坐标轴进行转动，本身坐标系原点位置不发生变化；

垂直度误差对旋转轴运动的影响是偏转旋转轴的转动轴线方向，使得旋转轴围绕另一条由垂直度误差决定的直线旋转。

优选地，步骤S2中分析机床不同旋转轴垂直度误差定义，得到A轴、B轴和C轴的垂直度误差的分布为：