[发明专利]五轴数控机床双旋转轴几何误差敏感度分析方法

说明书

本发明提出了一种五轴数控机床双旋转轴几何误差敏感度分析方法，包括以下步骤：首先基于多体系统理论和齐次变换矩阵构建双旋转轴几何误差的数学模型，然后利用蒙特卡罗方法进行误差参数采样，对数控机床双旋转轴的几何误差进行敏感度分析；最后基于双旋转轴特定转角的位置对误差参数进行敏感度分析，通过设置五组特定转角的位置，计算双旋转轴在此位置的各项几何误差的一阶敏感度和全局敏感度；通过Sobol敏感度分析方法可以识别双旋转轴20项几何误差中的关键几何误差，完成五轴数控机床双旋转轴几何误差的辨识。本发明的检测步骤简洁，测量方便，辨识精度高。

技术领域

本发明属于数控机床误差检测技术领域，特别涉及一种基于敏感度分析的五轴数控机床双旋转轴几何误差辨识方法。

技术背景

五轴数控机床相对于三轴数控机床具备加工复杂零件的能力，其原因是五轴数控机床较三轴数控机床增加了两个旋转轴。五轴数控机床进行加工时，生成的刀具路径比传统的三轴机床加工具有更大的灵活性。但是旋转轴在加工时引入了自身误差元素，其中几何误差对总误差的影响极大，在很大程度上影响了机床的加工精度。

几何误差通常被认为是由于它们的特性而产生的准静态误差，占机床总误差的一半以上，所以研究旋转轴的几何误差对于提高五轴数控机床精度至关重要。旋转轴各项几何误差相互耦合，一般方法对双旋转轴几何误差快速辨识较难，因此提出一种可以快速、简易地辨识五轴数控机床双旋转轴几何误差的方法对提升机床加工精度非常重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于敏感度分析的五轴数控机床双旋转轴几何误差辨识方法，利用多体系统理论和齐次变换矩阵对机床旋转轴A轴、C轴的各项几何误差进行Sobol敏感度分析。该发明可以简便并准确的对几何误差进行辨识，得出各误差元素对总误差的影响程度，进而通过控制关键几何误差提高加工质量。具体步骤如下：

步骤1、利用多体系统理论和齐次变换矩阵进行几何误差建模，具体步骤如下：

步骤1.1、基于数控机床部件的拓扑结构关系对数控机床设置参考坐标系和局部坐标系，将Y轴局部坐标系设置为与参考坐标系重合。

步骤1.2、对数控机床双旋转轴的几何误差进行辨识，包括12项与位置有关的几何误差(Position-Dependent Geometric Errors，PDGEs)和8项与位置无关的几何误差(Position- Independent Geometric Errors，PIGEs)。

步骤1.3、利用齐次变换矩阵构建误差变换矩阵。

A轴实际回转中心线在Y轴方向的位置误差E_YOA是A轴轴线在Y方向上的偏差量，D_YOA是误差变换矩阵：

A轴实际回转中心线在Z轴方向的位置误差E_ZOA是A轴轴线在Z方向上的偏差量，D_ZOA是误差变换矩阵：

A轴实际回转中心线在XOZ平面的投影与X轴的夹角E_BOA是A轴轴线绕Y轴的平行度误差，T_B0A是误差变换矩阵：

A轴实际回转中心线在XOY平面的投影与X轴的夹角E_COA是A轴轴线绕Z轴的平行度误差，T_C0A是误差变换矩阵：

其中，D_YOA、D_ZOA、T_B0A、T_C0A是A轴的4项PIGEs误差变换矩阵。