[发明专利]一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法

权利要求书

1.一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据机床几何结构特点，建立包含垂直度误差的空间定位误差模型；

S2、通过激光干涉仪测量机床三条联动轨迹线的定位误差；

S3、通过测量不同组合的两轴联动轨迹定位精度构建辨识方程，并求解出机床的垂直度误差；

S4、将垂直度误差沿运动轴方向的累积作用定义为悬垂度，以此对机床精度进行评价和补偿；

所述空间定位误差模型的建模方法包括：

将{O-XYZ}设定为机床X、Y、Z平动轴在理想状态组成的正交坐标系，{O-X′Y′Z′}设定为平动轴在实际状态下所组成的坐标系，其中X轴的实际位置与理想位置重合，Y、Z轴的实际位置与理想位置均不同；将θ_XY设定为实际状态下机床X轴与Y轴的夹角，θ_XZ设定为在实际状态下X轴与Z轴在垂直于理想Y轴平面内的夹角，θ_YZ设定为在实际状态下Y轴与Z轴在垂直于X轴平面内的夹角；则机床X、Y、Z轴在实际状态下相互间的垂直度误差可表示为：

s_XY＝90°-θ_XY,s_XZ＝90°-θ_XZ,s_YZ＝90°-θ_YZ；

上述各项垂直度误差对应的齐次坐标表达为：

步骤S3具体包括：

S31、定义联动轨迹分别为L_XY，L_XZ，L_YZ，计算出联动轨迹L_XY，L_XZ，L_YZ与各坐标轴的夹角如下：

α_X＝arctan(y/x)，α_Y＝arctan(x/y)；

β_X＝arctan(z/x)，β_Z＝arctan(x/z)；

γ_Y＝arctan(z/y)，γ_Z＝arctan(y/z)；

S32、将两轴联动轨迹在L_XY，L_XZ，L_YZ方向的定位误差分别向坐标轴投影，设定两轴联动轨迹L_XY，L_XZ，L_YZ的定位误差分别为δ(L_XY)_i，δ(L_XZ)_i，δ(L_YZ)_i，三条联动轨迹可建立六个辨识方程如下：

(A)联动轨迹定位误差在X、Y方向的定位误差：

δ(L_XY)_icos(α_X)＝-s_XY(y_i)y_i； (1)

δ(L_XY)_icos(α_Y)＝0； (2)

(B)联动轨迹定位误差在X、Z方向的定位误差：

δ(L_XZ)_icos(β_X)＝s_XZ(z_i)L+s_XZ(z_i)z_i； (3)

δ(L_XZ)_icos(β_Z)＝0； (4)

(C)联动轨迹定位误差在Y、Z方向的定位误差：

δ(L_YZ)_icos(γ_Y)＝s_YZ(z_i)L-s_YZ(z_i)z_i； (5)

δ(L_YZ)_icos(γ_Z)＝0； (6)

S33、根据投影方程(1)-(6)中的有效方程(1)、(3)和(5)计算得出轴间垂直度误差：

s_XY(y_i)＝-δ(L_XY)_icos(α_X)/y_i；

s_XZ(z_i)＝δ(L_XZ)_icos(β_X)/(L+z_i)；

s_YZ(z_i)＝δ(L_YZ)_icos(γ_Y)/(L-z_i)。