[发明专利]一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法

说明书

本发明公开了一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法，属于机床检测领域。包括S1、建立机床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。本发明以机床垂直度误差模型和垂直度辨识方程为理论依据，利用激光干涉仪对机床空间内三条联动轨迹线的定位精度进行测量，能够快速准确的求解出大型龙门数控机床的垂直度误差，并通过悬垂度定义来对机床垂直度产生的影响进行评估并指导补偿作业。

技术领域

本发明涉及一种垂直度误差辨识方法，具体涉及一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法。

背景技术

龙门类数控机床具有加工行程长、龙门跨度大等优点，仅驱动刀具运动链而无需移动工件便可以实现复杂轨迹的数控加工，非常适合飞机大型零部件轮廓加工及制孔。然而，受到长行程、大跨度、高负载等因素作用，龙门机床主要支撑部件容易磨损、横梁易在重力作用下变形，从而导致机床各部件之间的位置关系发生变化，最终严重影响了机床加工精度。机床的垂直度误差一般比偏摆误差和俯仰误差大很多，且随机床运动轴行程的增加对空间定位误差的影响也越大，是影响加工精度最严重的误差源之一。

在过去几十年，大量机床几何误差建模及测量方法的研究，都对垂直度误差变换矩阵的推导进行了简化，认为机床的垂直度误差是与平动轴位置无关的静态量，并通过大理石方尺等工具进行局部测量来评估机床在整个加工行程的垂直度误差。在机床加工精度要求较低时，这种局部测量和简化处理有助于提升误差检测和模型计算的效率，对误差辨识和补偿有重要的借鉴意义。然而，新一代飞机结构件制造精度要求越来越高，对龙门类数控机床加工精度提出了更为苛刻的要求，精确的误差建模与快速的辨识方法成为提升龙门机床加工精度的基础。

现有技术中，专利CN106959667公开了一种机床平动轴垂直度误差建模方法，该方法旨在提高建模的精确度，未考虑大型龙门数控机床平动轴的轴间垂直度在不同位置时状态的差异性，并且不涉及具体应用；专利CN10553803公开了一种机床平动轴几何误差辨识方法，该方法应用激光干涉仪检测13条多节点轨迹线在每个节点上理想位置和实际位置的差值，通过建立误差模型和方程组辨识出平动轴的各项几何误差，该方法旨在辨识机床平动轴的全局误差，对于单独辨识机床平动轴之间的垂直度误差该方法效率较低，辨识机床整个运动空间内的轴间垂直度误差需要进行多次测量且辨识方程的解析较为复杂。

在近期研究中，无论是通过有限元分析龙门类机床横梁的受载变形，还是在实际运行条件检测横梁、滑枕的关键部件的几何误差及位置配合关系，都发现龙门类机床的垂直度误差是跟随进给轴位置不断变化的动态量。因而，过去几十年一直沿用的垂直度误差静态建模和方尺局部测量难以满足当下龙门机床高精度建模与测量的需求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中垂直度误差静态建模和方尺局部测量难以满足当下龙门机床高精度建模与测量需求的问题，提出了一种操作简单、适用范围大、辨识速度快、辨识精度高的机床平动轴垂直度误差辨识方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种龙门数控机床平动轴垂直度误差辨识方法，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。

进一步地，数控机床包含垂直度误差的空间定位误差建模方法包括：