[发明专利]双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置

说明书

本发明提出了一种双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置，属于机床误差检测领域。使用变角度“S”形试件解决了双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦的问题。包括如下步骤：1)开机10分钟后用测头测定变角度“S”形试件上、下导线测量点的坐标值；2)在开机0.5小时后隔半小时测量一次机床温度，共测量4次以测得机床温度稳定变化区间；3)在机床温度稳定变化时测定上、下导线测量点坐标值；4)由测量点计算得到试件弧线处对应圆心坐标；5)将圆心坐标代入机床几何误差模型得到几何误差值，再将理论圆心坐标与实际圆心坐标比较得到综合误差值；6)将求得的综合误差值及几何误差值代入综合误差解耦分离模型中求得机床的热误差值。

技术领域

本发明涉及机床误差检测领域，尤其涉及五轴数控机床几何误差和热误差解耦方法及测量装置。

背景技术

随着加工技术的不断革新，五轴数控机床在复杂零件加工方面的应用日益广泛。五轴数控机床在零件加工方面存在诸多误差，这些误差主要可分为:热误差、几何误差、动态切削力误差以及伺服控制误差等。几何误差以及热误差在若干误差中对机床加工精度的影响较大，其中几何误差主要由机床零部件制造、装配过程中产生的误差引起。机床的几何误差项繁多，对机床几何误差的研究目前主要是集中于对其进行建模、测量辨识等方面。热误差主要是由机床零部件在运行过程中产生的热变形、机床在切削过程中产生的切削热引起。

对于机床几何误差的测量一般分为直接测量方法和间接测量方法。直接测量方法一般运用到一些测量设备，如激光干涉仪。间接测量方法可以利用试件进行间接的几何误差辨识，也可基于激光追踪干涉仪、球杆仪进行误差测量。对机床热误差的解耦分析，一般都是先建立机床热误差模型，但是模型的精度将直接影响机床热误差的解耦精度。目前，利用试件对机床热误差进行间接测量解耦的研究较少。

因此，提出一种基于变角度的“S”形试件的双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置，可以通过对“S”形试件的间接测量快速地得到机床旋转轴的几何误差，再由综合误差解耦模型进一步得到机床的热误差，从而完成机床旋转轴几何误差与热误差的解耦。

发明内容

本发明的目的是在于提供双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置。利用对“S”形试件的间接测量，快速地解耦得到双摆台五轴机床旋转轴的几何误差与热误差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置，首先，测量得到一个稳定的机床温度变化区间，在此变化区间内机床的加工误差将保持稳定；其次，在机床温度稳定变化时，利用红宝石测头对“S”形试件坐标点进行测量，取得测量点数据；然后选择测量点，按照“三点确定圆心”取得“S”形试件弧线处对应的圆心坐标；再次，建立机床几何误差解耦分离模型，将圆心坐标点代入机床几何误差解耦模型计算得到几何误差值；再将理论圆心坐标点与实际圆心坐标点相减计算得到综合误差值；最后，建立综合误差解耦分离模型，将求得的综合误差值以及几何误差值代入至机床综合误差解耦模型中求得机床的热误差值。

双摆台五轴机床旋转轴几何误差和热误差解耦方法及测量装置，包括以下步骤：

步骤1.开启机床，立即测定“S”形试件上、下导线所有坐标点的坐标值；

机床启动10分钟后，立即展开对试件坐标点的测量并进行记录，此时机床运转产生的热对整体综合误差的影响较小，几何误差占比相对较大。

步骤2.在旋转轴A、C旋转不同角度的情况下测定“S”形试件上、下导线中所有坐标点；

“S”形试件共有上、下两条导线，根据“S”形试件相关标准上、下导线各自分布着50个测量点并且标准中已规定了上、下导线中共100个测量点的具体坐标位置，在旋转轴A分别旋转0°、30°、60°、90°，旋转轴C分别旋转0°、30°、60°、90°的情况下根据标准对“S”形试件进行上、下导线共100个测量点进行在机测量。