[發(fā)明專利]一種基于球桿儀測(cè)量的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差六圈辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410542329.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN104308657A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅建中;付國(guó)強(qiáng);賀永;賴金濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/00
• 分類號(hào): B23Q17/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于球桿儀測(cè)量的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差六圈辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

隨著加工精度要求和工件復(fù)雜度提升，五軸數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中所占的比例越來越大。機(jī)床的加工精度對(duì)工件質(zhì)量影響極大，它是衡量一個(gè)機(jī)床的重要標(biāo)準(zhǔn)。幾何誤差重復(fù)性好，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變，所以很容易實(shí)現(xiàn)幾何誤差的補(bǔ)償，來提高機(jī)床的加工精度。

數(shù)控機(jī)床幾何誤差模型是幾何誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，這些模型都可以用來預(yù)測(cè)和補(bǔ)償機(jī)床的幾何誤差，然而前提就是模型中的各個(gè)幾何誤差項(xiàng)需要測(cè)量辨識(shí)得到。三軸機(jī)床的21項(xiàng)幾何誤差的辨識(shí)方法已經(jīng)比較成熟，對(duì)于五軸數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸誤差的測(cè)量國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了很多方法和裝置，裝置主要有3D探頭，球桿儀，R-test，其中以球桿儀最為普遍使用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于球桿儀測(cè)量提出了很多辨識(shí)方法。

(1)Zagarbashi?S.H.H.和Mayer?J.R.R.提出了基于球桿儀的五種測(cè)試階段來辨識(shí)機(jī)床A軸的幾何誤差，該方法只需A軸單獨(dú)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(參見Zargarbashi?SHH,Mayer?JRR(2006)Assessment?of?machine?tool?trunnion?axis?motion?error,using?magnetic?double?ball?bar,International?Journal?of?Machine?Tools?and?Manufacture?46(14):1823-1834)。但是該方法只辨識(shí)得到A軸的5項(xiàng)幾何誤差，無法得到所有的誤差項(xiàng)。另外該方法與機(jī)床

(2)Kwang-II?Lee等人使用球桿儀針對(duì)C軸提出了五種測(cè)試路徑，并將C軸幾何誤差項(xiàng)參數(shù)化表示來辨識(shí)得到幾何誤差項(xiàng)。(參見Lee?KI,Lee?DM,Yang?SH(2012)Parametric?modeling?and?estimation?of?geometric?errors?for?a?rotary?axis?using?double?ball-bar.International?Journal?of?Advanced?Manufacturing?Technology?62(5-8):741-750)。但是該方法對(duì)于C軸容易，不適合于其他類型旋轉(zhuǎn)軸。

(3)何改云等人提出了一種五軸機(jī)床誤差檢測(cè)方法，該方法通過機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)特殊的運(yùn)動(dòng)曲線，并與誤差模型結(jié)合來辨識(shí)旋轉(zhuǎn)軸誤差。(參見何改云、郭龍真、劉欣、劉佩佩，一種雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的五軸加工中心精度檢測(cè)方法，2013年，公開號(hào)為CN102944197A)。但是該方法與機(jī)床結(jié)構(gòu)以及機(jī)床誤差模型有關(guān)，并不適合于所有類型的五軸機(jī)床。

三軸數(shù)控機(jī)床21項(xiàng)幾何誤差的辨識(shí)方法有基于激光干涉儀的9線法，12線法，21線法，體對(duì)角線分步法等，其中9線法測(cè)量線數(shù)少，測(cè)量方便，系統(tǒng)性好，且無原理誤差，適合不同的三軸數(shù)控機(jī)床。旋轉(zhuǎn)軸測(cè)量方法中沒有如9線法這種測(cè)量方便，與機(jī)床誤差模型無關(guān)的適合于不同旋轉(zhuǎn)軸的辨識(shí)方法。

目前的檢測(cè)方法多與機(jī)床誤差模型有關(guān)，同時(shí)一般僅適用于某種具體的旋轉(zhuǎn)軸的辨識(shí)，不具有通用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于球桿儀測(cè)量的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差六圈辨識(shí)方法，結(jié)合球桿儀測(cè)量特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差辨識(shí)。該發(fā)明不僅適合于不同類型的旋轉(zhuǎn)軸，而且測(cè)量快速方便，系統(tǒng)性好，無原理性誤差。

一種基于球桿儀測(cè)量的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差六圈辨識(shí)方法，包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸類型和位置，確定球桿儀的六個(gè)測(cè)量位置；

步驟2、根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響，并結(jié)合六個(gè)測(cè)量位置處球桿儀方向，得到各個(gè)測(cè)量位置處球桿儀讀數(shù)與旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差關(guān)系，進(jìn)而得到旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差辨識(shí)矩陣M；

步驟3、利用旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差辨識(shí)矩陣M并結(jié)合旋轉(zhuǎn)軸各個(gè)幾何誤差定義，得到旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差項(xiàng)辨識(shí)公式；

步驟4、對(duì)六個(gè)測(cè)量位置選擇合適的坐標(biāo)來安裝球桿儀，運(yùn)行相應(yīng)機(jī)床代碼，得到旋轉(zhuǎn)軸在各個(gè)位置處相應(yīng)的球桿儀讀數(shù)；

步驟5、將球桿儀讀數(shù)和測(cè)量位置坐標(biāo)帶入旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差辨識(shí)公式，得到每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸所有的10項(xiàng)幾何誤差；

步驟1中根據(jù)機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸具體類型和位置，確定球桿儀在旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系下的六個(gè)測(cè)量位置，包括步驟：

步驟1.1、確定機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸類型：A軸、B軸和C軸，根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系；

步驟1.2、確定球桿儀在旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系下六個(gè)測(cè)量位置，包括球桿儀方向以及球桿儀上中心球位置，具體如下: