[實用新型]一種多軸數控機床C軸幾何誤差測量系統

有效

• 申請號: 201720362248.1
• 申請日: 2017-04-09
• 公開（公告）號: CN207164753U
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 范晉偉;鄔昌軍;李中生;陶浩浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本實用新型涉及一種幾何誤差參數辨識測量系統及方法，適用于多軸數控機床旋轉軸 C軸，通過建立理論數學模型與實際測量值的關系，實現幾何誤差參數的識別。

背景技術

在現代制造業中，多軸數控機床能同時調整刀具相對于工件的切削位置和方向。因此，相對于傳統的三軸數控加工，多軸數控機床具有更高的切削效率和加工精度，在航空、航天、能源和國防等領域中加工復雜零件起到一個重要的作用，是提升我國制造水平的技術突破口。

但由于多軸數控機床增加了旋轉軸，其幾何誤差參數顯著增多，且相互存在復雜耦合關系。因此給幾何誤差參數的辨識帶來了較大的困難，同時對誤差辨識方法提出了更高的要求，目前，針對旋轉軸的辨識方法相對較少，且大多數對模型中的誤差參數進行了簡化，忽略了各個誤差參數之間的耦合情況，導致辨識精度下降。因此探索一種較為準確的誤差辨識方法，全面考慮誤差參數的耦合關系，實現多軸數控機床幾何誤差參數的準確辨識是十分必要的。

鑒于多軸數控機床旋轉軸的類似性，又由于C軸是多軸數控機床中一種比較常見的旋轉軸，因此對于C軸的幾何誤差參數的辨識方法的研究具有一定的代表性。

實用新型內容

針對多軸數控機床旋轉軸辨識方法中存在的問題，本實用新型提出了一種基于多體系統理論的多軸數控機床C軸幾何誤差參數辨識方法，本實用新型避免了幾何誤差參數簡化現象和參數間的耦合關系，在對平動軸的誤差已經被補償的基礎上，認為平動軸的運動所形成的軌跡即為理想軌跡，采用多軸聯動，利用多體系統理論，建立不同聯動模式下有幾何誤差的運動方程，從而實現C軸幾何誤差參數的辨識。

一種基于多體系統理論的多軸數控機床C軸幾何誤差參數辨識方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立相鄰兩體運動關系方程

如圖1所示為兩個運動體的相互位置情況，令{r_l}＝{r_x r_y r_z 1}^T表示L體上P_l點相對于L體坐標系的位置陣列，令{P_lh}＝{x_lh y_lh z_lh 1}^T表示P_l點相對于I體坐標系的位置陣列，根據多體系統理論建立兩體運動關系方程，由此可得：

{P_lh}＝[SIL]_p[SIL]_pe[SIL]_s[SIL]_se{r_l} (1)

式中，[SIL]_p為L體相對于I體的相對位置變換矩陣，[SIL]_pe為L體相對于I體的相對位置誤差變換矩陣，[SIL]_s為L體相對于I體的相對運動變換矩陣，[SIL]_se為L體相對于 I體的相對運動誤差變換矩陣。

(2)C軸幾何誤差參數辨識方法分析

C軸幾何誤差參數總共8項，分別為：與位置點有關的跳動誤差(δ_x(C)，δ_y(C)，δ_z(C))、顛擺和偏擺誤差(ε_x(C)，ε_y(C))、滾擺誤差(ε_z(C))和與位置點無關的垂直度誤差(ε_xC，ε_yC)。

如圖2所示，一種多軸數控機床C軸幾何誤差測量系統，該測量系統包括多軸數控機床C軸1、球桿儀2、刀具主軸3、彈簧4、移動配重塊5、調節支撐桿6和底座7；多軸數控機床C軸1為工作臺，球桿儀2的兩端部分別連接多軸數控機床C軸1和刀具主軸3，球桿儀2的端部一連接在工作臺的表面，端部一固定在工作臺的偏心處；球桿儀2的端部二直接連接刀具主軸3，球桿儀2水平布置，刀具主軸3豎直布置；球桿儀2的中間段為伸縮桿，伸縮桿通過與彈簧4與移動配重塊5連接，移動配重塊5安裝在調節支撐桿6上，調節支撐桿6固定在底座7上，彈簧4和移動配重塊5組成球桿儀2的減振結構；移動配重塊5的豎直方向位置由調節支撐桿6的伸縮長度控制。