[發明專利]基于球列實現三軸機床幾何誤差檢測的鑒定方法

在審

• 申請號: 201811229758.7
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109341471A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李杏華;魏煊;高凌妤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B5/004
• 分類號: G01B5/004;G01B5/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及機床幾何誤差測量，為能直接或間接地測量機床幾何誤差，本發明，基于球列實現三軸機床幾何誤差檢測的鑒定方法，(一)在制作好L型球列后，先對其進行標定并得到L型球列上各個小球之間的相對坐標關系；(二)正式測量前，使L型球列的X軸盡量與機床的X軸方向平行，L型球列的Y軸與機床Y軸方向相同，測量出X，Y軸在小球節點處的定位誤差、直線度誤差、俯仰和偏擺角誤差，以及X、Y軸之間的垂直度誤差；(三)測量出在平移前小球節點處的機床X軸的滾轉角誤差；(四)使L型球列的兩軸與機床的X、Z軸方向，Y、Z軸方向平行再通過(二)(三)步驟即可測量出機床剩余誤差項。本發明主要應用于設計制造場合。

技術領域

本發明涉及一種三軸數控機床幾何誤差的辨識方法，主要是基于一維球列實現定位誤差和角度誤差的檢測，以及基于L型球列實現垂直度誤差的檢測。

背景技術

機床的誤差可以定義為“機床按照某種操作規程指令所產生的實際響應與該操作規程所預期產生的響應之間的差異”。在機床的總誤差中，幾何誤差是極為重要的一個因素，在機床加工的工件誤差比例中占比近20％。提高機床的精度的方法一般有兩種，一種是誤差避免，即在機床設計和制造階段消除各種誤差源，但由于現代機床的結構日益復雜，誤差影響因素多，使得高精度的機床制造十分困難，也提高了制造成本。另一種是誤差補償，即通過使用誤差模型預測來消除誤差。目前誤差補償技術已經成為一種能有效提高機床精度并具備經濟效益的方法。

機床誤差檢測領域中，使用較為廣泛的機床誤差檢測儀器有激光干涉儀和球桿儀，由于自身檢測原理上的因素，這些儀器在應用于多軸數控機床的誤差檢測中存在各自的不足：如激光干涉儀調整復雜，一次測量只能獲得一個參數，操作要求高，難以實現自動化、快速化，并且價格昂貴，一般企業不具備；球桿儀無法隨意規劃測量路徑，為旋轉軸誤差辨識的測量步驟設計和理論解耦算法研究增加了難度，且球桿儀以磁力座配合精密球進行接觸式測量，需要在低速下運動以保證測量精度，很難適應快速化趨勢。一維球列適合各軸的直線標定，但對角度誤差檢測不具優勢，而多軸機床各軸之間的相對誤差對加工精度影響非常大。

首次提出基于一維球列實現數控機床誤差檢測的是天津大學精儀學院的張國雄老師，由于在張老師提出的檢測方法中需要對球列進行180°的翻轉，具體實驗過程中要實現180°的精確翻轉有所困難，因此本文在球列法的基礎上對機床誤差檢測提出了一種新思路。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提出一種以L型球列為檢具的誤差測量方法，利用它能直接或間接地測量機床21項幾何誤差。為此，本發明采取的技術方案是，基于球列實現三軸機床幾何誤差檢測的鑒定方法，δ表示平移運動誤差、ε表示轉角運動誤差，下標表示平移誤差的作用方向或轉角誤差轉動軸的方向，括號內的字母表示平移的方向，機床的21項幾何運動誤差：

1)沿X、Y、Z軸的定位誤差：δ_x(x),δ_y(y),δ_z(z)

2)6個直線度誤差：δ_y(x),δ_z(x),δ_x(y),δ_z(y),δ_x(z),δ_y(z)

3)3個滾轉角誤差：ε_x(x),ε_y(y),ε_z(z)

4)3個的俯仰誤差和3個偏擺誤差：ε_y(x),ε_z(x),ε_x(y),ε_z(y),ε_x(z),ε_y(z)

5)3個垂直度誤差：

將陶瓷球通過連接桿安裝在L型基座上，安裝后通過多次擺放測量機床的21項幾何誤差，具體步驟如下：