[发明专利]一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床设计技术领域，尤其涉及一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法。

背景技术

随着加工精度要求和工件复杂度提升，五轴数控机床在制造业中所占的比例越来越大。机床的加工精度对工件质量影响极大，它是衡量一个机床的重要标准。几何误差重复性好，在长时间内稳定不变，所以很容易实现几何误差的补偿，来提高机床的加工精度。

数控机床几何误差模型是几何误差补偿的基础，这些模型都可以用来预测和补偿机床的几何误差，然而前提就是模型中的各个几何误差项需要测量辨识得到。三轴机床的21项几何误差的辨识方法已经比较成熟，对于五轴数控机床的旋转轴误差的测量国内外也出现了很多方法和装置，装置主要有3D探头，球杆仪，R-test，其中以球杆仪最为普遍使用。国内外学者基于球杆仪测量提出了很多辨识方法。

(1)Zagarbashi S.H.H.和Mayer J.R.R.提出了基于球杆仪的五种测试阶段来辨识机床A轴的几何误差，该方法只需A轴单独旋转运动。(参见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)。但是该方法只辨识得到A轴的5项几何误差，无法得到所有的误差项。另外该方法与机床

(2)Kwang-II Lee等人使用球杆仪针对C轴提出了五种测试路径，并将C轴几何误差项参数化表示来辨识得到几何误差项。(参见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)。但是该方法对于C轴容易，不适合于其他类型旋转轴。

(3)何改云等人提出了一种五轴机床误差检测方法，该方法通过机床五轴联动实现特殊的运动曲线，并与误差模型结合来辨识旋转轴误差。(参见何改云、郭龙真、刘欣、刘佩佩，一种双转台结构的五轴加工中心精度检测方法，2013年，公开号为CN102944197A)。但是该方法与机床结构以及机床误差模型有关，并不适合于所有类型的五轴机床。

三轴数控机床21项几何误差的辨识方法有基于激光干涉仪的9线法，12线法，21线法，体对角线分步法等，其中9线法测量线数少，测量方便，系统性好，且无原理误差，适合不同的三轴数控机床。旋转轴测量方法中没有如9线法这种测量方便，与机床误差模型无关的适合于不同旋转轴的辨识方法。

目前的检测方法多与机床误差模型有关，同时一般仅适用于某种具体的旋转轴的辨识，不具有通用性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法，结合球杆仪测量特点来实现旋转轴几何误差辨识。该发明不仅适合于不同类型的旋转轴，而且测量快速方便，系统性好，无原理性误差。

一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法，包括如下步骤：

步骤1、根据机床旋转轴类型和位置，确定球杆仪的六个测量位置；

步骤2、根据旋转轴几何误差对机床精度影响，并结合六个测量位置处球杆仪方向，得到各个测量位置处球杆仪读数与旋转轴几何误差关系，进而得到旋转轴几何误差辨识矩阵M；

步骤3、利用旋转轴几何误差辨识矩阵M并结合旋转轴各个几何误差定义，得到旋转轴几何误差项辨识公式；

步骤4、对六个测量位置选择合适的坐标来安装球杆仪，运行相应机床代码，得到旋转轴在各个位置处相应的球杆仪读数；

步骤5、将球杆仪读数和测量位置坐标带入旋转轴几何误差辨识公式，得到每个旋转轴所有的10项几何误差；

步骤1中根据机床旋转轴具体类型和位置，确定球杆仪在旋转轴坐标系下的六个测量位置，包括步骤：

步骤1.1、确定机床旋转轴类型：A轴、B轴和C轴，根据机床结构和旋转轴位置设定旋转轴坐标系；

步骤1.2、确定球杆仪在旋转轴坐标系下六个测量位置，包括球杆仪方向以及球杆仪上中心球位置，具体如下: