[实用新型]一种多轴数控机床C轴几何误差测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种几何误差参数辨识测量系统及方法，适用于多轴数控机床旋转轴 C轴，通过建立理论数学模型与实际测量值的关系，实现几何误差参数的识别。

背景技术

在现代制造业中，多轴数控机床能同时调整刀具相对于工件的切削位置和方向。因此，相对于传统的三轴数控加工，多轴数控机床具有更高的切削效率和加工精度，在航空、航天、能源和国防等领域中加工复杂零件起到一个重要的作用，是提升我国制造水平的技术突破口。

但由于多轴数控机床增加了旋转轴，其几何误差参数显著增多，且相互存在复杂耦合关系。因此给几何误差参数的辨识带来了较大的困难，同时对误差辨识方法提出了更高的要求，目前，针对旋转轴的辨识方法相对较少，且大多数对模型中的误差参数进行了简化，忽略了各个误差参数之间的耦合情况，导致辨识精度下降。因此探索一种较为准确的误差辨识方法，全面考虑误差参数的耦合关系，实现多轴数控机床几何误差参数的准确辨识是十分必要的。

鉴于多轴数控机床旋转轴的类似性，又由于C轴是多轴数控机床中一种比较常见的旋转轴，因此对于C轴的几何误差参数的辨识方法的研究具有一定的代表性。

实用新型内容

针对多轴数控机床旋转轴辨识方法中存在的问题，本实用新型提出了一种基于多体系统理论的多轴数控机床C轴几何误差参数辨识方法，本实用新型避免了几何误差参数简化现象和参数间的耦合关系，在对平动轴的误差已经被补偿的基础上，认为平动轴的运动所形成的轨迹即为理想轨迹，采用多轴联动，利用多体系统理论，建立不同联动模式下有几何误差的运动方程，从而实现C轴几何误差参数的辨识。

一种基于多体系统理论的多轴数控机床C轴几何误差参数辨识方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立相邻两体运动关系方程

如图1所示为两个运动体的相互位置情况，令{r_l}＝{r_x r_y r_z 1}^T表示L体上P_l点相对于L体坐标系的位置阵列，令{P_lh}＝{x_lh y_lh z_lh 1}^T表示P_l点相对于I体坐标系的位置阵列，根据多体系统理论建立两体运动关系方程，由此可得：

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

式中，[SIL]_p为L体相对于I体的相对位置变换矩阵，[SIL]_pe为L体相对于I体的相对位置误差变换矩阵，[SIL]_s为L体相对于I体的相对运动变换矩阵，[SIL]_se为L体相对于 I体的相对运动误差变换矩阵。

(2)C轴几何误差参数辨识方法分析

C轴几何误差参数总共8项，分别为：与位置点有关的跳动误差(δ_x(C)，δ_y(C)，δ_z(C))、颠摆和偏摆误差(ε_x(C)，ε_y(C))、滚摆误差(ε_z(C))和与位置点无关的垂直度误差(ε_xC，ε_yC)。

如图2所示，一种多轴数控机床C轴几何误差测量系统，该测量系统包括多轴数控机床C轴1、球杆仪2、刀具主轴3、弹簧4、移动配重块5、调节支撑杆6和底座7；多轴数控机床C轴1为工作台，球杆仪2的两端部分别连接多轴数控机床C轴1和刀具主轴3，球杆仪2的端部一连接在工作台的表面，端部一固定在工作台的偏心处；球杆仪2的端部二直接连接刀具主轴3，球杆仪2水平布置，刀具主轴3竖直布置；球杆仪2的中间段为伸缩杆，伸缩杆通过与弹簧4与移动配重块5连接，移动配重块5安装在调节支撑杆6上，调节支撑杆6固定在底座7上，弹簧4和移动配重块5组成球杆仪2的减振结构；移动配重块5的竖直方向位置由调节支撑杆6的伸缩长度控制。