[发明专利]一种基于球杆仪测量的机床回转轴几何误差辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于球杆仪测量的机床回转轴几何误差辨识方法，包括以下步骤：根据机床结构和回转轴位置，进行球杆仪的安装，并对主轴工具杯与基座工具杯进行校准；利用相应机床代码，控制机床仅有一回转轴进行回转运动。利用球杆仪对回转轴的与位置无关的几何误差进行初步辨识；改变球杆仪基座的安装位置，利用球杆仪对回转轴的与位置无关的几何误差进行高精度辨识，得到机床回转轴的8项与位置无关的几何误差。本发明方法可以快速且有效的辨识机床回转轴的几何误差，辨识精度高，实用性好。

技术领域

本发明涉及多轴数控机床误差测量技术领域，特别涉及一种基于球杆仪测量的机床回转轴几何误差辨识方法。

技术背景

五轴数控加工可以有效地提高加工零件的表面光洁度，且具有更好的材料去除率，因此被广泛应用于现代制造业。五轴机床大多数的优点是因为其具有两个回转轴，可以使工件相对于刀具定向，所以在进行数控加工时较三轴机床更加灵活。但是，两个回转轴也为机床引入了更多的误差源。现有的测量三轴机床误差的方法已不能满足五轴机床误差测量的需要，因此，为了保持机床的精度，需要对回转轴的误差进行测量。

广泛采用球杆仪进行XY，YZ，和XZ平面圆弧测试，以评估三轴机床的几何误差性能。但是，使用球杆仪对回转轴进行简捷，快速且有效的检测的研究较少。因此，提出一种能够快速且有效地检测回转轴的方法是十分有必要的。

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回转轴几何误差辨识方法，利用球杆仪对回转轴的与位置无关的几何误差进行辨识。该发明可以快速且有效的辨识几何误差，进而极大地提高了测量效率。

一种基于球杆仪测量的回转轴几何误差辨识方法，包括如下步骤：

步骤1、根据机床结构和回转轴位置，进行球杆仪的安装，并对主轴工具杯与基座工具杯进行校准。

步骤2、利用相应机床代码，控制机床仅有一回转轴进行回转运动。利用球杆仪对回转轴的与位置无关的几何误差进行初步辨识。

步骤3、改变球杆仪基座的安装位置，利用球杆仪对回转轴的与位置无关的几何误差进行高精度辨识，得到机床回转轴的8项与位置无关的几何误差。

步骤1中根据机床结构和回转轴位置，进行球杆仪的安装，并对主轴工具杯与基座工具杯进行校准，包括步骤：

步骤1.1、定义参考坐标系，参考坐标系的原点位于A轴轴轴线与C轴轴线的交点，同时，以A轴轴线与A轴转台交点为原点建立A轴局部坐标系，并以C轴轴线与C轴转台交点为原点建立C轴局部坐标系。球杆仪的主轴工具杯位于A轴回转中心上；球杆仪基座安装在C轴转台上，与C轴回转中心距离为100mm。

步骤1.2、利用千分表对主轴工具杯进行校准，确保其中心线与主轴轴线重合。利用球杆仪在基座的XY与YZ平面上进行常规的误差测量，以获得基座理想位置与实际位置之间的误差，如图3所示；并对球杆仪基座位置进行校准。

进一步地，步骤2中利用相应机床代码，控制机床仅有一回转轴进行回转运动。利用球杆仪测量回转轴的与位置无关的几何误差，包括步骤：

步骤2.1、两个回转轴(A轴与C轴)分四步检测。球杆仪的主轴工具杯位于A轴回转中心上；球杆仪基座安装在C轴转台上，与C轴回转中心距离为100mm。利用相应机床代码，使得A轴在-20°-+70°的范围内进行回转运动，以检测A轴。

步骤2.2、利用加长杆将球杆仪延长50mm，检测A轴。安装150mm球杆仪时，应控制主轴在负X方向上位移，球杆仪基座的位置不变。A轴的回转角度同样为-20°-+70°。球杆仪运动过的轨迹为圆锥曲面的四分之一。