[发明专利]五轴数控机床空间误差辨识方法

说明书

本发明属于数控机床测量技术研究领域，由其涉及一种五轴数控机床空间误差辨识方法；通过搭建一个一端固定在五轴数控机床主轴，另一端固定在回转工作台中心的球杆仪误差测量装置；建立空间误差测量模型；并建立模型实验，通过球杆仪在不同角度的补差工作，读取数控车床的球杆仪理论杆长和球杆仪显示的实际杆长，并将数据带入所述空间误差测量模型中，对五轴数控机床旋转轴角度误差因素及旋转误差因素进行辨识，使球杆仪从XOY单一平面运动变为空间多平面运动，将球杆仪的辨识范围从平面旋转转变为空间旋转。

技术领域

本发明属于数控机床测量技术研究领域，由其涉及一种五轴数控机床空间误差辨识方法。

背景技术

原有的数控机床误差辨识方法是将球杆仪一端安装在工具杯中，另一端安装在中心座上。通过调整球杆仪的长度和中心座的高度，运行程序后，再根据相应算法，可以得到关于XOY平面内的各误差元素；这种方法多用于三轴机床的测量，对于五轴机床由其是进行曲面加工的机床误差测量适用性差性；

而对于五轴数控机床而言，多轴插补存在着大量的耦合现象，空间误差主要存在着进给轴直线误差与旋转轴旋转误差；原有的辨识方法，大多采用改变球杆仪安装高度与球杆仪长度方法为主，该方法容易在调整过程中加入干扰误差，导致求解的结果不不够准确；同时，传统方法需要多次拆卸球杆仪，由于拆、装过程很难在同一个坐标基准上，因此得出的数据可参考性差，而且，拆卸重新安装的过程耗时较长，不利于自动化补偿，尤其不利于后期进行机器学习的研究及宏程序编制。

发明内容

本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种五轴数控机床空间误差辨识方法，具体技术方案如下：

一种五轴数控机床空间误差辨识方法，包括如下步骤：

步骤1.搭建一个一端固定在五轴数控机床主轴，另一端固定在回转工作台中心的球杆仪误差测量装置；

步骤2.根据所述的球杆仪测量装置建立空间误差测量模型；

步骤3.建立模型实验，通过球杆仪在不同角度的补差工作，读取数控车床的球杆仪理论杆长和球杆仪显示的实际杆长，并将数据带入所述空间误差测量模型中，对五轴数控机床旋转轴角度误差因素及旋转误差因素进行辨识。

优选地，所述空间误差测量模型的建立步骤如下：

步骤1.根据多体理论进行机床坐标系建模；

所述坐标系包括：与地面固定的机床坐标系MCS、刀具坐标系TCS、工件坐标系WCS、主轴的三个进给坐标系XCS、YCS、ZCS、带动刀具坐标旋转的旋转轴坐标系ACS、带动工件坐标系旋转的旋转轴坐标系CCS,所述球杆仪固定在TCS与WCS中，且与TCS固定端为浮动端O₂，与WCS固定端为固定端O₁；

步骤2.根据空间勾股定理得到球杆仪的长度与坐标理论位置关系：

(L+ΔR)²＝(x’₁-x’₂)²+(y’₁-y’₂)²+(z’₁-Z’₂)² (2)

结合上式(1)、(2)求出关于球杆仪半径变化与各进给轴误差分量的关系；

ΔR是球杆仪杆长的随机变量，ΔX、ΔY、ΔZ为球杆仪测得ΔR在X、Y、Z三个方向上可分解的误差变量；

步骤3.以O₁为原点建立坐标系，设球杆仪浮动端中心O₂在WCS下齐次坐标为P，设球杆仪沿杆方向与X轴夹角为θ，杆长为一固定数值L，求出P点的齐次坐标