[发明专利]基于试件特征分解的三轴数控机床几何误差与热误差逆向辨识方法

说明书

基于试件特征分解的三轴数控机床几何误差与热误差逆向辨识方法，它属于数控机床加工精度技术领域，方法步骤包括：特征工件的设计；映射关系图的建立：特征工件的加工：在三轴数控铣床上将预先编写好的程序和优化后的工艺参数输入到数控面板中，进行特征工件的铣削加工；机床几何分离和误差辨识包括：定位误差、直线度误差、垂直度误差和热误差；特征工件的测量。本发明通过特征工件设计，反映出机床的几何误差和热误差，对提高三轴数控机床的整体加工精度具有重要意义。

技术领域

本发明属于数控机床加工精度技术领域，特别涉及一种基于试件特征分解的三轴数控机床几何误差与热误差逆向辨识方法。

背景技术

随着国家制造业的转型升级，国家工业化和信息化的快速发展，企业对数控机床的需求量增加，对其性能质量也提出了更高要求。然而目前我国制造业使用的高端数控机床基本上大部分是德国、日本、美国等生产的数控机床，其根本原因是国产数控机床在其加工性能方面、运动精度方面和运行可靠性方面，与欧美、日本的先进制造装备相比还存在明显的不足。

在工业现代化推进当中，数控机床尤其是高端精密数控机床功不可没，数控机床是各个行业的技术基石，是促进各个行业蓬勃发展的强力助剂。数控机床是制造大型复杂曲面类零部件的关键设备，这些零部件广泛用于航空航天、能源、运载和国防等领域。将我国数控机床发展成为高精度、高可靠性、高智能化等融合多种最先进技术的制造装备系统，提高我国装备制造业的自主知识产权，摆脱外国高精尖制造装备的依赖，这些已经成为我们亟待解决的问题。

然而，由于数控机床存在原始几何误差(准静态误差)及切削加工过程中产生的热误差等多种误差因素，严重影响数控机床的加工精度。制造出高质量、高精度和高智能的数控机床对我国制造业以及国防事业有着全局性和战略性意义。数控机床因为自身内部组织结构与外部环境的综合原因，在加工工件时在工件上形成加工误差，机床的各项误差之中，准静态误差(几何误差、热误差)和动态误差是影响工件加工质量的主要三部分，前者占总误差的70％，又可细分为几何误差和热误差等。由于这些误差的存在，使得被加工工件的精度与加工质量大大降低。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种基于试件特征分解的三轴数控机床几何误差与热误差逆向辨识方法。

试件特征可分解成多个无耦合关系的子特征，它们分别反映不同几何与热误差项。特征分解的含义为：将实际切削工件分解成若干典型子特征，如阶梯槽、圆柱、圆锥台和斜面，从而基于子特征的加工误差辨识出几何误差与热误差元素，特征分解的优势为：简化多误差的解耦过程，提高误差辨识的效率和精度，进而提高被加工工件的质量和加工精度。

本发明的技术方案是：基于试件特征分解的三轴数控机床几何误差与热误差逆向辨识方法，它包括以下步骤：

特征工件的设计：设计一定尺寸的阶梯型方块试件；

映射关系图的建立：试件特征可分解成多个无耦合关系的子特征，进行测点分布；

特征工件的加工：在三轴数控铣床上将预先编写好的程序和优化后的工艺参数输入到数控面板中，进行特征工件的铣削加工；

机床几何分离和误差辨识：包括：定位误差、直线度误差、垂直度误差和热误差：

(1)、定位误差辨识：分别选取子特征在对应X、Y和Z轴方向分段端面上的点云数据，与理论尺寸值相比较，从而辨识出X、Y和Z轴的定位误差；

(2)、直线度误差辨识：分析在X轴上，误差相对于Y轴、Z轴方向的点云数据，与理论尺寸值相比较，即可得到X轴在Y轴和Z轴方向上的直线度误差；分析在Y轴上，误差相对于X轴，Z轴方向点云数据，与理论尺寸值相比较，即可得到Y轴在X轴和Z轴方向上的直线度误差；垂直度误差可根据直线度误差计算而得；