[发明专利]基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法

说明书

基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法，它属于数控机床加工精度技术领域，方法步骤包括：第一步、特征工件的设计：设计一定尺寸的圆柱形试件；第二步、特征工件的加工；第三步、机床运动轴几何误差辨识：于旋转轴中心处固定放置一个未标定的圆柱形试件，通过五轴数控机床的平动轴做圆弧插补运动或者旋转轴做旋转运动，使探针测头绕圆柱形试件旋转一周来检测出圆柱形试件侧表面的圆轨迹，通过改变探针测头的固定位置或改变平动轴或旋转轴的运动方式，从而辨识出试件的几何误差。本发明无需标定试件的直径和外形尺寸，仅根据对比组与参考组间的误差变化量即可辨识运动轴的几何误差，提高了辨识效率。

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自标定的五轴数控机 床几何误差的辨识方法。

背景技术

数控机床出现于20世纪50年代，经过了60多年的不断改进和发展，数控机床的加工 水平不断提高，其应用领域也越来越广泛。目前，装备制造、汽车、航空航天、能源、医 疗设备等一系列高精尖的制造领域均涉及到了数控机床的使用。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大部分是依靠进口，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。五轴数控机床作为高端精密数 控机床的代表，能加工各种复杂表面，较三轴机床具有更高的生产效率、更好的灵活性和 更短的装夹时间，对提升国家制造业水平起着举足轻重的作用。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，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。在机床的各项误差之中，机床几何误差、机床热误差是机床加工的主要 误差，严重影响数控机床的加工精度。研究发现，在温度变化不大时，几何误差占机床误 差的主要部分，受环境影响较小，易于进行误差补偿和控制，是提高零件加工精度的主要 研究方向之一。目前在评价机床加工精度时，均需要采用三坐标机等精密设备对试件进行 第三方标定，从而辨识机床误差。现有的使用第三方标定辨识几何误差的方法，对操作人 员和操作设备要求高，还存在着工件二次装夹的定位误差问题以及测量大型零部件的局限 性问题。不仅需要依赖昂贵精密的设备，而且辨识的效率低，严重影响了误差辨识的成本 和效率，亟待解决。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方 法。

根据特征与误差间的映射关系，不同模式下测量同一特征，建立参考组和对比组，通 过“自标定”方法，将高度耦合的几何误差进行解耦，从而辨识几何误差。试件自标定的含义为：切削试件后，在特征处进行若干组在机测量，将试件的理想尺寸作为参考组，将 测量值作为对比组，根据两组的数据之差辨识该特征所映射的误差，整个过程无需第三方 尺寸标定。试件自标定的优势为：降低误差辨识成本，简化多误差的解耦过程，进而提高 误差辨识效率和精度。

本发明的技术方案是：基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法，它包括以 下步骤：

第一步、特征工件的设计：设计一定尺寸的圆柱形试件；

第二步、特征工件的加工：在五轴数控机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，于C轴中心处切削一个未标定的圆柱形试件；