[发明专利]蜗轮母机关键误差辨识方法及关键误差迭代补偿方法

说明书

本发明公开了一种蜗轮母机关键误差辨识方法，包括如下步骤：步骤一：分析蜗轮母机各运动轴的几何误差，基于蜗轮母机运动链得到由蜗轮滚刀坐标系到蜗轮坯件坐标系的实际前向运动学模型T₂^a₇和理想前向运动学模型T₂ⁱ₇，进而建立蜗轮母机几何误差‑位姿误差模型；步骤二：将蜗轮母机几何误差‑位姿误差模型视作多输入多输出的非线性系统，以蜗轮母机各运动轴的几何误差作为输入特征X，以蜗轮滚刀与蜗轮坯件间的位姿误差作为输出变量Y，利用随机森林算法求解各输入特征的重要性系数；步骤三：根据求解得到的各输入特征的重要性系数，确定影响蜗轮母机加工精度的关键误差。本发明还提出了一种蜗轮母机关键误差迭代补偿方法。

技术领域

本发明属于机械误差分析技术领域，具体的为一种蜗轮母机关键误差辨识方法及关键误差迭代补偿方法。

背景技术

高精度蜗轮母机加工精度受众多误差因素共同制约，误差因素主要分为静态误差因素和动态误差因素；其中，静态误差因素中机床几何误差通常占主导地位，一般由蜗轮母机零部件原始制造、安装或磨损引起，可细分为部件安装几何误差和运动轴运动几何误差等。考虑到机床几何误差的可重复性，专家学者或者机床制造商一般会采取先测量辨识后误差补偿的方式，减小甚至消除其对最终机床加工误差的影响。

高精度蜗轮母机是加工蜗轮的典型装备，与滚齿机床相似，采取展成包络滚削式成形机理，每项几何误差会使得蜗轮滚刀和蜗轮坯件间形成相对位姿误差，从而对蜗轮加工精度产生不同程度的影响。目前，少有学者对蜗轮母机在多几何误差元素耦合作用下进行综合误差建模及补偿研究，一般只有针对某项几何误差或若干项几何误差的补偿消除，缺少系统性的建模及补偿方法。也即，现有针对蜗轮母机的多几何误差耦合建模分析不够系统，无法全面量化分析所有几何误差元素对蜗轮加工误差的个体效应和耦合效应，缺乏支撑关键误差项辨识的技术基础。此外，也缺少针对蜗轮母机几何误差或关键误差项的补偿方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蜗轮母机关键误差辨识方法及关键误差迭代补偿方法，通过建立蜗轮母机在多几何误差元素耦合影响下蜗轮滚刀与蜗轮坯件间的位姿误差关系，并结合随机森林算法对位姿误差的关键误差元素进行辨识；在辨识关键误差后进行针对性的误差迭代补偿，从而提升蜗轮母机加工精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种蜗轮母机关键误差辨识方法，包括如下步骤：

步骤一：分析蜗轮母机各运动轴的几何误差，基于蜗轮母机运动链得到由蜗轮滚刀坐标系到蜗轮坯件坐标系的实际前向运动学模型和理想前向运动学模型进而建立蜗轮母机几何误差-位姿误差模型；

步骤二：将蜗轮母机几何误差-位姿误差模型视作多输入多输出的非线性系统，以蜗轮母机各运动轴的几何误差作为输入特征X，以蜗轮滚刀与蜗轮坯件间的位姿误差作为输出变量Y，利用随机森林算法求解各输入特征的重要性系数；

步骤三：根据求解得到的各输入特征的重要性系数，确定影响蜗轮母机加工精度的关键误差。

进一步，所述步骤一中，建立蜗轮母机几何误差-位姿误差模型的方法如下：

11)分析蜗轮母机的几何误差；

12)根据蜗轮母机的运动链，得到由蜗轮滚刀坐标系到蜗轮坯件坐标系的实际前向运动学模型和理想前向运动学模型

13)由实际前向运动学模型和理想前向运动学模型构建蜗轮母机的几何误差-位姿误差模型。

进一步，所述步骤11)中，考虑蜗轮母机X、Y、Z、C四个运动轴的几何误差，其中：