[发明专利]AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模和辨识方法

说明书

本发明公开了AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，包括基于局部指数积公式，建立五轴机床通用正向名义运动学模型；将得到的通用正向名义运动学模型应用于AC双转台五轴机床的正向名义运动学建模；由AC双转台五轴机床的正向名义运动学模型计算全位姿误差模型，并对全位姿误差模型进行简化；根据球杆仪测量的距离误差，得到基于距离误差信息的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型，该模型的运动学参数的平滑变化避免矩阵奇异，通用性好；本发明还公开了面向AC双转台五轴机床的位置无关几何误差的辨识方法，采用带阻尼因子的迭代最小二乘法辨识位置无关几何误差参数，提高误差辨识过程的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及五轴机床的标定技术领域，特别是一种AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模和辨识方法。

背景技术

相较于三轴机床，五轴机床增加了两个旋转轴，使得机床的刀具能够以任意姿态对复杂零件的曲面进行加工，显著地提高了零件的加工效率。然而，在几何误差的影响下，五轴机床加工精度大大降低，这一定程度上制约了其在高端制造业的应用。

标定技术被公认是有效提高机床加工精度的方法。标定的四个步骤分别为建模，测量，辨识和补偿，而其中误差建模和辨识是误差补偿的前提。

通常来说，机床的几何误差分为位置无关几何误差(PIGEs)和位置相关几何误差(PDGEs)。研究证明，PDGEs相对于PIGEs来说是比较小的。

现阶段，针对PIGEs的误差建模和辨识方法有以下问题：传统的几何误差建模方法有多体系统理论，齐次变换矩阵(HTM)，D-H模型等，前两种存在着不容易实现参数化建模，误差辨识过程非常繁琐的问题，而D-H模型会出现两运动轴接近平行时的奇异问题，通用性差。近几年提出的基于全局指数积公式的误差建模方法，每次迭代的正交化和归一化会带来计算误差，降低了求解效率。另一方面，误差辨识过程大部分使用的是高斯牛顿法，但是该方法鲁棒性较差，可能会出现在大噪声数据下误差无法迭代收敛的问题。

公开号为CN112518422A的说明书公开了一种五轴AC转摆头龙门机床几何误差建模及分离方法，首先建立机床从刀具坐标系到工件坐标系的运动学模型，再分别建立仅考虑直线轴、仅考虑旋转轴以及同时考虑直线轴和旋转轴的刀尖点空间误差模型，然后设计直线轴空间测量轨迹，测量刀尖点在测量轨迹下的实际空间坐标，进而实现直线轴21项几何误差的分离计算；最后设计A、C轴独立的测量轨迹，测得轴向、径向、切向模式下全行程的杆长变化量，建立8项PIGE误差敏感方向与杆长变化量的相互关系，实现8项PIGE误差的分离；再建立12项PDGE误差与球杆仪杆长变化量的相互关系，实现12项PDGE误差的分离。

公开号为CN112558547A的说明书公开了一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据快速优化方法，包括以下步骤：1)建立空间定位误差模型；2)建立误差数据库；3)构建空间误差补偿表；4)建立补偿数据优化模型，形成平动轴联动模式下的三条面对角线、一条体对角线优化模型；5)完成修正系数的迭代优化及选择；6)以步骤(5)完成对五轴数控机床几何误差的补偿；7)迭代误差修正数据至几何误差数据库，并设置联动轨迹检测，预设定位误差阈值，循环步骤2至6，实现周期性检测、优化、补偿的机床精度保障模式。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，该方法将移动轴和转动轴统一用关节旋量描述，避免奇异问题，提高几何误差模型的通用性。

一种AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，包括以下步骤：

(1)基于局部指数积公式，建立五轴机床通用正向名义运动学模型；

(2)将步骤(1)得到的通用正向名义运动学模型应用于AC双转台五轴机床的正向名义运动学建模；

(3)由AC双转台五轴机床的正向名义运动学模型计算全位姿误差模型，并对全位姿误差模型进行简化；