[发明专利]五轴机床旋转轴几何误差在机检测装置及误差场预测方法

说明书

本发明涉及机床误差检测设备技术领域，提出了五轴机床旋转轴几何误差在机检测装置及误差场预测方法。包含接触式测头在线测量系统，测头安装在机床主轴上，能够对标准球及标准S形试件上的测量点进行X、Y和Z三个方向实时测量并记录。四个相同尺寸的标准球以圆形分布在工作台上，圆的中心和工作台的中心重合，标准球及标准S形试件的空间位置误差反映了两个旋转轴的几何误差；根据得出的各项几何误差，建立五轴机床旋转轴几何误差空间误差场，可以预测机床加工空间内各位置点的误差值。

技术领域

本发明涉及五轴数控机床误差检测领域，尤其涉及五轴机床旋转轴几何误差在机检测装置及误差场预测方法。

背景技术

五轴联动数控机床作为最基本的加工制造单元之一，是实现智能切削加工的基础。而几何精度是衡量五轴机床精度的重要参数之一，它不仅能为机床交付过程提供很好的技术参考，而且能对机床性能的改进提供有效的评估依据。目前有两种提高五轴机床加工精度方法，一种是提高机床各部件的制造装配精度的硬件补偿方法，另一种是通过检测机床本体几何误差进行数控补偿的软件补偿方法。后者不需要过高的机床零件生产精度，补偿成本低，效率高，目前应用广泛。由于软件补偿的前提是得到精确的机床几何误差，因此，五轴机床的几何误差检测显得尤为突出和重要。

目前用于五轴机床旋转轴误差检测的设备主要有激光干涉仪、激光跟踪仪、球杆仪、平面光栅等，R-Test测试仪等。这类检测仪器通过五轴机床的多轴联动运动可以准确的检测机床五轴联动过程中刀具的运动误差，评估机床实际加工过程中的性能。使用激光干涉仪的测量过程较为复杂和精密，如果测量不够精准会导致误差较大；而使用R-test法识别五轴机床旋转轴的12个几何误差的建模过程复杂，且会引入其它误差影响仿真结果；球杆仪只能检测五轴机床刀尖点的X、Y、Z方向的位移误差，不能准确反映五轴机床的刀具姿态，使得检测误差结果不便于对应误差位置，导致误差检测结果不够精确。

因此，需要一种测量设备简单、成本较低、检测结果准确且检测时间较短的五轴联动数控机床的误差检测设备和检测方法，可以用来检测机床在不同旋转角度下的旋转轴各项几何误差分布情况。

发明内容

本发明提出了五轴机床旋转轴几何误差在机检测装置及误差场预测方法，本发明的几何误差检测装置，其特征在于，该装置包含接触式触发测头在线测量系统，测头安装在机床主轴上，能够对标准球及标准S形试件上的测量点进行X、Y和Z三个方向实时测量并记录。四个相同尺寸的标准球以圆形分布在工作台上，圆的中心和工作台的中心重合，标准球及标准S形试件的空间位置误差反映了两个旋转轴的几何误差。

相较于激光干涉仪和球杆仪等测量仪器，本发明可以检测多个点在不同A、C轴旋转角度下的直线度误差和角度误差，该方法明确了A、C轴旋转过程中的各项几何误差，所建立的几何误差模型考虑了A轴旋转一定角度后对C轴产生的影响。本发明的创新之处为：(1)提供了一组旋转轴几何误差快速测量的检测仪器，即标准球和标准S形试件的组合样件；(2)提供了一种基于标准球和标准S形试件组合样件的旋转轴各项几何误差辨识的新方法；(3)将本机床加工后的S形试件，进行在机测量，根据测量点进行曲面重构，重构后的S形试件与标准S形试件进行轮廓误差比对，据此对加工空间各位置点的旋转轴误差进行反馈、补偿等；(4)建立了五轴机床旋转轴的加工空间几何误差场，可以预测加工空间各位置的几何误差大小。整体流程如图1所示。

本发明的技术方案是：五轴机床旋转轴几何误差在机检测装置及误差场预测方法，如图2所示，包括以下步骤：