[发明专利]一种多轴数控机床旋转轴几何误差快速分离新方法

说明书

本发明公开了一种多轴数控机床旋转轴几何误差快速分离新方法，通过对转台运动过程中一系列相邻测量点构成向量方向变化的测量，建立向量方向变化量与旋转轴几何误差间的相互映射关系，实现旋转轴6项几何误差的准备分离。利用在机床运动过程中构成空间向量方向的改变仅与机床轴的角位移误差有关与线位移误差无关的特性，利用激光跟踪仪采用多站分时测量对机床平动轴运动过程中测量点构成向量方向变化的测量，依次分离出机床旋转轴的角位移误差和线位移误差。建立基于空间向量方向偏差测量的多轴机床旋转轴几何误差测量的数学模型，依次推导出基于精密数控转台测量的激光跟踪仪基站位置自标定算法、测量点确定算法、机床旋转轴单项误差分离算法。

技术领域

本发明属于激光精密测量技术领域，具体涉及一种多轴数控机床旋转轴几何误差快速分离新方法。

背景技术

随着加工精度和工件复杂程度的提升，多轴数控机床在制造业中所占的比例日益增大。多轴机床是在传统三轴机床上通过增加旋转部件，从而实现对复杂零件的高效加工。精度是数控机床的主要性能指标，如何进一步提升多轴机床整体加工精度已成为一个研究热点问题。在多轴加工中，旋转轴几何误差对整体加工精度有较大影响。通过对旋转轴误差进行测量与补偿是提高多轴机床整体加工精度的有效途径。而如何快速、准确获得机床旋转轴各项几何误差是一个关键问题，直接影响着精度补偿效果。

目前，测量机床平动轴误差的方法较多，测量方法也较为成熟。旋转轴误差测量方法相对较少，也是机床精度检测难点问题。主要有以下几种：采用自准直仪和多面棱体仅能对旋转轴的定位误差进行评定，而对其它误差无法测量；采用球杆仪对旋转轴误差进行测量时，能够分离出除定位误差外的5项误差，测量过程和误差分离模型较为复杂；采用R-test测量时，可以同时检测3个方向的位移量，测量效率高。但对测量装置的精密程度要求较高。

激光跟踪测量具有快速、动态、便携等优点，在航空航天、船舶、汽车等大尺寸测量领域得到了广泛应用。目前，激光跟踪仪也被应用到机床精度检测领域。

如何利用激光跟踪仪的优点，提出一种精度高、效率快、误差分离算法简单的多轴机床旋转轴的几何误差分离方法，这对于进一步提高多轴机床整体加工精度有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种能够快速、准确分离出数控机床旋转轴几何误差的多轴数控机床旋转轴几何误差快速分离新方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多轴数控机床旋转轴几何误差快速分离新方法，包括以下步骤：

S1、将精密数控转台安装在多轴机床旋转部件上，并可跟随多轴机床旋转部件一起转动；猫眼安装在精密数控转台上，并可跟随精密数控转台一起转动；

S2、将激光跟踪仪分别安装在机床正前方附近，将激光跟踪仪的位置定义为基站位置；

S3、控制精密数控转台每转过一定的角度θ，记下当前激光跟踪仪的测距数据，利用激光跟踪仪测量得到的测量点的距离数据，建立大型非线性冗余方程组，使用遗传算法求解，从而确定出激光跟踪仪在转台上的各基站初始位置坐标；

S4、控制机床旋转部件按预定的路径绕轴线转动，机床每转动一定角度，进行一次测量，安装在机床主轴上的精密数控转台依次旋转120度，测量点分别命名为A、B、C，激光跟踪仪先后在四个基站位置进行测量；

S5、利用激光跟踪仪测量得到的测量点与各基站的距离数据，建立非线性冗余方程组，按最小二乘原理进行求解，确定出测量点的空间坐标；

S6、利用步骤S5中得到的旋转部件绕轴线转动时的一系列测量点的空间坐标，通过A、B、C三点两两构成的3个向量向量的方向将会在机床转台转动过程中发生改变，向量方向的改变仅与机床运动中的角位移误差有关，根据角位移误差引起的齐次变换矩阵和测量点构成一系列向量建立方程组，进行求解，即可分离出各项角位移误差；