[发明专利]五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于数控系统技术，尤其是五轴联动数控加工机床的几何误差测试技术领域。

背景技术

由于五轴联动机床在加工具有复杂曲面的零件中具有更好的曲面适应性、更少的装夹次数和夹具数量、更高的材料切除率等优点。因此五轴联动数控机床被广泛用于涡轮、螺旋桨叶片和复杂飞机结构件的加工等。

现代制造业对零件的加工精度的要求越来越高，从而对数控机床的精度要求也越来越高。由于五轴联动数控机床增加了两个回转摆动轴，和三轴联动机床相比，其刚度有所降低，同时其几何精度也有所降低。机床几何误差补偿是当前提高五轴联动数控机床加工精度的最有效措施，而机床几何误差补偿的前提是必须获得机床当前的几何误差信息。

五轴联动数控机床的几何误差包括平动轴几何误差及回转摆动轴几何误差，平动轴几何误差测量方法已经得到很好的解决，国标及ISO标准中均有标准的测量方法。此外，国内外学者还针对平动轴几何误差提出了基于激光干涉仪的二十二线、十四线、十二线、九线等辨识方法。然而，回转摆动轴几何误差的测量却一直没有得到很好的解决，国内、国际对回转摆动轴几何误差的定义及测量方法尚未形成一个统一的标准。以刀具A和摆动工作台C回转类型的五轴联动数控机床为例，图3列出了其回转摆动轴的12项几何误差通用定义。

机床几何误差的测量可分为直接测量和间接辨识，直接测量即采用合适的测量设备直接测得所要检测的几何误差项；间接辨识是先测得综合几何误差或与所要检测的几何误差项相关联的中间量，再通过精确、有效的数学模型计算出要检测的几何误差项。对五轴联动数控机床而言，由于回转摆动轴结构具有封闭性，要直接检测其回转摆动轴的几何误差是很困难的。此时，几何误差辨识就成为了首选的方法。

根据公开的文献，目前W.T. Lei发明了一种名为“3D probe-ball”的测量装置，见W.T. Lei, Y.Y. Hsu. Error measurement of five –axis CNC machines with 3D probe-ball [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 139:127-133.并提出了一套相应的测量方法。该方法可以测出五轴联动数控机床回转摆动轴回转运动时测头中心的X、Y、Z方向的综合几何误差，但没有分解成六个几何误差分量，并且需使用“3D probe-ball”专用测量装置，使用范围受限。

Masaomi Tsutsumi, Akinori Saito. Identification of angular and positional deviations inherent to 5-axis machining centers with a tilting-rotary table by simultaneous four-axis control movements [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2004, 44:1333-1342.该方法利用球杆仪测得四轴联动情况下的球杆长度变化，通过几何误差模型关系辨识识别八项几何误差值。

K.M. Muditha Dassanayake, Masaomi Tsutsumi, Akinori Saito. A strategy for identifying static deviations in universal spindle head type multi-axis machining centers [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006, 46, 1097-1106.针对双刀摆结构机床，同上文献类似，对四项跳动几何误差和六项角度几何误差提出测量辨识方法。

Y. Y. Hsu, S. S. Wang.  A new compensation method for geometry errors of five-axis machine tools [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture 47(2007) 352-360。通过检测加工后的零件精度来辨识机床几何误差，提出了七种加工模式，通过测量7种加工模式下零件的相应精度，辨识出两回转摆动轴的八项几何误差值。