[发明专利]一种堆栈式工作台的误差补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床误差补偿技术领域，具体涉及一种堆栈式工作台的误差补偿控制方法。

背景技术

目前大多数机床采用堆栈式结构，即X、Y两个方向溜板上下叠加安装在床身上，每个方向依靠两根导轨共同支撑，进行一个方向的运动。工作台安装在溜板上，工件放在工作台中间进行定位。因此每个方向两根导轨的综合误差都会直接影响工件的加工精度。

机床几何误差中的导轨系统误差不仅与导轨系统本身质量有关，在运动速度、温度、切削力等因素作用下，床身三维热变形和力变形误差也会耦合到导轨系统上，使导轨系统各误差分量增大或减小。某一方向导轨系统误差的影响是二维的，它不仅会产生本方向上常见的线值误差、角运动误差，而且还会传递至另一方向导轨系统，使其产生附加的线值误差和角运动误差，从而产生附加阿贝误差。

研究表明，几何误差和由温度、切削力引起的误差约占机床总体误差的70％，其中几何误差相对稳定易于进行误差补偿，而进行机床的误差补偿，误差测量是关键，误差模型是基础。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种堆栈式工作台的误差补偿控制方法，能够分析堆栈式工作台Y方向导轨系统误差和其传递至X方向导轨系统所产生的附加阿贝误差并建立阿贝误差模型，应用上述模型对堆栈式工作台单向运动二维阿贝误差进行补偿控制。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明所采用的堆栈式工作台的误差补偿控制方法，包括以下步骤：

步骤一、分析堆栈式工作台Y轴导轨偏摆角和俯仰角引起的加工点Y方向的阿贝误差并建立阿贝误差模型；

步骤二、分析堆栈式工作台的Y轴导轨角度误差对X轴导轨角度误差相关性和抵偿性的影响；

步骤三、建立X轴导轨角度误差和Y轴导轨角度误差共同作用下的加工点X方向的阿贝误差模型；

步骤四、应用上述模型对堆栈式工作台单向运动二维阿贝误差进行补偿控制。

进一步的，所述Y轴导轨偏摆角引起的加工点Y方向上阿贝误差δ_py的表达式为：δ_py＝A_xtanε_yz(1)

式中A_x——工件加工点的理想坐标为(x，y，z)时，Y轴导轨的测量点和工件加工点在X方向上的距离，可由光栅尺测得，其中，测量点位于Y轴导轨光栅尺所在的直线上；

ε_yz——工件加工点的理想坐标为(x，y，z)时，Y轴导轨的偏摆角，是在切削环境温度变化引起的热变形误差、切削力引起的力变形误差、双导轨本身的结构误差共同作用下测得，并规定绕Z轴逆时针旋转的方向为其正方向，反之为其负方向；

所述Y轴导轨俯仰角引起的加工点Y方向上阿贝误差δ_fy的表达式为：δ_fy＝A_ztanε_yx(2)

式中A_z——工件加工点的理想坐标为(x，y，z)时，Y轴导轨的测量点和工件加工点在Z方向上的距离，可由光栅尺测得，其中，测量点位于Y轴导轨光栅尺所在的直线上；

ε_yx——工件加工点的理想坐标为(x，y，z)时，Y轴导轨的俯仰角，是在切削环境温度变化引起的热变形误差、切削力引起的力变形误差、双导轨本身的结构误差共同作用下测得，并规定绕X轴逆时针旋转的方向为其正方向，反之为其负方向；

所述Y轴导轨偏摆角和俯仰角共同引起的加工点Y方向上阿贝误差δ_y为δ_py和δ_fy的矢量和，其表达式为：

δ_y＝δ_py+δ_fy＝A_xtanε_yz+A_ztanε_yx(3)。

进一步的，所述X轴导轨偏摆角ε_xz(x,y)为X轴导轨自身偏摆角ε_xz和Y轴导轨偏摆角ε_yz的矢量和，其表达式为：

ε_xz(x,y)＝ε_xz+ε_yz(4)