[发明专利]基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床几何误差测量及标定技术领域，具体涉及一种回转/摆动型五轴联动数控机床的位置无关误差检测，更具体地说涉及一种五轴制齿机床位置无关误差检测方法。

背景技术

国内机床的效率、精度、自动化程度以及可靠性等方面与国外差距巨大，尤其是加工精度差、误差大的问题得不到有效解决。机床的几何误差是产生加工误差的主要因素之一，几何误差作为系统性误差具有良好的重复性，可以采用离线补偿技术降低几何误差对加工精度的影响。几何误差可分为位置相关误差和位置无关误差，位置相关误差与机床运动轴位置保持一定的映射关系，机床运动轴位置不同，其位置相关误差值也不同；而位置无关误差在机床运动过程中保持不变，主要指各轴之间的垂直度误差以及线性偏移误差。

大量进口机床的存在使得国内机械零部件的加工精度与国外相比相差并不远，关键在于误差的检测及补偿技术远落后于国外，拉低了机床的整体水平。机床位置相关误差的检测有激光干涉仪、球杆仪、激光跟踪仪等相对成熟的仪器及手段，而机床位置无关误差作为固定基础几何误差项，其检测及辨识方法欠缺。机床位置无关误差反映了机床装配质量及其切削稳定性，需要对其进行定期标定及补偿，机床位置无关误差检测方法的空白对于机床精度的提升极为不利。

由于齿轮加工工艺的特殊性，必须具有螺旋分度轴和回转分度轴，因此五轴制齿机床的旋转轴配置只能是回转/摆动型。一般的五轴联动机床为摇篮式或双摆头式，回转/摆动型机床的研究相对较少。精准的回转/摆动型五轴制齿机床位置无关误差检测是提升齿轮加工精度、增强齿轮传动的平稳性及可靠性的必要途径。

发明内容

针对现有技术的空白区及缺陷，本发明的目的在于提供一种基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法，设计了具有指定特征的切削试件，利用不同姿态切削点位置处的对应点坐标不匹配值，辨识出机床位置无关误差，具有安装方便、效率高、检测精度高以及可重复利用性强等特点，可用于五轴机床位置无关误差定期标定及评价。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

基于小切削量试件的五轴制齿机床位置无关误差检测方法，主要包括如下步骤：

步骤一、根据设计试件的形状编辑轨迹，生成加工代码，对所述设计试件进行小切削量切削，得到具有特定待测对象的切削试件；

步骤二、利用在线测头检测并采集切削试件上特定待测对象的切削表面的敏感方向坐标，计算对应切削表面的坐标不匹配值；

步骤三、建立包含位置无关误差的齐次运动方程，确定对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系；

步骤四、根据对应切削表面的坐标不匹配值与位置无关误差之间的映射关系计算得到位置无关误差项。

其中，步骤一中对所述设计试件进行小切削量切削的方法具体如下：

(1)将所述设计试件安装在五轴制齿机床的C轴中心处，使所述设计试件的长方体边缘与五轴制齿机床的X轴、Y轴、Z轴坐标方向保持大致的平行关系，通过设计试件上侧的圆台轴线与回转台C轴轴线的校准，使其大致保持一致关系，安装误差不会影响位置无关误差的检测及辨识效果；

(2)调整A轴角度为0°，使刀具保持竖直状态，将刀具依次定位到工件坐标系下的(R_S+D/2,0,-4M_depth)、(-R_S+λ_a-D/2,0,-3M_depth)、(0,-R_S+2λ_a-D/2,-2M_depth)、(0,R_S-3λ_a+D/2,-M_depth)，驱动C轴旋转360度，切削过程仅由C轴驱动，切削出4个同轴圆台侧面和1个底面；其中，工件坐标系定义在所述设计试件上端面的中心位置；R_S为Step1回转半径；M_depth为单个圆台母线的长度；D为刀具直径；λ_a为切削余量，以保证能切出4个完整的圆台侧面；

(3)依次调整A轴角度为90°、0°、-90°，分别在所述设计试件的长方体边缘小范围区域内切削垂直于Y方向的切削槽2个和垂直于Z方向的切削槽3个，用来采集和计算Y方向以及Z方向不同切削状态下对应点的坐标不匹配值，反映运动加工过程中位置无关误差在Y方向和Z方向的影响；