[发明专利]一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法

说明书

本发明为一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法，属于数控机床精度设计领域，该方法首先利用精度测量装置测量机床各精度项在各测量时间节点的精度值；然后，基于多体理论，建立三轴数控机床的空间误差率模型；接着，基于相邻测量时间节点内各测量误差均匀变化的假设，计算机床空间误差在各测量时间节点内的稳定性因子；最后，综合考虑三轴机床空间误差变化均值、误差稳定性程度，建立三轴数控机床加工精度稳定性评价模型，并计算评价值。

技术领域

本发明属于数控机床精度设计领域，特别涉及一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法。

背景技术

加工精度是数控机床最重要、也是最具有该类机床特征的一项指标。加工精度好坏不仅直接决定于精度值大小，更取决于机床精度稳定程度。三轴数控机床精度稳定性与机床各精度变化直接相关，其不仅会决定加工产品一致性，更直接影响机床的正常服役周期。一方面，影响机床加工精度及其稳定性因素多种多样。在机床的设计、制造过程中，由于设计的不合理、装配时产生的不当装配应力，使机床在服役过程中机床基础件变形、过度磨损，都会导致机床的单项或数项精度指标快速衰退，造成同批次零件的加工一致性差，甚至导致加工零件的加工精度不达标，产生废件。另一方面，数控机床精度不仅种类多样(直线度、垂直度、平行度、定位精度等)，而且不同精度项对机床加工性能的影响程度不尽相同。为此，寻求一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法，对于机床精度优化分配、精度保持与维护，至关重要。

目前，数控机床评价都是针对其加工过程状态。华中科技大学在专利ZL201410051470.0公开了《数控铣床加工过程状态信息评价装置》，通过采集机床加工过程中的主轴电流、进给电流、振动、加工温度等状态数据，评价装置MCU按照一定的算法对采集得到的加工状态参数进行检验分析，智能识别刀具磨损、破损、工件毛坯的材料缺陷等异常状态。沈阳机床(集团)设计研究院有限公司在专利ZL201310562312.7公开了《基于铣削小孔的数控机床切削热误差测试和评价方法》，通过指定铣刀加工孔，并检测指定的主轴转速、切深、进给速度等切削参数，综合孔径变化、孔深变化和孔底面粗糙度变化，对被测机床进行切削热误差评定。上述方法为考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价。

发明内容

本发明目的在于克服现有方法不足，针对机床精度稳定性评价问题，发明了一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法。

本发明采用的技术方案是：

一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法，该方法首先利用精度测量装置测量机床各精度项在各测量时间节点的精度值；然后，基于多体理论，建立三轴数控机床的空间误差率模型；接着，基于相邻测量时间节点内各测量误差均匀变化的假设，计算机床空间误差在各测量时间节点内的稳定性因子；最后，综合考虑三轴机床空间误差变化均值、误差稳定性程度，建立三轴数控机床加工精度稳定性评价模型，并计算评价值。

一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法的具体步骤如下：

第一步，三轴数控机床各项精度测量

采用精度检测设备在时间节点t_i(i＝1,2L n)时检测三轴数控机床的各项精度指标对应的误差。其中，i为检测次数。各项误差及其对应的编号如表1所示

表1：三轴数控机床各项误差

第二步，三轴数控机床空间精度建模

基于多体理论，抽象三轴数控机床系统拓扑结构，并采用低序体阵列进行描述。通过建立广义坐标系，最终采用奇次坐标变换矩阵将机床各部分误差传递于刀具成型点。