[发明专利]基于球列实现三轴机床几何误差检测的鉴定方法

说明书

本发明涉及机床几何误差测量，为能直接或间接地测量机床几何误差，本发明，基于球列实现三轴机床几何误差检测的鉴定方法，(一)在制作好L型球列后，先对其进行标定并得到L型球列上各个小球之间的相对坐标关系；(二)正式测量前，使L型球列的X轴尽量与机床的X轴方向平行，L型球列的Y轴与机床Y轴方向相同，测量出X，Y轴在小球节点处的定位误差、直线度误差、俯仰和偏摆角误差，以及X、Y轴之间的垂直度误差；(三)测量出在平移前小球节点处的机床X轴的滚转角误差；(四)使L型球列的两轴与机床的X、Z轴方向，Y、Z轴方向平行再通过(二)(三)步骤即可测量出机床剩余误差项。本发明主要应用于设计制造场合。

技术领域

本发明涉及一种三轴数控机床几何误差的辨识方法，主要是基于一维球列实现定位误差和角度误差的检测，以及基于L型球列实现垂直度误差的检测。

背景技术

机床的误差可以定义为“机床按照某种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预期产生的响应之间的差异”。在机床的总误差中，几何误差是极为重要的一个因素，在机床加工的工件误差比例中占比近20％。提高机床的精度的方法一般有两种，一种是误差避免，即在机床设计和制造阶段消除各种误差源，但由于现代机床的结构日益复杂，误差影响因素多，使得高精度的机床制造十分困难，也提高了制造成本。另一种是误差补偿，即通过使用误差模型预测来消除误差。目前误差补偿技术已经成为一种能有效提高机床精度并具备经济效益的方法。

机床误差检测领域中，使用较为广泛的机床误差检测仪器有激光干涉仪和球杆仪，由于自身检测原理上的因素，这些仪器在应用于多轴数控机床的误差检测中存在各自的不足：如激光干涉仪调整复杂，一次测量只能获得一个参数，操作要求高，难以实现自动化、快速化，并且价格昂贵，一般企业不具备；球杆仪无法随意规划测量路径，为旋转轴误差辨识的测量步骤设计和理论解耦算法研究增加了难度，且球杆仪以磁力座配合精密球进行接触式测量，需要在低速下运动以保证测量精度，很难适应快速化趋势。一维球列适合各轴的直线标定，但对角度误差检测不具优势，而多轴机床各轴之间的相对误差对加工精度影响非常大。

首次提出基于一维球列实现数控机床误差检测的是天津大学精仪学院的张国雄老师，由于在张老师提出的检测方法中需要对球列进行180°的翻转，具体实验过程中要实现180°的精确翻转有所困难，因此本文在球列法的基础上对机床误差检测提出了一种新思路。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种以L型球列为检具的误差测量方法，利用它能直接或间接地测量机床21项几何误差。为此，本发明采取的技术方案是，基于球列实现三轴机床几何误差检测的鉴定方法，δ表示平移运动误差、ε表示转角运动误差，下标表示平移误差的作用方向或转角误差转动轴的方向，括号内的字母表示平移的方向，机床的21项几何运动误差：

1)沿X、Y、Z轴的定位误差：δ_x(x),δ_y(y),δ_z(z)

2)6个直线度误差：δ_y(x),δ_z(x),δ_x(y),δ_z(y),δ_x(z),δ_y(z)

3)3个滚转角误差：ε_x(x),ε_y(y),ε_z(z)

4)3个的俯仰误差和3个偏摆误差：ε_y(x),ε_z(x),ε_x(y),ε_z(y),ε_x(z),ε_y(z)

5)3个垂直度误差：

将陶瓷球通过连接杆安装在L型基座上，安装后通过多次摆放测量机床的21项几何误差，具体步骤如下：