[发明专利]五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法

说明书

本发明公开了一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征是在五轴联动机床加工精度检测试件进行精度检测时，通过监测分析加工过程中机床各进给轴实际运动位置，得到动态误差；对精度检测试件实际成型轮廓面进行检测分析，得到实际误差；实际误差是动态误差和静态误差的耦合，对实际误差解耦，得到检测试件加工空间范围内的静态误差分布。本发明通过对一个精度检测试件的加工与检测，可以同时得到沿加工轨迹的动态误差和静态误差分布，实现对五轴联动机床动态误差与静态误差的综合检测，也可为误差综合补偿提供参考和依据。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，尤其涉及一种飞行器、精密模具类高端装备中自由曲面和复杂型腔的加工技术，具体涉及一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法。

背景技术

五轴联动机床以其加工复杂自由曲面和复杂型腔时的优异性能，广泛应用于航空航天、精密模具等高端制造领域。机床误差可根据其时变特性，区分为动态误差和静态误差。当机床在稳定条件下(温度、载荷等)运行时，动态误差以单轴跟随误差耦合引起的轨迹误差为主，静态误差主要是指机床部件制造和装配误差引起的几何误差。机床精度是影响加工质量的关键因素，因此，对五轴联动机床进行动态与静态误差综合检测，具有十分重要的意义。

专利《综合检测数控铣床精度的“S”形检测试件及其检测方法》公开了一种用于五轴联动机床精度检测的试切件，论文《A new test part to identify performance offive-axis machine tool》对该试件的检测效果进行分析，指出其可以较好地综合复现出五轴联动加工时机床的动态误差。“S”形检测试件在五轴联动机床精度检测方面得到了广泛认可，但该方法现有的分析技术选择性忽略静态几何误差，静态几何误差项可能对分析结果产生较大影响。专利《一种基于球杆仪测量的多轴机床几何误差辨识方法》、《基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法》等给出了利用专用检测设备测量机床静态几何误差的方法，但这些方法只针对机床静态误差的检测，机床动态精度测试需要另外进行。

针对现有机床误差检测方法主要针对静态或动态单一误差源的问题，本专利提出一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，该方法通过对一个精度检测试件的加工与检测，即可同时得到沿加工轨迹的动态误差和静态误差分布，完成对五轴联动机床动态误差与静态误差的综合检测，也可为误差综合补偿提供参考和依据。

发明内容

本发明的目的是针对现有机床误差检测方法主要针对静态或动态单一误差源的问题，发明一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，通过对一个精度检测试件的加工与检测，即可同时得到沿加工轨迹的动态误差和静态误差分布，完成对五轴联动机床动态误差与静态误差的综合检测。

本发明的技术方案是：

一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征在于：五轴联动机床加工精度检测试件进行精度检测时，对数控系统位置环进行监测，结合理论轨迹计算得到加工过程中动态误差引起的刀具位置误差和方向误差；对精度检测试件成型轮廓面进行检测分析，得到沿加工轨迹的实际刀具位置误差和方向误差；对实际误差解耦后利用机床结构对应的逆雅克比矩阵，得到检测试件加工空间范围内的静态误差分布。

所述的对数控系统位置环进行监测，结合理论轨迹计算得到加工过程中动态误差引起的刀具位置误差和方向误差是指：对位置环进行监测，采集得到实际加工过程中机床各轴的离散位置坐标序列集合：

C_Mdy＝{P_i|P_i＝(X_i,Y_i,Z_i,B_i,C_i),i＝1,2,…,n}