[发明专利]基于球杆仪的五轴机床复杂运动状态下动态精度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于球杆仪的五轴机床复杂运动状态下动态精度检测方法，包括以下步骤：S1、确定刀尖点运动轨迹；S2、确定刀具姿态变化过程，对刀具姿态进行规划；S3、分别使用高低两种进给速度进行测量，分别计算两种进给速度下检测结果的正负峰值、极差、标准差和绝对平均误差，作为评估指标。本发明包含更加丰富的运动状态和运动模式，有助于更加快速、精确、全面地检测和评估五轴数控机床的动态精度；通过差速测量的方式分离出刀尖点偏移中受动态误差影响的部分，使得动态性能造成的影响被提取出来，能够减少动态性能评估中几何误差作为杂项误差所造成的影响。

技术领域

本发明属于五轴数控加工技术领域，特别涉及一种基于球杆仪的五轴机床复杂运动状态下动态精度检测方法。

背景技术

数控机床是现代制造业的基础，数控机床的精度将直接影响加工产品的精度。五轴数控机床，顾名思义，通过在传统三轴机床的基础上添加两个转动轴，从而使其获得加工复杂曲面的能力，被广泛应用于飞机零部件、叶轮螺旋桨等高去除率、高精度工件的加工，在航空航天、精密仪器等领域有着重要影响。对于五轴数控机床来说，相比起其它误差类型，伺服系统动态性能缺陷引起的动态误差是高速高精度运动过程中影响加工精度的最主要因素，因此，对于动态精度进行检测，对五轴数控机床的使用与改进具有重要的意义。

球杆仪是一种用途丰富的五轴机床精度检测仪器，其基本结构很简单，两个精密的小球之间装有差动电压式位移传感器，装在工作台上的小球通过磁性连接座和传感器杆的一端相连，与传感器杆另一端相连的小球通过磁性座和主轴相连，通过位移传感器测量两端点间的直线距离变化以表征机床精度。采用不同的检测方法和检测流程，球杆仪可以检测五轴机床的几何误差、热变形误差、动态误差等数种不同类型的误差。

采用球杆仪检测数控机床动态精度，国际标准“ISO10791:Test conditions formachining centers-Part6 accuracy of feeds,speeds,interpolations”提供了一种检测方案，驱动刀具进行顶角30°或90°的斜圆锥运动，使用球杆仪测量刀尖点位置偏差，绘制误差的极坐标图并记录最大值与最小值之差作为评估指标以检测机床动态性能。以上检测方案具有检测流程简单、检测时间短等优点，但存在一些缺陷：首先，该检测方案中机床刀具的运动模式过于单一，难以全面反映实际加工状态下的机床动态性能；其次，球杆仪检测结果受到几何误差、热变形误差、动态误差等数种类型的误差共同影响，难以单独检测和分析动态误差造成的影响；此外，仅使用最大值与最小值之差作为机床动态性能的评估指标，评估指标较为单一，无法全面反映机床动态特性，因此，有必要对现有的检测方案进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过差速测量的方式分离出刀尖点偏移中受动态误差影响的部分，使得动态性能造成的影响被提取出来，能够减少动态性能评估中几何误差作为杂项误差所造成的影响的基于球杆仪的五轴机床复杂运动状态下动态精度检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于球杆仪的五轴机床复杂运动状态下动态精度检测方法，包括以下步骤：

S1、确定刀尖点运动轨迹；

S2、确定刀具姿态变化过程，对刀具姿态进行规划；

S3、分别使用高低两种进给速度进行测量，分别计算两种进给速度下检测结果的正负峰值、极差、标准差和绝对平均误差，作为评估指标。

进一步地，所述步骤S1具体实现方法为：设定刀尖点做圆插补运动，得到刀尖点的运动轨迹(X,Y,Z)为：

θ∈[0,2π]

其中，R为球杆仪两球头间的理想距离，(x₀，y₀，z₀)为球杆仪在工作台一侧的小球的固定位置，θ为杆仪旋转角度；