[发明专利]一种机床几何误差耦合解耦测量方法

权利要求书

1.一种机床几何误差耦合解耦测量方法，其特征在于：按如下步骤进行，

1）测量前的几何误差分解：先将机床几何误差分解到移动轴X、Y、Z及转动轴A、B、C，再将各轴的几何误差分解为位移误差项δ和角度误差项ε；其中每根轴有1项轴向位移误差、2项非轴向位移误差、1项轴向角度误差、2项非轴向角度误差，共6项几何误差，整个机床6根轴的几何误差项为36项；

2）各轴测量平面的确定：每根移动轴在对应的移动轴平面导轨上运动；每根转动轴在对应的转动轴曲面导轨上运动；将转动轴曲面导轨以转动轴圆周面重构得到的两端敞口的矩形筒体代替，矩形筒体四边外表面展开的面与转动轴圆周表面展开的面一致；矩形筒体外表面称之为转动轴平面导轨，并用转动轴平面导轨代替转动轴曲面导轨进行后续测量，从而使转动轴曲面导轨可以采用和移动轴平面导轨一样的平面测量方法对转动轴及移动轴的各耦合误差进行测量；

3）各轴六项几何误差的测量：

3.1）利用激光干涉仪直接对各轴的轴向位移误差进行测量；

3.2）使用百分表通过打表测量法对各轴导轨平面的平面度进行测量，具体是将各轴平面导轨与误差相关的面的耦合误差分别向该面的长宽两边投影得到单边耦合误差；每个与误差相关的面得到两个单边耦合误差；

3.3）对每根轴的所有单边耦合误差分别进行线性拟合；

3.4）对每根轴的每个线性拟合结果进行分解，每个线性拟合结果分解得到位移误差项和角度误差项；

3.5）每根轴解耦后得到的所有误差项中有若干项误差项涉及重复测量，重复测量的误差项取均值作为该项误差，由此每根轴拟合分解得到5个误差项，包括三个角度误差项和两个非轴向位移误差项，加上步骤3.1）每根轴测量得到的轴向位移误差，从而每根轴得到全部的6项几何误差，6根轴共36项几何误差；

4）通过齐次变换方法，将所测36项几何误差代入机床的几何误差传递矩阵，计算各轴传递到刀具和工件上的机床几何误差，最后得到刀具和工件的相对位置误差，即机床几何误差。

2.根据权利要求1所述的机床几何误差耦合解耦测量方法，其特征在于：步骤4）的具体计算过程为，

4.1）根据机床传动顺序，建立刀具、工件、各轴的相对坐标系，确定误差传动路线；

4.2）确定机床刀具和工件的相对误差齐次变换矩阵；

4.3）根据齐次变换矩阵计算各轴的理想几何误差传递矩阵；

4.4）代入所测36项几何误差，计算各轴的实际几何误差传递矩阵；

4.5）分别计算刀具和工件的实际几何位置；

4.6）计算刀具和工件的相对位置误差。

3.根据权利要求1所述的机床几何误差耦合解耦测量方法，其特征在于：步骤3.2）中，移动轴平面导轨与误差相关的面为上表面和侧面；

转动轴平面导轨与误差相关的面为矩形筒体的四个外表面；其中上下两个外表面投影、拟合、分解、重复测量的误差项取均值后的结果对应移动轴平面导轨上表面投影、拟合、分解、重复测量的误差项取均值后的结果；矩形筒体左右两个外表面投影、拟合、分解、重复测量的误差项取均值后的结果对应移动轴平面导轨侧面投影、拟合、分解、重复测量的误差项取均值后的结果。