[发明专利]一种机床几何误差耦合解耦测量方法

说明书

本发明公开了一种机床几何误差耦合解耦测量方法，先将机床几何误差分解到移动轴及转动轴，再分解为位移和角度误差；将转动轴圆周表面等比展开为移动轴导轨平面；对各轴的轴向位移误差直接进行测量，使用百分表对各轴导轨平面的平面度进行测量；每根轴得到多个单边耦合误差；对耦合误差进行线性拟合，解耦得到位移误差项及角度误差项，重复测量项取均值，得到每根轴的6项几何误差。基于所测36项几何误差项，利用齐次变换矩阵计算机床的几何误差。本发明能够同时对机床各轴的角度误差和位移误差进行测量，误差测量精度高，实现各项几何误差对机床精度的影响的定量化分析，从而有利于机床几何误差的控制和加工精度的提高。

技术领域

本发明涉及机床误差测量，具体涉及一种机床几何误差耦合解耦测量方法，属于机床误差测量技术领域。

背景技术

机床作为制造业的母机，广泛应用于航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造等行业。随着高精密制造时代的到来，国家和机床行业对机床精度的要求日益提高。对机床精度而言，几何误差的影响占到了70％之高，因此几何误差的大小直接影响到数控机床的加工精度，机床几何误差的测量、计算、控制方法和技术是提高机床加工精度的关键。

机床几何误差主要由各轴的几何误差组成，工件、刀具各自传动链上起到定位和传动作用的移动轴和转动轴均是几何误差传递的中间环节，各轴的几何误差最终反映在刀具和工件的相对位置上。各轴几何误差又分为位移误差和角度误差，传统观点认为由于角度误差比较微小，难以对机床几何误差造成影响，目前的测量和计算均未考虑小角度误差，导致工件和刀具的相对位置误差较大，加工精度较低，难以满足高精密制造的精度要求。

通过对机床几何误差传递的计算分析表明，各轴上的小角度误差会在工件和刀具的相对位置误差上累积放大，因此对于小角度误差乃至全部几何误差都应该引起重视，对全部几何误差的测量和计算是控制几何误差，减小工件和刀具相对位置误差的基础，因此有必要对机床全部几何误差进行测量，以对各项误差的影响进行定量分析和控制，为机床精度的提高提供实用的理论和方法。然而目前对位移误差的研究较多，而对角度误差研究甚少，所以如何提供一种能够同时测量位移误差和角度误差的机床几何误差测量方法，以提高测量的精度，则成了本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有的机床几何误差测量方法主要是针对位移误差，无法准确测量和计算机床的几何误差的不足，本发明的目的是提出一种机床几何误差耦合解耦测量方法，本方法能够同时对机床各轴的角度误差和位移误差进行测量，从而得到机床的全部几何误差，并将各轴误差反映到刀具和工件的相对位置误差上，实现各项几何误差对机床精度的影响的定量化分析，有利于机床几何误差的控制和加工精度的提高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种机床几何误差耦合解耦测量方法，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；