[发明专利]一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法，属于数控机床精密检测领域。针对以往垂直度误差检测方法中存在的实验装置安装困难、检测程序复杂、检测时间长等问题，本发明采用机床三轴联动的方式，设计一条球杆仪球面运动轨迹测得垂直度误差。本发明利用指数积公式解释数控机床误差分布几何特征。同时，本方法优化了检测路径，缩短检测时间，提高了检测效率。

技术领域

本发明涉及数控机床精度检测领域，特别涉及一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法。

技术背景

随着社会的发展，数控机床在制造领域所占比重越来越大，这对于数控机床的精度提出了更高的要求。目前，针对检测数控机床制造精度的仪器有很多，例如球杆仪、R-test、激光干涉仪等仪器。其中，由于成本低，检测时间短，操作简单等优势，球杆仪被视为精度检测的理想工具。

现有利用球杆仪检测机床精度的方法存在操作过程繁琐、检测时间长等问题，因此，提出一种操作简单、检测时间短且仪器安装简单的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法，利用球杆仪来实现数控机床中三个两两正交线性轴垂直度误差的辨识。本发明具有仅需一次安装定位，检测程序简单等优点，在很大程度上缩短了检测时间，提高了检测效率。

一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法，包括如下步骤：

步骤1、根据五轴数控机床结构，确定球杆仪的安装位置，采用三轴联动的方式沿预设路径进行精度检测。

步骤2、根据五轴数控机床的拓扑结构，建立五轴数控机床与垂直度误差有关的指数积公式，进行误差解耦，得到垂直度误差。

步骤1中根据五轴数控机床结构，确定球杆仪的安装位置，采用三轴联动的方式沿预设路径进行精度检测，包括步骤：

步骤1.1、首先，将夹具基座安装在工作台上，磁性底座安装在夹具基座上。然后，使用机床探针把工件工具杯中心确定为工件坐标系的原点。最后，把主轴工具杯移动到X轴负方向100mm的位置，将杆长为100mm的球杆仪一端安装在工件工具杯上，另一端安装在主轴工具杯上。

步骤1.2、由于球杆仪的采集速度是恒定的，所以球杆仪的检测点需均匀分布。首先，在斜侧45°xy轴坐标系下将半径为圆的周长平均分为1000份，先取该坐标系中位于x轴负方向范围内对应圆弧的500个点，所得的500个点坐标表达式如下所示：

然后，再取该坐标系中位于x轴正方向范围内对应圆弧的500个点，所得的500个点坐标表达式如下所示：

步骤1.3、根据计算得到2组检测点分别使用相应的旋转变换矩阵，使1000个二维坐标变换成1000个三维坐标，旋转变换矩阵如下所示：

步骤1.4、根据坐标变换得到的1000个检测点，使用G代码生成检测路径。

步骤1.5、球杆仪沿已生成的检测路径，以300mm/min的运行速度进行检测。在检测过程中，采用三轴联动的方式进行检测，当球杆仪运动到第1000个点的位置时，再沿原路径反向运动，完成2000个检测点的数据采集。

进一步地，步骤2中根据五轴数控机床的拓扑结构，建立机床与垂直度误差有关的指数积公式，进行误差解耦，包括步骤：

步骤2.1、以五轴数控机床X轴为基准建立机床的简易模型，依据机床拓扑结构Y→X→R→Z，建立指数积公式：