[发明专利]基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法

权利要求书

1.基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法，其特征在于：

第一步、特征工件的设计：设计一定尺寸的圆柱形试件；

第二步、特征工件的加工：在五轴数控机床上将预先编写好的程序和优化后的工艺参数输入到数控面板中，于C轴中心处切削一个未标定的圆柱形试件；

第三步、机床运动轴几何误差辨识：于C轴中心处固定放置一个未标定的圆柱形试件，将探针测头上端固定在机床主轴上，探针测头下端与圆柱形试件的圆柱侧表面接触，通过五轴数控机床的平动轴做圆弧插补运动或者旋转轴做旋转运动，使探针测头绕圆柱形试件旋转一周来检测出圆柱形试件侧表面的圆轨迹；通过改变探针测头的固定位置或改变平动轴或旋转轴的运动方式，形成对比组，进行若干组对比；根据参考组和对比组的数据之差，列出相应的方程，从而辨识出试件的几何误差；

误差辨识过程由四组测试组成，以试件的理想尺寸为参考组，实际测量的四组尺寸为对比组；

在测试一中，探针测头静止于φ_a处，C轴转动一圈从而获取探针测头在该位置的坐标变化，探针测头在φ_a＝0°处，即X方向，只对X方向上的几何误差敏感，对Y方向的几何误差不敏感，从而反映出X方向上的几何误差；可得式(1)：

r₁(C_i)-r(0°)＝E_XC,total(C_i)·cosφ_a+E_YC,total(C_i)·sinφ_a+W_radial(φ_a+θ_i)-E_radial,XY(φ_a)

其中，E_XC,total(C_i)为试件在C_i处时的X向总误差，E_YC,total(C_i)为试件在C_i处时的Y向总误差，其中(C_i)为旋转轴C轴转动的角度；E_radial,XY(φ_a)为试件在φ_a处时的由X和Y平动轴的定位误差及垂直度误差引起的位置误差；W_radial为工件外形误差和安装误差；

在测试二中，探针测头静止于φ_b，其中0°＜φ_b90°处，C轴转动一圈从而获取探针测头在该位置的坐标变化，反映出Y方向的误差量；结合测试一和二结果，可得式(2)：

r₂(C_i)-r(0°)＝E_XC,total(C_i)·cosφ_b+E_YC,total(C_i)·sinφ_b+W_radial(φ_b+θ_i)-E_radial，XY(φ_b)

其中，E_XC,total(C_i)为试件在C_i处时的X向总误差；E_YC,total(C_i)为试件在C_i处时的Y向总误差；E_radial,XY(φ_b)为试件在φ_b处时的由X和Y平动轴的定位误差及垂直度误差引起的位置误差；W_radial为工件外形误差和安装误差；

在测试三中，测头静止于φ_a处，C轴保持静止，X和Y平动轴做圆弧插补运动，此时探针测头测得的误差完全来自X和Y平动轴，不受旋转轴误差影响，可表示为式(3)：

r₃(θ_i)-r(0°)＝-E_radial,XY(θ_i)+W_radial(θ_i)

其中θ_i为平动轴X和平动轴Y做圆形插补运动所旋转的角度；

在测试四中，平动轴和C轴同步转动，保持探针测头在试件处位置始终不变，此时测头获取的误差量可表示为式(4)：

r₄(C_i)-r(0°)＝E_XC,total(C_i)·cosC_i+E_YC,total(C_i)·sinC_i-E_radial，XY(-θ_i)

通过四组测试即可得到圆轨迹误差，将所测得的每组相应数据分别代入式(1)-(4)中，这样对于圆周轨迹上的每个点都有4个方程，最后联立求解试件在该点的四个方程，即可分离并辨识试件在该点上的平动轴与旋转轴在X向和Y向的误差分量，同理，通过对圆柱试件的圆周一圈分别建立方程组，即可分离并辨识试件圆周一圈上的平动轴与旋转轴在X向和Y向的误差分量。