[发明专利]一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据快速优化方法

权利要求书

1.一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据快速优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）建立由五轴数控机床平动轴几何误差引起的刀具中心点空间定位误差模型；包括三个坐标轴在内的18项几何误差向量为：定位误差、Y方向直线度误差、Z方向直线度误差、滚转误差、俯仰误差、偏摆误差，X、Y、Z表示各坐标轴在行程范围内的运行位置；

（2）建立包括三个坐标轴在内的18项几何误差向量的误差数据库；建立包括三个坐标轴在内的18项几何误差向量的误差数据库，其具体实现过程为：

（2.1）基于步骤（1）中建立的五轴数控机床空间定位误差模型，利用高精度激光干涉仪，采取十三条轨迹线检测方法进行平动轴几何误差的辨识；

（2.2）针对每个坐标轴辨识出的6项几何误差，组合成一个误差向量的形式：

（2.3）由于平动轴18项几何误差是与运动位置相互关联的，在整个运动行程中，每个误差将延伸成一个与位置相关的向量，运动位置被分割成N等份，不同位置的相同几何误差项均略有差异，则有如下表达式：

，

Ebase即为数控机床平动轴的误差数据库；

（3）构建数控系统空间误差补偿表；

（4）建立平动轴空间定位误差的补偿数据优化模型，对步骤（2）得到的几何误差向量添加修正系数k、d，再结合平动轴联动轨迹定位误差模型，形成平动轴联动模式下的三条面对角线、一条体对角线优化模型；其中：

（4.1）对步骤（2）得到的几何误差向量中每个误差项添加修正系数k、d，其基本形式如下：

式中表示几何误差向量中的任一项，则表示修正后的该误差项，对整个几何误差向量均进行修正的表达形式为：

式中，为修正后平动轴的误差数据库，k_i、d_i表示第i个误差项所需的修正系数，其目的是将每个误差项向量在一定的范围内实现动态变化，即依靠修正系数k_i、d_i进行上下界的搜索，其中k_i主要完成数据的缩放调整，d_i则完成数据的整体偏移调整，完成对真实误差的逼近，并对所有几何误差项同时进行调整操作，以达到准确的误差补偿；

（4.2）根据步骤（1）得到的刀具中心点空间定位误差表达式，计算XY平面、XZ平面、YZ平面、XYZ平面的四条对角线的定位误差；

（4.3）将添加修正系数后的几何误差项代入至步骤（4.2）中计算的四条对角线定位误差中，即得到修正后四条对角线定位误差；

（4.4）利用激光干涉仪直接检测平动轴联动时三条面对角线、一条体对角线的定位误差，得到机床联动轨迹检测定位误差数据；

（4.5）计算步骤（4.3）与步骤（4.4）之间的差值，并取差值平方和最小作为优化目标，得到对角线共计4个优化目标；

（5）基于粒子群优化算法对由修正系数k、d组成的向量K、D进行数值求解，完成修正系数的迭代优化及选择；

（6）以步骤（5）得到的修正系数向量和几何误差向量，结合步骤（3）生成数控系统空间误差补偿表，完成对五轴数控机床几何误差的补偿；

（7）迭代误差修正数据至步骤（2）中的误差数据库，并设置固定周期对平动轴空间定位误差进行联动轨迹检测，预设定位误差阈值，循环步骤（2）至（6），实现周期性检测、优化、补偿的机床精度保障模式。

2.根据权利要求1所述的一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据快速优化方法，其特征在于，所述步骤（1）中的五轴数控机床为CA双摆头立式五轴数控机床，以该五轴数控机床建立的刀具中心点空间定位误差模型为：

，其中，

，为坐标轴的误差向量通用形式。