[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：1）建立空间定位误差模型；2）建立误差数据库；3）构建空间误差补偿表；4）建立补偿数据优化模型，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；5）完成修正系数的迭代优化及选择；6）以步骤（5）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几何误差数据库，并设置联动轨迹检测，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。本发明可使基于激光干涉仪的平动轴几何误差检测次数减少一半以上，可操作性更好，可依赖于已有补偿数值可完成优化补偿，补偿质量高。

技术领域

本发明涉及五轴数控机床误差优化领域，具体涉及五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据的快速优化方法。

背景技术

五轴数控机床广泛应用于航空航天、汽车轮船、医疗器械等领域，极大提升了我国的基础制造装备实力。五轴数控机床加工精度是保证被加工零件质量的关键，在影响加工精度的众多误差源中，机床几何误差的占比达到50%以上，成为制约加工精度提升的重要部分。

目前，对于五轴数控机床几何误差的研究，主要分为平动轴几何误差的辨识与控制和旋转轴几何误差的辨识与控制两个方面。由于平动轴是构成数控机床最基础的运动单元，特别是在五轴机床开启RTCP功能时，旋转轴的运动也会引入平动轴的参与，因此平动轴空间定位精度的好坏，既决定了本身的精度高低，也影响到旋转轴精度的高低。在平动轴几何误差研究方面，专利201610055356和专利201910193297均利用激光干涉仪完成了平动轴几何误差的辨识，并在几何误差辨识的基础上直接对平动轴进行几何误差的补偿，但补偿效果往往差强人意，其主要原因是机床加工过程中受复杂、多因素动态作用，且辨识过程引入了一定的设备随机误差，造成辨识出的误差值与实际所需补偿值存在较大偏差。在实际工程应用中，往往需要技术经验丰富的人，通过判断补偿数据的曲线对补偿值进行反复修正和实验，此过程人工参与度高，导致补偿技术的自动化程度较低，影响整个生产任务的周期和执行效率。

发明内容

为克服现有方法存在的局限性，本发明基于数控机床几何误差数据库，结合粒子群优化算法，提出了一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据的快速优化方法，实现了五轴数控机床平动轴几何误差的快速补偿，实施效果良好。

本发明通过下述技术方案实现：五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据的快速优化方法，所述方法包括：

步骤1、五轴数控机床平动轴空间定位误差建模，基于平动轴拓扑结构及多体系统理论，建立起平动轴几何误差项与空间定位误差之间的数学关系；

步骤2、基于激光干涉仪完成机床平动轴联动轨迹检测，在运动行程内辨识出平动轴18项几何误差，形成包含18项几何误差向量的误差数据库；

步骤3、将平动轴空间定位误差分解为定位误差和垂度误差，基于数控系统垂度误差补偿功能，构建数控系统对定位误差和垂度误差补偿的空间误差补偿表；

步骤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。

步骤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进行补偿质量控制，完成补偿数据的迭代优化，实现对修正系数的优化选择。

步骤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生成数控系统垂度误差补偿文件，完成对五轴数控机床几何误差的补偿。

步骤7、更新误差修正数据至步骤2中的几何误差数据库，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。