[发明专利]一种蜗轮母机关键误差项辨识方法

说明书

本发明公开了一种蜗轮母机关键误差项辨识方法，包括如下步骤：步骤一：分析蜗轮母机各运动轴的几何误差，基于蜗轮母机运动链建立蜗轮滚刀‑蜗轮工件的位姿误差模型，得到蜗轮滚刀相对于蜗轮工件的实际位姿变换矩阵T_wt和理想位姿变换矩阵T_wti，从而得到蜗轮母机的加工误差模型；步骤二：将蜗轮母机的加工误差模型视作多输入多输出的非线性系统，利用多项式混沌展开法的全局敏感性对位姿误差模型进行分析，得到每一项几何误差的单效应敏感指数估计量和全效应敏感指数估计量步骤三：利用单效应敏感指数估计量和全效应敏感指数估计量求解得到每一项几何误差对应的敏感指数，敏感指数越大，说明该项几何误差越关键，对蜗轮母机的加工精度影响越大。

技术领域

本发明属于机械误差分析技术领域，具体的为一种蜗轮母机关键误差项辨识方法。

背景技术

蜗轮是机械传动中最常见的基础件之一，其成形精度直接影响传动准确性、平稳性和受载的均匀性。蜗轮的加工精度取决于蜗轮母机精度，受到多源误差协同影响，包括机床几何误差、热误差、力误差、伺服控制误差等。其中，机床零部件由于制造和安装引起的几何误差是蜗轮加工误差最重要的误差来源，属于准静态误差，短时间内不发生改变，因此易被控制消除。由于蜗轮母机属于多轴数控机床，几何误差不仅数目众多，单项几何误差对蜗轮加工精度的影响也各不相同，且误差项间存在着复杂的耦合效应，因此如何准确有效的识别出对最终蜗轮加工精度影响更大的关键误差项显得十分困难。

考虑到各误差项的精度控制难易程度存在较大差异，为节约蜗轮母机设计制造成本、更好地控制蜗轮加工精度，先展开关键误差项辨识，然后进行针对性的补偿消除是一种有效可行的技术手段。目前，为辨识出数控机床的关键误差项，大多学者主要采用敏感性分析方法，以检验复杂加工误差模型下多参数对加工误差的影响，譬如利用加工误差对几何误差项求偏导等。但该类方法缺少对参数的概率分布和随机特征的考量，分析结果只包含局部梯度信息，对加工误差的敏感性分析结果并不完全准确。此外，蜗轮母机作为蜗轮的专用加工机床，属于连续展成滚削加工，目前缺少针对其在多几何误差元素耦合作用下的加工误差模型。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蜗轮母机关键误差项辨识方法，能够有效辨识出对蜗轮加工误差具有显著影响的关键误差项，同时考虑参数概率分布和随机特征，具有分析效率高、准确度好的优点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蜗轮母机关键误差项辨识方法，包括如下步骤：

步骤一：分析蜗轮母机各运动轴的几何误差，基于蜗轮母机运动链建立蜗轮滚刀-蜗轮工件的位姿误差模型，得到蜗轮滚刀相对于蜗轮工件的实际位姿变换矩阵T_wt和理想位姿变换矩阵T_wti，从而得到蜗轮母机的加工误差模型；

步骤二：将蜗轮母机的加工误差模型视作多输入多输出的非线性系统，利用多项式混沌展开法的全局敏感性对位姿误差模型进行分析，得到每一项几何误差的单效应敏感指数估计量和全效应敏感指数估计量

步骤三：利用单效应敏感指数估计量和全效应敏感指数估计量求解得到每一项几何误差对应的敏感指数，敏感指数越大，说明该项几何误差越关键，对蜗轮母机的加工精度影响越大。

进一步，所述步骤一中，建立蜗轮母机的加工误差模型的方法如下：

11)分析蜗轮母机的几何误差；

12)根据蜗轮母机的运动链，得到蜗轮滚刀相对于蜗轮工件的实际位姿变换矩阵T_wt和理想位姿变换矩阵T_wti；

13)以蜗轮滚刀相对于蜗轮工件的实际位姿变换矩阵T_wt和理想位姿变换矩阵T_wti构建蜗轮母机的加工误差模型。