[发明专利]一种基于机床结构的几何误差模型建立方法及系统

权利要求书

1.一种基于机床结构的几何误差模型建立方法，其特征在于，包括：

1)确定由线性误差产生的X,Y,Z三个方向的空间误差之和；确定X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向的共9种角度误差、Y/Z轴、X/Z轴、X/Y轴产生的共3种垂直度误差；其中，Y/Z轴、X/Z轴、X/Y轴产生的共3种垂直度误差包括由Y轴和Z轴的垂直度E_AOZ对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₁₀,Δy₁₀,Δz₁₀)，由X轴和Z轴的垂直度E_BOZ对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₁₁,Δy₁₁,Δz₁₁)以及由X轴和Y轴的垂直度E_COY对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₁₂,Δy₁₂,Δz₁₂)；

2)将由线性误差产生的X,Y,Z三个方向的空间误差之和以及X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向的共9种角度误差、Y/Z轴、X/Z轴、X/Y轴产生的共3种垂直度误差求和，得到XYZ三轴机床几何结构的几何误差，所述XYZ三轴机床几何结构的几何误差的计算函数表达式如下式所示：

上式中，E表示计算得到的几何误差，E_XX,E_XY,E_XZ分别表示X,Y,Z轴X方向的线性误差，E_YX,E_YY,E_YZ分别表示X,Y,Z轴Y方向的线性误差，E_ZX,E_ZY,E_ZZ分别表示X,Y,Z轴Z方向的线性误差；A_1X0,A_2X0,A_3X0,A_1Y0,A_2Y0,A_3Y0,A_1Z0,A_2Z0,A_3Z0分别表示当机床在原点位置功能点沿着X/Y/Z方向的9项阿贝臂长，(x,y,z)为功能点的坐标位置；

步骤1)中X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向的共9种角度误差包括确定由X轴滚动角误差E_AX对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₁,Δy₁,Δz₁)，由X轴俯仰角误差E_BX对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₂,Δy₂,Δz₂)，由X轴偏转角误差E_CX对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₃,Δy₃,Δz₃)，由Y轴俯仰角误差E_AY对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₄,Δy₄,Δz₄)，由Y轴滚动角误差E_BY对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₅,Δy₅,Δz₅)，由Y轴偏转角误差E_CY对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₆,Δy₆,Δz₆)，由Z轴偏转角误差E_AZ对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₇,Δy₇,Δz₇)，由Z轴俯仰角误差E_BZ对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₈,Δy₈,Δz₈)以及由Z轴滚动角误差E_CZ对功能点产生的X,Y,Z三个方向的空间误差(Δx₉,Δy₉,Δz₉)；步骤1)中X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向的共9种角度误差的计算函数表达式如下式所示：

上式中，A_1X0,A_2X0,A_3X0,A_1Y0,A_2Y0,A_3Y0,A_1Z0,A_2Z0,A_3Z0分别表示当机床在原点位置功能点沿着X/Y/Z方向的9项阿贝臂长；

步骤1)之前包括推导X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向的共9种角度误差的计算函数表达式的步骤：记机床在原点位置时机床具有9项阿贝臂长A_1X0,A_2X0,A_3X0,A_1Y0,A_2Y0,A_3Y0,A_1Z0,A_2Z0,A_3Z0，当测量沿着X、Y和Z轴方向分别移动了x,y,z的距离到达功能点(x,y,z)时，9条阿贝臂中仅有4条阿贝臂长发生了变化，5条没有发生变化的阿贝臂长由机床结构和光栅尺装配位置所决定，且发生变化的阿贝臂长满足如下关系满足下述函数表达式：

上式中，A_2X,A_3X,A_2Y,A_2Z分别表示发生变化的四条阿贝臂长；确定角度误差变化前后的阿贝臂长，其中角度误差以光栅读数头为中心，根据X轴正方向和右手定则确定角度误差转动的正方向，从而得到X轴、Y轴、Z轴产生的X,Y,Z三个方向共9种角度误差的计算函数表达式。