[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

说明书

本发明公开了一种基于机床结构的几何误差模型建立方法及系统，本发明方法包括：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；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。本发明能够广泛应用于加工机床和测量机床，计算过程简便易行，极大方便了机床的设计，实现较快的机床几何误差补偿，提升加工或测量精度。

技术领域

本发明涉及XYZ三轴机床的设计与制造技术，具体涉及一种基于机床结构的几何误差模型建立方法及系统。

背景技术

一般的，将测量机视为刚体-多体系统(rigid-multi body system,MBS),建立机床的几何误差的综合模型，得到几何误差辨识和补偿方法，最常见的方法是齐次矩阵变换法。齐次矩阵变换法是一种用于描述工件与机床运动部件之间相对运动的普遍方法。在使用齐次矩阵进行坐标变换前，需要做两个基本假设。第一是测量机模型符合刚体或者准刚体模型，即测量机各相对运动部件在运动过程不会产生变形，如重力和热引起的重力变形和热变形。第二个假设是小角度误差，即测量机在运动过程中产生的角度误差为小角度误差，在使用三角函数进行计算的过程可以将三角函数项做近似处理。两个假设是使用齐次坐标变换建立测量机21项几何误差综合模型的基础。对于机床不同的几何误差结构，几何误差对功能点的影响各不相同。虽然基于多体模型的几何误差的辨识、补偿技术比较成熟，但是基于机床结构的单项几何误差尤其是角度误差所建立的误差模型的相关研究较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于机床结构的几何误差模型建立方法及系统，本发明能够广泛应用于加工机床和测量机床，计算过程简便易行，极大方便了机床的设计，实现较快的机床几何误差补偿，提升加工或测量精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于机床结构的几何误差模型建立方法，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；

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。

可选地，步骤1)中确定由线性误差产生的X,Y,Z三个方向的空间误差之和的函数表达式为：

上式中，(Δx_linear,Δy_linear,Δz_linear)表示由线性误差产生的X,Y,Z三个方向的空间误差之和，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。