[发明专利]一种五轴机床几何误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种五轴机床几何误差补偿方法，其步骤如下：误差模型建立，基于局部指数积公式建立五轴机床的全位姿误差模型，分离全位姿误差模型得到位置误差模型；误差数据采集，设置五轴机床在联动下，使刀尖轨迹保持工件端和主轴端距离恒定，采用球杆仪分别测量得到两个转动轴正向和反向运行的四种组合的距离误差数据；实际指令生成，将四组距离误差数据输入位置误差模型，生成五轴机床的实际运动指令，将所述实际运动指令输入五轴机床的控制系统。本发明求解实际五轴运动学模型的逆解的过程清晰简单，避免了传统解析法求解过程繁琐的问题；本发明还通过区分转动轴正反向有效地补偿了由于五轴机床的传动部件反向间隙带来的误差。

技术领域

本发明涉及五轴机床的标定技术领域，特别是一种五轴机床几何误差补偿方法。

背景技术

随着国家制造业的转型升级，对精密数控机床的需求量快速增加。五轴机床由于两个旋转轴的引入，可调整刀具相对于工件的位置和姿态，减少了装夹次数并提升了加工效率，因此，五轴机床已经成为汽轮机叶轮、螺旋桨叶片、螺旋锥齿轮等复杂曲面零件重要的加工工具。

加工精度是五轴机床的重要技术指标，直接决定了加工产品的表面质量。但是，由于几何误差的存在，五轴机床的加工精度大大降低。采用传统的误差防止法会导致零部件的加工制造成本随着机床精度的不断提高而急剧增加。为降低成本和提高实用性，建立了基于数值法求解五轴机床实际运动学模型的逆解，修正五轴机床的数控指令以达到期望刀具位姿的误差补偿法。

虽然目前对五轴机床的误差补偿方法的研究已经比较深入，但是仍然存在着一些问题。现阶段，国内大部分的机床厂仍是采用直接测量补偿法：先使用激光干涉仪来分别测量五轴机床每个运动轴的误差，再把补偿数值填入数控系统中，该方法虽然能有效补偿传动机构反向间隙误差，但是误差测量过程繁琐耗时，且忽略了五轴联动的耦合误差，最终导致补偿效果变差。

另一种就是基于齐次变换矩阵理论建立几何误差模型，求解运动学的逆解从而得到修正的运动指令。若直接通过解析法求实际逆运动学，完全的解析公式十分复杂，简化的解析公式会带来计算误差。若通过微分迭代求解基于齐次变换理论的逆运动学，求解过程简单，但是会面临在一些特殊点的矩阵奇异问题，从而减低了该方法的通用性。同时，目前基于五轴机床运动学模型的误差补偿方法基本都忽略了传动部件反向间隙的影响。

公开号为CN108563186B的说明书公开了一种五轴球头镜削几何误差补偿方法，属于机床误差补偿领域。包括：考虑五轴数控机床结构参数，建立五轴数控机床正向运动学方程和后处理程序；根据工件加工代码，结合正向运动学方程，得到工件理想刀具位姿文件；建立球头铣刀刀具位姿与代表工件纹理的刀触点之间的转换关系；根据指数积理论，建立五轴球头铣削综合几何误差解析模型；建立五轴球头镜削几何误差补偿中刀触点保障措施；应用群体智能优化算法得到补偿的旋转轴角度；计算补偿的旋转轴角度的平动轴运动量；读取工件理想刀具位姿文件，计算补偿加工代码。

公开号为CN112526927A的说明书公开了一种面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法，包括以下步骤：建立空间定位误差模型；形成包含旋转轴12项几何误差向量的误差数据库；构建数控系统旋转轴空间定位误差补偿表；建立补偿数据优化模型；完成补偿数据的迭代优化，实现对修正系数的优化选择；完成对五轴数控机床旋转轴几何误差的补偿；更新几何误差修正数据至误差数据库，检测旋转轴联动轨迹，设置联动轨迹定位误差闹值，循环实施检测、优化、补偿三步操作，实现精度保障。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种求五轴机床实际运动学模型的逆解的几何误差补偿方法，实现快速求取五轴电机实际运动指令，通过区分转动轴正反向消除转动轴反向间隙影响的技术方案。

(1)误差模型建立，基于局部指数积公式建立五轴机床的全位姿误差模型，分离全位姿误差模型得到位置误差模型；