[发明专利]五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法

权利要求书

1.五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法，其特征在于：包含以下步骤：

第一步，建立空间误差模型；利用齐次坐标矩阵建立五轴数控机床空间误差模型，确定位置误差和方向误差；

第二步，基于拟蒙特卡洛法进行关键几何误差辨识，确定关键几何误差的主灵敏度和总灵敏度；

第三步，测量机床运动轴的关键几何误差，基于空间误差模型计算由关键几何误差引起的工件尺寸误差；

第四步，切削工件并标定总体尺寸误差，计算由关键几何误差与非关键几何误差引起的工件尺寸误差的比例；步骤四中的计算由关键几何误差与非关键几何误差引起的工件尺寸误差的比例是根据空间误差模型和拟蒙特卡洛方法灵敏度分析得出：总体尺寸误差C1＝全部关键几何误差引起空间误差A1+非关键几何误差引起空间误差B1；

第五步，根据关键几何误差和非关键几何误差的耦合关系以及总灵敏度的大小确定关键几何误差的优化配比，并进行实时补偿；

确定关键几何误差的优化配比：包含全部关键几何误差引起空间误差A1进行优化配比，首先，针对工件加工时刀具路径上点的关键几何误差引起空间误差A1、非关键误差引起空间误差B1和总工件尺寸误差C1的正负，将优化配比比例分为七种类别；

类别一和类别二表示关键几何误差引起空间误差A1与非关键误差引起空间误差B1正负一致，表现为同方向的相容关系；类别三和类别五表示关键几何误差引起空间误差A1与非关键误差引起空间误差B1正负不一致，表现为反方向的相斥关系；类别四与类别六表示关键几何误差引起空间误差A1与非关键误差引起空间误差B1正负不一致，表现为反方向的相斥关系；类别七表示非关键几何误差引起空间误差B1为0；

然后，根据总体尺寸误差C1的大小进行分类，当C1＜3μm时，判定误差在允许范围内，无需补偿；当C1＞3μm时，则需要补偿，优化配比p表示将空间误差A1补偿至原误差总量的p倍，即补偿量为A1·(1-p)，其中，对于类别一和类别二，根据A1与B1的绝对值大小进行细分，其中比例p为负数表示补偿至误差反向，当|A1|≥|B1|时，为类别一，表现为P≥-1；当|A1|＜|B1|时，为类别二，表现为P＜-1；对于类别三和类别五，缩小空间误差A1的补偿量，且补偿量小于空间误差A1，表现为0＜P＜1；对于类别四与类别六，增大空间误差A1，表现为P＞1；

确定关键几何误差的优化配比包含单项关键几何误差进行优化配比；在全部关键几何误差引起的空间误差A1进行优化配比后，设单项关键几何误差的优化配比比值为p_i，有关键几何误差的真实值e_i，通过拟蒙特卡洛法计算得到关键几何误差的耦合灵敏度S_Ti，将关键几何误差按优化配比比值p_i代入下式，令配比补偿后的关键几何误差引起的空间误差大小等于非关键误差引起的空间误差，但方向相反，即可求解出m项关键几何误差的优化配比比值p_i；

ΔE＝f(E₁,…,E_m)＝f(p₁e₁,…,p_me_m)＝-B

p₁:…:p_m＝S₁:…:S_m

其中e_i为第i项关键几何误差的真实大小，E_i为优化配比补偿后第i项几何误差引起空间误差，p_i为第i项误差的优化配比比值,i的范围是[1,m]。