[发明专利]五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法

说明书

五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法，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；第二步，基于拟蒙特卡洛法进行关键几何误差辨识；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；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。本发明仅测量并补偿关键几何误差至优化配比值，就达到了补偿全部误差的效果，提高了机床加工的精度。

技术领域

本发明属于数控机床加工精度技术领域，涉及一种五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方。

背景技术

数控机床作为制造业的“工作母机”，是工业生产最重要的工具之一。五轴数控机床是高档数控机床的代表，能加工各种复杂曲线曲面，生产效率高、灵活性好、装夹时间短，在航空航天等重要领域发挥重要作用，对提升国家制造业水平具有举足轻重的作用。

然而，数控机床因为自身内部组织结构与外部环境的综合原因，在加工工件时在工件上形成加工误差。在机床的各项误差之中，机床几何误差、机床热误差是机床加工的主要误差，严重影响数控机床的加工精度。由于运动轴制造与装配误差难以避免，几何误差是影响机床精度的重要因素。它们直接映射到工件尺寸上，严重影响了加工精度，因此，有必要对其进行补偿。

现在最常用的五轴机床几何误差补偿方法是通过激光干涉仪和球杆仪等设备测量五轴机床的41几何误差，然后通过计算雅克比矩阵来获得五轴机床的逆运动学解，从而产生新的G代码来对五轴机床进行空间误差补偿。该方法未考虑几何误差间的耦合关系，通过逐项测量并补偿全部几何误差，补偿周期长，工作量与成本极大，无法满足日益提高的制造业需求。如何面向复杂结构工件加工实现五轴数控机床几何误差高效高精度补偿已成为迫切“卡脖子”问题。

发明内容

本发明为克服现有技术，提供一种五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法。该方法考虑几何误差间的耦合关系，对关键误差采取配比补偿，最终仅需测量并优化配比补偿关键几何误差，就可以达到补偿全部几何误差的效果，实现高效高精度补偿。

五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法，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；

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。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明提出的机床几何误差优化配比补偿方法，根据各误差的空间传递规律不同，且关键几何误差与非关键几何误差间存在耦合关系，在辨识出关键几何误差后并非直接补偿，而是对各项关键几何误差按主灵敏度比例进行优化配比补偿。本发明仅测量并补偿关键几何误差至优化配比值，就达到了补偿全部误差的效果，从而解决现有方法需测量并补偿全部几何误差的问题，提高了工作效率，从根本上提高了机床加工的精度，对以后改善误差模型通用性，提高五轴数控机床的整体加工精度具有重要意义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿技术路线图；