[发明专利]双摆头龙门机床C轴误差参数辨识方法

说明书

本发明公开了双摆头龙门机床C轴误差参数辨识方法，实现该方法的球杆仪是由两个球，一个可伸长和两个磁力碗座杆组成。两个球分别为工件球和刀具球。两个精密磁力碗座，一个磁力碗座连接在机床工作台上，另一个连接在机床主轴或主轴箱上。伸长杆由传感其测量得到实际数值。本方法首先运用多体理论建立工件球和刀具球位置关系。其次通过参数化建模，推导出球杆仪杆长增量与C轴几何误差参数线性模型。然后根据给定的五种测量路径来获取不同转角下杆长增量。最后通过最小二乘法来计算出C轴5项几何误差参数。本发明采用单轴驱动形式，探索出一中简单、快速、准确的旋转轴几何误差参数辨识方法。

技术领域

本发明涉及一种基于球杆仪测量原理对双摆头龙门机床C轴几何误差辨识方法，属于机床精度设计技术领域。

背景技术

近年来，随着我国数控机床关键技术和设计方法的突破，我国的机床行业整体有了显著发展和长足进步，但与世界先进水平相比还有很大的差距，尤其是在机床的精度控制上。随着对具有几何复杂性的高效加工部件需求的增加，五轴机床被广泛应用于要求更高加工精度的各种制造应用中。几何误差是影响五轴机床精度的关键因素,其中几何误差占机床总误差的25％～30％。近年来，国内外学者提出了很多基于球杆仪辨识空间误差方法，主要针对机床平动轴的误差辨识而对旋转轴误差辨识研究乏完善的测量方法。因此，目前需要一个简单准确的测量方法来对C轴的几何误差参数进行辨识。

发明内容

本发明采用单轴驱动形式，探索有一种简单、快速、准确的旋转轴误差参数辨识方法。鉴于多轴机床的旋转轴类似性，本发明以C轴为例进行辨识分析。

本发明采用的技术方案为双摆头龙门机床C轴误差参数辨识方法，实现该方法的球杆仪是由两个球，一个可伸长和两个磁力碗座杆组成。两个球分别为工件球和刀具球。两个精密磁力碗座，一个磁力碗座连接在机床工作台上，另一个连接在机床主轴或主轴箱上。伸长杆由传感其测量得到实际数值。

首先运用多体理论建立工件球和刀具球位置关系。其次通过参数化建模，推导出球杆仪杆长增量与C轴几何误差参数线性模型。然后根据给定的五种测量路径来获取不同转角下杆长增量。最后通过最小二乘法来计算出C轴5项几何误差参数(δ_x(c),δ_y(c),δ_z(c),ε_x(c),ε_y(c))。其中δ_x(c),δ_y(c),δ_z(c)为C轴在X,Y,Z方向线性误差；ε_x(c),ε_y(c)为C轴在绕X和Y方向的角度误差。c为C轴的转角。

工件球的位置和刀具球的初始位置坐标分别为M＝(x_m,y_m,z_m,0)，Q₀＝(x₀,y₀,z₀,0)。刀具球的理想位置坐标Q_i表示为

工具球的实际位置坐标Q_a表示为

因此，根据公式1和公式2获得工具球的空间误差△E

ΔE＝[Δx Δy Δz 1]＝Q_a-Q_i (3)

此外，实际杆长和理想杆长分别计算如下

双球杆的球杆长度增量可表示为

通过忽略高阶项，等式(5)作为