[发明专利]一种双转台对五轴机床空间误差影响的评估方法

摘要

本发明公开了一种双转台对五轴机床空间误差影响的评估方法，包括步骤有构建测试零件模型；测量五轴机床上双转台的几何误差参数，测量五轴机床上三个直线轴的垂直度误差参数；利用齐次坐标变换矩阵计算由双转台几何误差引起的空间误差；利用刀具轴的方向矢量计算由双转台伺服误差引起的轮廓误差；以及计算集成双转台几何误差和伺服误差的五轴机床空间误差。本发明提供的空间误差评估方法，可用来评估由双转台单独引起的五轴机床空间误差，通过预先评估，为五轴机床的结构设计阶段合理调整双转台的结构参数提供科学依据。

主权项

一种双转台对五轴机床空间误差影响的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建测试零件模型；所述测试零件模型自下而上包括圆柱底座和倾斜圆锥台；所述圆柱底座用来装夹零件，在圆柱底面中心建立X‑Y‑Z直角坐标系；所述倾斜圆锥台用来测试双转台联动加工性能，在倾斜圆锥台底面也建立X1‑Y1‑Z1直角坐标系；所述测试零件模型通过同轴设置的圆柱和圆锥台旋转变化而来，处于初始状态的圆柱和圆锥台呈叠加分布，旋转变化依次通过圆锥台绕其X1轴旋转第一角度圆锥台绕其Y1轴旋转第二角度从而形成位于圆柱底座上的倾斜圆锥台；2)测量五轴机床上双转台两个旋转轴A轴和C轴共8个几何误差参数，分别是βAX、γAX、δxAX、δyAX、δzAX、αCA、βCA和δyCA；其中，βAX表示A轴相对于X轴绕Y轴的角度误差，γAX表示A轴相对于X轴绕Z轴的角度误差，δxAX、δyAX和δzAX分别表示A轴相对于X轴在X、Y和Z方向的线性误差，αCA表示C轴相对于A轴绕X轴的角度误差，βCA表示C轴相对于A轴绕Y轴的角度误差，δyCA表示C轴相对于A轴在Y方向的线性误差；3)测量五轴机床上三个直线轴共3个垂直度误差参数，分别是αZY、βZX和γXY；其中，αZY表示Z轴和Y轴的垂直度误差，βZX表示Z轴和X轴的垂直度误差，γXY表示X轴和Y轴的垂直度误差；4)根据双转台五轴机床的运动链结构，利用齐次坐标变换矩阵计算由双转台几何误差引起的刀具实际空间坐标，计算公式如式(1)：WPtact＝WTCCTAATXXTYYTZZTWWPtnom   (1)其中，WPtnom表示刀具在工件坐标系中的理想空间坐标；ZTW表示工件坐标系到Z轴坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；YTZ表示Z轴坐标系到Y轴坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；XTY表示Y轴坐标系到X轴坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；ATX表示X轴坐标系到A轴坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；CTA表示A轴坐标系到C轴坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；WTC表示C轴坐标系到工件坐标系包含几何误差的齐次坐标变换矩阵；WPtact表示刀具在工件坐标系中的实际空间坐标；5)根据式(2)计算几何误差引起的空间误差：egeo＝WPtnom‑WPtact   (2)其中，egeo为几何误差引起的空间误差，可以表示成三个方向分量的向量形式，即egeo＝[egeo,x egeo,y egeo,z]T；6)从测试零件模型中获取倾斜圆锥台上将被评估的任一圆弧的半径理论值为R；从五轴机床参数中获取立铣刀具的有效长度为L，以及A轴、C轴的速度环增益分别为KAv、KCv，C轴的旋转编程速度为ω；7)根据式(3)计算出刀具轴的理想单位方向矢量：其中，Oi、Oj和Ok分别表示刀具轴理想单位方向矢量在工件坐标系中X、Y和Z三个方向的分量；8)根据式(4)计算旋转轴的理想旋转角度：θA=arccos(Ok)θC=arctan(Oi/Oj)---(4)]]>其中，θA和θC分别表示A轴和C轴的理想旋转角度；9)根据式(5)计算旋转轴的实际角度：θAac=θA-θ·A/KAvθCac=θC-θ·C/KCv---(5)]]>其中，θAac和θCac分别表示A轴和C轴的实际角度；10)根据式(6)计算刀具轴的实际单位方向矢量：OiacOjacOkac=sinθAacsinθCacsinθAaccosθCaccosθAac---(6)]]>其中，Oiac、Ojac和Okac分别表示刀具轴实际单位方向矢量在工件坐标系中X、Y和Z三个方向的分量；11)利用刀具轴的实际单位方向矢量根据式(7)计算倾斜圆锥台上将被评估的任一圆弧因双转台旋转轴伺服误差引起的轮廓误差：其中，econ为伺服误差引起的轮廓误差；12)根据式(8)计算伺服误差引起的轮廓误差econ在X、Y和Z三个方向的分量：13)根据式(9)计算集成双转台几何误差和伺服误差的五轴机床空间误差：etotal＝econ+egeo   (9)其中，etotal为双转台对五轴机床空间误差总影响。