[发明专利]一种五轴机床旋转轴几何误差一次装卡测量方法

摘要

本发明提出一种五轴机床旋转轴几何误差一次装卡测量方法。本发明通过分别测量两条运动链理想位姿与实际位姿间的偏差，然后基于机构的空间误差模型，反算出双运动链上待标定运动副的几何误差值，能够实现单摆头—单转台五轴联动机床两个旋转轴共十二项几何误差参数的一次装卡连续测量，在保证测量精度的前提下，避免了测量仪器及试件的多次装卡，提高了测量效率，填补了本领域的空白。该方法可应用于单摆头—单转台结构五轴联动机床两个旋转轴几何误差的测量。

主权项

一种五轴机床旋转轴几何误差一次装卡测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将星型测针安装在触发式测头上，然后将触发式测头安装于转台上，使触发式测头中轴线与转台旋转轴重合；(2)先将对中装置装卡于主轴上，再将正方体试件装卡于对中装置上，旋转对中装置上的调节螺钉，使所述试件其中一个平面的中心垂直线与主轴同轴并固定；调整主轴转角，使正方体任一侧面与机床坐标系XOZ平面或YOZ平面平行；(3)使转台转轴C处于初始位置，选择正方体试件中与摆头转轴B垂直的一个平面上的四个顶点p1、p2、p3、p4为测量点；根据测量精度要求，设定围绕摆头转轴B圆周采样点个数；在摆头转轴B的每个圆周采样点，使测头任一针尖逐次触碰正方体试件一个底面和至少三个侧面，每个面要触碰三个不共线测点，共12个测点c1～c12，记录触发时机床坐标系下的X、Y、Z轴所处的指令坐标(c₁)_x、(c₁)_y、(c₁)_z～(c₁₂)_x、(c₁₂)_y、(c₁₂)_z；(4)使摆头旋转轴B处于初始位置，选择正方体试件中与摆头转轴B垂直的一个平面上的四个顶点p1、p2、p3、p4为测量点；根据测量精度要求，设定围绕转台转轴C圆周采样点个数；在转台转轴C的每个圆周采样点，要求至少3个测头针尖逐一触碰正方体试件的两个侧面及一个底面，每个面要触碰三个不共线测点，共九个测点e1～e9；记录触发时机床坐标系下的X、Y、Z轴所处的指令坐标(e₁)_x、(e₁)_y、(e₁)_z～(e₉)_x、(e₉)_y、(e₉)_z；(5)根据下式，计算出转台旋转轴和摆头旋转轴12项几何误差值ZB·DBi·MBk-MBk=P(i,k)-P(0,k),---(1)]]>YC·DCj·NCl-NCl=Q(j,l)-Q(0,l),---(2)]]>在(1)式中，i代表摆头转轴B轴圆周采样点序列中各点的序号，k代表正方体试件底面顶点序号，k＝1,2,3,4；ZB=1-γBZ(Bi)βBZ(Bi)δxBZ(Bi)γBZ(Bi)1-αBZ(Bi)δyBZ(Bi)-βBZ(Bi)αBZ(Bi)1δzBZ(Bi)0001---(3)]]>为摆头转轴B的几何误差齐次坐标矩阵，矩阵中除0、1以外的元素为B轴的6项几何误差；$D_{B_i}=\left[\begin{array}{cccc}cos\left(B_i\right)& 0& sin\left(B_i\right)& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -sin\left(B_i\right)& 0& cos\left(B_i\right)& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(4\right)$表示绕机床坐标系Y轴的旋转矩阵；B_i表示摆头转轴B圆周采样角度值；Bk=mx(k)my(k)mz(k)1---(5)]]>表示正方体试件4个顶点p1，p2，p3，p4在摆头转轴B坐标系中的位置；$P(i,k)=\left[\begin{array}{c}{p}_x(i,k)\\ p_y(i,k)\\ p_z(i,k)\\ 1\end{array}\right]---\left(8\right)$表示摆头转轴B处于第i个圆周采样点时，根据(c₁)_x、(c₁)_y、(c₁)_z～(c₁₂)_x、(c₁₂)_y、(c₁₂)_z计算出的p1，p2，p3，p4在机床坐标系下的位置；在(2)式中，j代表转台转轴C轴圆周采样点序列中各点的序号，l代表针尖序号，l＝1,2,3,4；YC=1-γCY(Cj)βCY(Cj)δxCY(Cj)γCY(Cj)1-αCY(Cj)δyCY(Cj)-βCY(Cj)αCY(Cj)1δzCY(Cj)0001---(9)]]>为转台转轴C的几何误差齐次坐标矩阵，矩阵中除0、1以外的元素为C轴的6项几何误差；$D_{C_j}=\left[\begin{array}{cccc}cos\left(C_j\right)& -sin\left(C_j\right)& 0& 0\\ sin\left(C_j\right)& \cos \left(C_j\right)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(10\right)$表示绕机床坐标系Z轴的旋转矩阵；C_j表示转台转轴C圆周采样角度值；Cl=nx(l)ny(l)nz(l)1---(11)]]>表示4个测头针尖在C轴坐标系中的位置；$Q(j,l)=\left[\begin{array}{c}{q}_x(j,l)\\ q_y(j,l)\\ q_z(j,l)\\ 1\end{array}\right]---\left(12\right)$表示转台转轴C处于第j个圆周采样点时，根据(e₁)_x、(e₁)_y、(e₁)_z～(e₉)_x、(e₉)_y、(e₉)_z计算出的正方体试件中心点在机床坐标系中的位置。