一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法技术

本发明专利技术涉及机床几何误差测试领域，具体为一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法。首先建立多轴联动数控机床的测试空间，采用激光干涉仪测试机床X、Y、Z三个进给轴的定位误差，在每个进给轴上测试3条直线。建立机床误差元素的分离模型，各轴的角度误差通过该轴的两项定位误差数据得到，直线度误差通过颠摆和偏摆误差计算得到。该方法可以得到机床每个进给轴的定位误差、颠摆和偏摆误差、2个直线度误差，三个轴共计15项误差。本发明专利技术为机床几何误差的快速测试提供了一种新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法
本专利技术涉及机床几何误差测试领域，具体为一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法。
技术介绍
目前对机床进给轴的几何误差进行测试的主要方法为单项误差测试。国内机床生产厂商最常用的测试仪器为雷尼绍公司的激光干涉仪。这样的测试方法虽然较为准确，但是缺点也很多，如测试效率低下，如果需要掌握机床的所有几何误差，需要几天甚至十几天的时间。另外，测试所需要的镜组很多，如线性反射镜、分光镜、直线度反射镜、直线度干涉镜、角度反射镜、角度干涉镜、光学直角尺等，这些镜组较为昂贵，在一定程度上限制了机床全面几何误差测试工作的开展。为了解决上述问题，美国API公司开发了6D激光干涉仪，一次安装能够同时测量线性轴的六个误差，提高了测试效率，但是价格较为昂贵。一些学者研究了基于雷尼绍公司激光干涉仪的新型测试方法。天津大学的刘又午教授提出了9线测试法，利用该法测量过程简单，测量线数少，数据处理也容易，但是必须有能同时测量定位误差和两个直线度误差的激光干涉仪。22线法测试需要假设机床误差的代数和为0，且为遍历求解，求解过程复杂，测试线数较多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，解决机床几何误差快速测试的问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，其特征在于，按如下步骤进行测试：采用激光干涉仪测试机床9条线的定位误差的具体过程如下：(1)建立加工中心的测试空间：设置机床坐标系的(0，0，0)为测试坐标系的起始点；(2)按照如下方式对X、Y、Z三个轴的定位误差进行测试，得到9条线的定位误差测试结果；线1：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；将反射镜安装在工作台上，干涉镜固定在主轴上，调整使激光头、干涉镜、反射镜在线1上，保证整个运动过程中光线均能返回至激光头上的光线入口；线2：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线3：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线4：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线5：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线6：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线7：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线8：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；线9：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；(3)针对进行机床进给轴的几何误差分离。所述的步骤(3)中可以进行定位误差辨识，具体步骤为：分别沿第1、2、3条直线测试定位误差，初始点均为(0，0，0)，终点分别为(x，0，0)、(0，y，0)和(0，0，z)。X、Y、Z三个进给轴的定位误差分离模型如下：其中，ΔL为实际距离与理想距离之差，ΔL＝L'-L＝[ΔLxΔLyΔLz1]。所述的步骤(3)中可以进行颠摆和偏摆误差辨识，具体步骤为：沿第4～9条直线测试定位误差，并利用下式计算颠摆和偏摆误差：所述的步骤(3)中可以进行直线度辨识，采用如下公式进行计算：上式中Luv(u、v＝X，Y，Z且u≠v)为最佳拟合积分Puv的直线；其中：Luv＝av+b本专利技术的有益效果是：1、本专利技术建立了多轴联动数控机床的几何误差分离模型，可以实现对9条测试线的分离。2、本专利技术提出了一种系统的多轴联动数控机床的几何误差测试与分离方法，给出了完整的测试流程和分离模型，通过该方法可以得到机床每个进给轴的定位误差、颠摆和偏摆误差、2个直线度误差，三个轴共计15项误差。为机床多项几何误差的快速测试提供了新方法。附图说明图1是本专利技术的定位误差测试示意图。具体实施方式下面结合附图和立式加工中心的实例进一步对本专利技术加以说明。本专利技术方法是利用目前常用的雷尼绍激光干涉仪进行测试的。如图1所示：一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，按照如下步骤进行：(1)建立加工中心的测试空间。设置机床坐标系的(0，0，0)为测试坐标系的起始点，X轴方向的测试行程为-840mm，Y轴方向的测试行程-480mm，Z轴方向的测试行程为-530mm。(2)按照如下方式对X、Y、Z三个轴的定位误差进行测试。线1：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。将反射镜安装在工作台上，干涉镜固定于主轴某处，调整使激光头、干涉镜、反射镜在线1上，保证整个运动过程中光线均能返回至激光头上的光线入口。线2：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线3：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线4：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线5：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线6：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线7：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回。线8：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回。线9：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回。9条线的定位误差测试结果分别为：Line_1＝[-2.07-5.05-8.68-11.70-15.53-20.57-25.52-31.22-35.68-40.27-41.65-44.48-47.92-50.37-53.37-57.73-62.02-65.35-70.42-72.82-76.03]Line_2＝[-2.67-7.10-7.68-12.95-14.65-18.38-20.15-22.97-27.53-29.52-33.53-34.05-38.48-39.98-44.35-45.65-46.83-49.83-50.67-54.33-55.60]Line_3＝[-0.33-1.07-6.18-6.80-11.40-13.22-14.80-19.50-23.77-26.85-30.38-29.53-32.28-29.28-31.00-31.62-35.02-36.07-38.97-40.87-42.32]Line_4＝[-2.28-6.03-10.25-14.32-18.73-24.67-30.43-37.02-42.27-45.43-49.13-52.85-56.85-59.53-62.75-68.63-73.92-77.85-83.78-86.88-90.80]Line_5＝[-0.98-3.95-7.75-10.40-13.35-17.80-20.83-25.12-28.17-30.17-33.22-37.00-40.40-42.73-45.38-49.23-53.05-55.32-60.40-62.48-64.95]Line_6＝[-8.47-6.62-10.60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，其特征在于，按如下步骤进行测试：采用激光干涉仪测试机床9条线的定位误差的具体过程如下：(1)建立加工中心的测试空间：设置机床坐标系的(0，0，0)为测试坐标系的起始点；(2)按照如下方式对X、Y、Z三个轴的定位误差进行测试，得到9条线的定位误差测试结果；线1：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；将反射镜安装在工作台上，干涉镜固定在主轴上，调整使激光头、干涉镜、反射镜在线1上，保证整个运动过程中光线均能返回至激光头上的光线入口；线2：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线3：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线4：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线5：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线6：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线7：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线8：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；线9：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；(3)针对进行机床进给轴的几何误差分离。...

【技术特征摘要】
1.一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，其特征在于，按如下步骤进行测试：采用激光干涉仪测试机床9条线的定位误差的具体过程如下：(1)建立加工中心的测试空间：设置机床坐标系的(0，0，0)为测试坐标系的起始点；(2)按照如下方式对X、Y、Z三个轴的定位误差进行测试，得到9条线的定位误差测试结果；线1：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；将反射镜安装在工作台上，干涉镜固定在主轴上，调整使激光头、干涉镜、反射镜在线1上，保证整个运动过程中光线均能返回至激光头上的光线入口；线2：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线3：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线4：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线5：Y、Z轴固定不动，X轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线6：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线7：X、Z轴固定不动，Y轴作直线运动，每一个测量间距停留4秒，测量3个来回；线8：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；线9：X、Y轴固定不动，Z轴作直线运动，每隔一个测量间距停留4秒，X、Y轴固定不动，测量3个来回；(3)针对步骤(2)得到的定位误差测试结果，进行机床进给轴的几何误差分离；所述的步骤(3)中可以进行定位误差辨识，具体步骤为：分别沿第1、2、3条直线测试定位误差，初始点均为(0，0，0)，终点分别为(x，0，0)、(0，y，0)和(0，0，z)；X、Y、Z三个进给轴的定位误差分离模型如下：其中，ΔL为实际距离与理想距离之差，ΔL＝L'-L＝[ΔLxΔLyΔLz1]。2.根据权利要求1所述的一种多轴联动数控机床的几何误差测量与分离方法，其特征在于，所述的步骤(3)中可以进行颠摆和偏摆误差辨识，具体步骤为：沿第4～9条直线测试定位误差，并利用下式计算颠摆和偏摆误差：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阔，
申请(专利权)人：沈阳机床集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21