一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，包括：根据机床结构和转台位置，确定球杆仪在转台坐标系上的六个安装位置；结合球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立球杆仪读数与转台几何误差之间的关系；根据球杆仪详细坐标和测量方向齐次向量建立转台的六个集成误差表达式；根据转台垂直度误差和位置偏差的性质，分离得到转台十项几何误差的辨识公式；建立球杆仪安装误差对球杆仪读数影响模型；安装球杆仪，转动转台得到各个安装位置处球杆仪读数；对球杆仪读数进行拟合，得到剔除安装误差后的球杆仪数据；利用十项几何误差辨识公式计算得到转台所有的几何误差。该方法操作简单方便，辨识精度高，系统性好。

【技术实现步骤摘要】
一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法
本专利技术涉及数控机床误差测量
，尤其涉及一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法。
技术介绍
随着制造业的快速发展，多轴数控机床的作用越来越明显。包含转台的数控机床其转台可以提高机床切削率，降低切削时间，减少工件装夹次数。它不仅可以解决复杂工件的加工问题而且可以提高工件精度。机床精度是机床重要参数之一。而影响机床精度的因素有多种，其中几何误差和热误差占60％左右。机床几何误差建模与补偿成为提高机床精度的重要途径之一。机床各个几何误差项的辨识是这些几何误差模型建立的基础。多轴数控机床的转台引入很多误差源。国内外学者对转台几何误差提出了很多辨识方法:(1)Kwang-IILee等人根据几何误差项性质采用参数化形式表示转台几何误差项，并结合三轴同步运动形成的五种测量模式来辨识得到相应参数，从而得到转台的五项几何误差。(参见LeeKI,LeeDM,YangSH(2012)Parametricmodelingandestimationofgeometricerrorsforarotaryaxisusingdoubleball-bar.InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology62(5-8):741-750)。但是该方法中的参数化模型的形式对辨识结果有很大影响，且需要其他轴同步运动。(2)Zhang等人通过分析球杆仪长度与C轴(转台)几何误差项和球杆仪初始位置之间的关系，用球杆仪和高度调节装置测量设计出不同水平面上的两条测量路径来辨识得到C轴(转台)的五项几何误差。(参见ZHANGY,YANGJ,ZHANGK(2013)Geometricerrormeasurementandcompensationfortherotarytableoffive-axismachinetoolwithdoubleballbar.InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology.65(1-4):275-281)但是该方法将这五项几何误差作为恒定值，这不符合误差的几何性质。目前的方法大多需要其他轴与转台同步运动来辨识得到转台所有的几何误差项，或者没有考虑转台几何误差的几何性质。
技术实现思路
从现有方法的缺陷出发，本专利技术提出了一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，旋转合适球杆仪安装位置并结合球杆仪测量方向来实现转台几何误差辨识。该专利技术只需要转台单独旋转，操作简单方便，消除了安装误差的影响，保证了辨识精度，而且系统性好，可得到转台所有的十项几何误差。一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，包括如下步骤：步骤1、根据机床结构和转台位置，确定球杆仪在转台坐标系上的六个安装位置；步骤2、结合各个位置处球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立各个位置处球杆仪读数与转台几何误差之间的关系；步骤3、根据各个安装位置处球杆仪两个测量球在转台坐标系下的详细坐标和具体的测量方向齐次向量建立转台的六个集成误差表达式；步骤4、根据转台垂直度误差和位置偏差的性质，从六个集成误差中分离得到转台十项几何误差的辨识公式；步骤5、根据转台几何误差对机床精度影响模型和各个位置球杆仪测量方向建立球杆仪两个测量球安装误差对各个位置处球杆仪读数影响模型；步骤6、依次在各个安装位置处安装球杆仪，然后转动转台得到各个安装位置处转台在不同转角处的球杆仪读数；步骤7、根据球杆仪安装误差对球杆仪读数影响模型和球杆仪读数进行拟合，来消除安装误差影响得到剔除安装误差后的球杆仪数据；步骤8、根据球杆仪测量球的具体坐标和剔除安装误差后的球杆仪数据，利用十项几何误差辨识公式计算得到转台所有的几何误差。步骤1中根据机床结构和转台位置，确定球杆仪六个安装位置，包括步骤：步骤1.1、根据机床结构和转台位置建立转台坐标系：在转台转角为零时，Z轴与转台旋转轴线重合，X轴和Y轴分别与机床的X进给轴和Y进给轴平行；步骤1.2、确定球杆仪在转台坐标系下的六个安装位置，即球杆仪两个测量球的位置坐标，具体如下：安装位置1处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[R,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,0]；安装位置2处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[R,0,L]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,L]；安装位置3处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,R,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,0]；安装位置4处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,R,L]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,L]；安装位置5处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,R]；安装位置6处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,R,0]；其中R为球杆仪的公称长度，L为z向坐标值，其数值不为零。进一步地，步骤2中结合球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立球杆仪读数与转台几何误差之间的关系，包括步骤：步骤2.1、球杆仪测量方向表示为在转台坐标系下，与转台连接的测量球指向与主轴连接的测量球的单位向量，代表了球杆仪可以测量该方向上的综合误差。V＝[vx,vy,vz,0]T表示球杆仪测量方向的齐次向量。则安装位置1和安装位置2处球杆仪测量方向为V1,2＝[-1,0,0,0]T。步骤2.2、根据机床几何误差模型，得到转台几何误差对机床精度影响模型，然后结合各个位置处主轴连接的测量球的初始坐标，并忽略线性轴误差，得到该测量球相对于转台的齐次坐标Ps。步骤2.3、根据球杆仪测量方向，得到球杆仪读数与转台几何误差关系为：(R+ΔR)·V＝Ps-Pc。其中ΔR表示球杆仪读数，Pc表示与转台连接的测量球坐标。因为球杆仪方向向量为单位向量，那么球杆仪读数与转台几何误差关系可表示为：ΔR＝ΔR·VTV＝VT·(Ps-Pc)-R进一步地，步骤3中，根据球杆仪读数与转台几何误差关系得到的六个集成误差包含了垂直度误差和转台位置偏差的影响。同时在安装位置6处，根据球杆仪读数与转台几何误差关系，在转台转动角度为0°，90°，180°，270°和360°处时相应的集成误差对球杆仪读数无影响，所以这些特殊位置处的集成误差需要额外处理，即转台转动角度为0°和360°时，相应的集成误差为0，而转台转动角度为90°，180°，270°时，相应的集成误差根据前后相邻位置点的误差值进行插值得到。进一步地，步骤4中，根据转台垂直度误差和位置偏差的性质，从六个集成误差中分离得到转台十项几何误差的辨识公式，包括步骤：步骤4.1、垂直度误差是与转台旋转角度无关的误差，表示转台与相邻轴的角度偏差，其误差值是一个恒定数值。六项集成误差中，垂直度误差被作为转角误差的一部分，而转台三项转角基本几何误差是随着转台角度变化的，同时在转台零位置处的定义为0，那么可从集成误差中的转角误差分离得到转台的2项垂直度误差和3项基本转角误差。步骤4.2、位置偏差与转台旋转角度无关，表示转台与相邻轴的位置偏差，是一个恒定数值。六项集成误差中位置误差被作为线性误差的一部分，而转台三项线性基本几何误差随着转台角度变化的，且在转台零位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据机床结构和转台位置，确定球杆仪在转台坐标系上的六个安装位置；步骤2、结合各个安装位置处球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立各个位置处球杆仪读数与转台几何误差之间的关系；步骤3、根据各个安装位置处球杆仪两个测量球在转台坐标系下的详细坐标和具体的测量方向齐次向量建立转台的六个集成误差表达式；步骤4、根据转台垂直度误差和位置偏差的性质，从六个集成误差中分离得到转台十项几何误差的辨识公式；步骤5、根据转台几何误差对机床精度影响模型和各个位置球杆仪测量方向建立球杆仪两个测量球安装误差对各个位置处球杆仪读数影响模型；步骤6、依次在各个安装位置处安装球杆仪，然后转动转台得到各个安装位置处转台在不同转角处的球杆仪读数；步骤7、根据球杆仪安装误差对球杆仪读数影响模型对球杆仪读数进行拟合，消除安装误差影响得到剔除安装误差后的球杆仪数据；步骤8、根据球杆仪测量球的具体坐标和剔除安装误差后的球杆仪数据，利用十项几何误差辨识公式计算得到转台所有的几何误差。

【技术特征摘要】
1.一种多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据机床结构和转台位置，确定球杆仪在转台坐标系上的六个安装位置；步骤2、结合各个安装位置处球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立各个位置处球杆仪读数与转台几何误差之间的关系；步骤3、根据各个安装位置处球杆仪两个测量球在转台坐标系下的详细坐标和具体的测量方向齐次向量建立转台的六个集成误差表达式；步骤4、根据转台垂直度误差和位置偏差的性质，从六个集成误差中分离得到转台十项几何误差的辨识公式；步骤5、根据转台几何误差对机床精度影响模型和各个位置球杆仪测量方向建立球杆仪两个测量球安装误差对各个位置处球杆仪读数影响模型；步骤6、依次在各个安装位置处安装球杆仪，然后转动转台得到各个安装位置处转台在不同转角处的球杆仪读数；步骤7、根据球杆仪安装误差对球杆仪读数影响模型和球杆仪读数进行拟合，消除安装误差影响得到剔除安装误差后的球杆仪数据；步骤8、根据球杆仪测量球的具体坐标和剔除安装误差后的球杆仪数据，利用十项几何误差辨识公式计算得到转台所有的几何误差；所述步骤1中，根据机床结构和转台位置，确定球杆仪六个安装位置，包括步骤：步骤1.1、根据机床结构和转台位置建立转台坐标系：在转台转角为零时，Z轴与转台旋转轴线重合，X轴和Y轴分别与机床的X进给轴和Y进给轴平行；步骤1.2、确定球杆仪在转台坐标系下的六个安装位置，即球杆仪两个测量球的位置坐标，具体如下:安装位置1处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[R,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,0]；安装位置2处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[R,0,L]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,L]；安装位置3处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,R,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,0]；安装位置4处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,R,L]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,L]；安装位置5处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,0,R]；安装位置6处球杆仪与转台连接的测量球坐标为[0,0,0]，与主轴连接的测量球坐标为[0,R,0]；其中R为球杆仪的公称长度，L为z向坐标值。2.根据权利要求1所述的多轴数控机床转台几何误差六位置辨识方法，其特征在于，所述步骤2中，结合球杆仪测量方向以及转台几何误差对机床精度影响模型，建立球杆仪读数与转台几何误差之间的关系，包括步骤：步骤2.1、确定球杆仪测量方向，球杆仪测量方向为在转台坐标系下，与转台连接的测量球指向与主轴连接的测量球的单位向量；步骤2.2、根据机床几何...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅建中，付国强，贺永，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33