一种多轴数控机床C轴几何误差测量系统及参数辨识方法技术方案

一种多轴数控机床C轴几何误差测量系统及参数辨识方法，针对多轴数控机床C轴的结构和特点，根据球杆仪的工作原理，利用多体系统理论，建立了在径向、切向和轴向三种联动模式下带有几何误差的运动方程和理想状态下的运动方程，通过球杆仪的两端位置变化量，并将球杆仪的两端坐标分别表述到同一坐标系中，求出两点间的实际距离，从而建立理论模型与实际测量值的关系，实现了C轴8项几何误差参数的辨识。本发明专利技术辨识出了旋转C轴全部的误差项，解决了几何误差参数间存在的耦合现象，而且准确，快捷，辨识精度高，对实现多轴数控机床其余旋转轴的误差辨识都具有重大的理论意义和现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多轴数控机床C轴几何误差测量系统及参数辨识方法
本专利技术涉及一种几何误差参数辨识测量系统及方法，适用于多轴数控机床旋转轴C轴，通过建立理论数学模型与实际测量值的关系，实现几何误差参数的识别。
技术介绍
在现代制造业中，多轴数控机床能同时调整刀具相对于工件的切削位置和方向。因此，相对于传统的三轴数控加工，多轴数控机床具有更高的切削效率和加工精度，在航空、航天、能源和国防等领域中加工复杂零件起到一个重要的作用，是提升我国制造水平的技术突破口。但由于多轴数控机床增加了旋转轴，其几何误差参数显著增多，且相互存在复杂耦合关系。因此给几何误差参数的辨识带来了较大的困难，同时对误差辨识方法提出了更高的要求，目前，针对旋转轴的辨识方法相对较少，且大多数对模型中的误差参数进行了简化，忽略了各个误差参数之间的耦合情况，导致辨识精度下降。因此探索一种较为准确的误差辨识方法，全面考虑误差参数的耦合关系，实现多轴数控机床几何误差参数的准确辨识是十分必要的。鉴于多轴数控机床旋转轴的类似性，又由于C轴是多轴数控机床中一种比较常见的旋转轴，因此对于C轴的几何误差参数的辨识方法的研究具有一定的代表性。专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多体系统理论的多轴数控机床C轴几何误差参数辨识方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立相邻两体运动关系方程两个运动体的相互位置情况，令{rl}＝{rx ry rz 1}

【技术特征摘要】
1.一种基于多体系统理论的多轴数控机床C轴几何误差参数辨识方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立相邻两体运动关系方程两个运动体的相互位置情况，令{rl}＝{rxryrz1}T表示L体上Pl点相对于L体坐标系的位置阵列，令{Plh}＝{xlhylhzlh1}T表示Pl点相对于I体坐标系的位置阵列，根据多体系统理论建立两体运动关系方程，由此可得：{Plh}＝[SIL]p[SIL]pe[SIL]s[SIL]se{rl}(1)式中，[SIL]p为L体相对于I体的相对位置变换矩阵，[SIL]pe为L体相对于I体的相对位置误差变换矩阵，[SIL]s为L体相对于I体的相对运动变换矩阵，[SIL]se为L体相对于I体的相对运动误差变换矩阵；(2)C轴几何误差参数辨识方法分析C轴几何误差参数总共8项，分别为：与位置点有关的跳动误差(δx(C)，δy(C)，δz(C))、颠摆和偏摆误差(εx(C)，εy(C))、滚摆误差(εz(C))和与位置点无关的垂直度误差(εxC，εyC)；Ph点为球杆仪与工作台连接端，Ah、Bh、Dh点为与刀具主轴连接端，假设在运动时轴X轴、Y轴误差均已被补偿，则Ah、Bh、Dh点在运动过程中形成的轨迹为理想轨迹，由于运动时工作台存在几何误差，因此工作台上一点Ph在实际运动过程中就会偏离理想位置Ph点到达实际位置Ph′点，PhAh、PhBh、PhDh分别是径向、切向、轴向测量的球杆仪理想位姿，且理论长度分别为dr、dt、ds，由于几何误差误差的存在，实际运动过程中PhAh、PhBh、PhDh变为了Ph′Ah、Ph′Bh、Ph′Dh；Ql-xQlyQlzQl坐标系为L体实际运动参考坐标系，为L体实际体参考坐标系，Ql-xQlyQlzQl与之间的关系表明L体的运动情况，理想点Ph、Ah、Bh、Dh在坐标系Ql-xQlyQlzQl中的位置为：(3)径向几何误差参数识别根据式(1)可得，在径向模式下理论位置点Ph通过有误差的运动链描述到旋转中心处静止坐标系中，可得实际位置点P′h为：式中，Ch为工作台(C轴)旋转的角度，L为球杆仪工作台端球中心在旋转中心坐标系X向坐标值，H为球杆仪工作台端球中心在旋转中心坐标系Z向坐标值；由于与刀具主轴联接端的运动轨迹为理想轨迹，因此根据(1)式，将矩阵中运动误差参数均置为零，可得理论位置点Ah在坐标系中的无运动误差的位置点为：式中，dr为径向的球杆仪理论长度；则在坐标系中，P′h与Ah之差为：根据式(4)求得P′h与Ah之间的距离表达式为：根据式(5)建立如下等式：式中，Δdr为球杆仪从初始位置到第h个位置的径向杆长变化量；将(6)式方程两边同时平方化简可得：-δx(Ch)-H(εy(Ch)+εxCcosCh-εyCsinCh)＝Δdr(7)在(7)式中，令：Wh＝εy(Ch)+εxCcosCh-εyCsinCh(8)取二组不同H的可以得到：-δx(Ch)-H1Wh＝Δdr1(9)-δx(Ch)-H2Wh＝Δdr2(10)用式(10)减去式(9)可得：将式(11)代入(9)可得：δx(Ch)＝-H1Wh-Δdr1(12)当Ch＝0即轴还未运动，运动角误差εy(Ch)为0，由此可得：εxC＝W0(13)(4)切向几何误差参数识别同理可得，在坐标系中，P′h与Bh之差为:根据式(14)求得Ph′与Bh之间的距离表达式为...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晋伟，邬昌军，李中生，陶浩浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11