【技术实现步骤摘要】
基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法
本专利技术涉及数控
，尤其涉及一种基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法。
技术介绍
一个三轴数控机床包括三条直线运动轴，由于加工制造和装配等原因机床产生误差。刚体在空间上有6个自由度，所以每个直线运动轴在空间有6个误差元素，即3个移动误差和3个角度误差，三轴共计18项误差，再加上三轴两两并不完全垂直所产生的3项垂直度误差，这样总计21项误差。目前，应用比较成熟的误差补偿法采取的是单轴误差补偿法，即对机床三个运动轴误差项分别进行补偿，包括垂直度误差补偿，但由于现有技术中无法补偿角度误差，导致整体补偿效果不稳定。三个运动轴误差在机床行程空间上形成耦合叠加效应产生误差场，如何准确的掌握机床在空间任意位置的误差，是实现高精度补偿的前提。专利“一种机床全行程空间误差的测量方法”提出了一种直接测量机床全工作空间的误差方法，但安装测量仪器对光要求十分苛刻，同时受到机床结构的限制，这些原因大大限制了其应用与推广；同时经过文献检索发现，有大量文献提出，运用齐次坐标变换，通...
【技术保护点】
1.一种基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于，包括步骤：/na.测量机床三个运动轴误差及垂直度误差，获取三轴误差数据项；/nb.根据三轴误差数据计算机床误差场特征点空间三项误差，并存储在数控系统中；/nc.根据立方体8个顶点特征点误差数据预测机床空间非特征点误差补偿值。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于，包括步骤：
a.测量机床三个运动轴误差及垂直度误差，获取三轴误差数据项；
b.根据三轴误差数据计算机床误差场特征点空间三项误差，并存储在数控系统中；
c.根据立方体8个顶点特征点误差数据预测机床空间非特征点误差补偿值。
2.根据权利要求1所述的基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于：在步骤a中，包括a1.确定机床三个轴上的误差测点；根据三个运动轴的最大行程，保证等间距测量的原则，选取X轴测点数为m、Y轴测点数为n、Z轴测点数为k，其中：m，n，k为自然数。
3.根据权利要求2所述的基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于：在步骤a中，包括a2.采用激光干涉仪测量21项误差数据项；具体的包括：a21.测量X轴6项误差数据项；a22.测量Y轴6项误差数据项；a23.用X轴与Y轴数据，计算X轴与Y轴垂直度误差；a24.测量Z轴6项误差；a25.用X轴与Z轴数据，计算X轴与Z轴垂直度误差；a26.重新安装干涉仪激光头，测量Y轴6项误差数据及Z轴6项误差数据，用Y轴与Z轴误差数据计算Y轴与Z轴垂直度误差；完成机床三运动轴所有误差项的测量。
4.根据权利要求3所述的基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于：在步骤b中，包括b1.计算工件运动链误差；
理想情况下工件运动链相对于参考坐标系位姿转换矩阵为：
其中为理想运动旋量，x、y为运动轴；为测量点即激光干涉仪安装位置相对于参考坐标系的初始位姿矩阵：
由于三轴机床直线轴存在6项运动误差，将误差运动矢量加入到运动变换矩阵中；工作台上刀尖点位置相对于参考坐标系的实际转换矩阵表示为：
其中为实际运动矢量，ya、xa为实际运动轴方向，为Y轴运动误差矢量转换矩阵，为X轴运动误差矢量转换矩阵；为测量点实际相对于参考坐标系的刚体转换矩阵；
对于直线轴，运动矢量和矢量矩阵表示为：
其中vi移动轴方向的单位向量，工件运动链的位置和角度误差表示为刀尖点实际位置和姿态减去刀尖点的理想位置和姿态：
其中ΔPbw代表刀尖点在参考坐标系中的误差，pw＝[XtwYtwZtw]代表刀尖点在以测量点为原点的局部坐标系中的坐标；
联立式1-1到1-3求得：
5.根据权利要求4所述的基于误差场特征点的三轴数控机床空间误差预测方法，其特征在于：在步骤b中，包括b2.计算刀尖点运动误差；
刀具工具链由Z轴和刀具组成，刀具运动链相对于参考坐标系位姿转换矩阵为：
工作台上刀尖点位置相对于参考坐标系的实际转换矩阵表示为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国华，胡海莹，向华，张林，王超，李波，赵殿章，
申请(专利权)人：襄阳华中科技大学先进制造工程研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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