一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法技术

本发明专利技术公开了一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，属于机床误差检测技术领域，其特征在于，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法


[0001]本专利技术涉及到机床误差检测
，尤其涉及一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法
。

技术介绍

[0002]五轴数控机床作为一种专门用于加工复杂曲面的专用加工装备，被广泛应用于飞机结构件
、
轮机叶片
、
汽车模具等复杂曲面结构的加工，在航空航天
、
汽车制造等领域具有举足轻重的地位
。
加工精度是评价五轴数控机床性能与技术水平的核心指标，对加工精度进行检测，对五轴数控机床的使用和改进具有非常重要的意义
。
[0003]对于五轴数控机床的加工精度检测，主要分为两个大类
。
即静态检测与模拟真实加工工况的综合检测
。
静态检测指的是使用激光干涉仪
、
接触式精密侧头等仪器对机床的各位置的精度进行静态的定点测量，该类方法能够准确的反映五轴数控机床的定位精度信息，因而被广泛应用
。
然而，影响五轴数控机床加工精度的误差源，即包含由于机床部件加工误差
、
装配误差导致的静态定位误差，也包含由于伺服系统跟踪时延等因素导致加工运动过程中出现的动态误差，而静态检测方法无法反映动态误差对加工精度的影响
。
因此，能够模拟真实加工工况的综合检测，同样被广泛应用于五轴数控机床的精度检测与误差补偿的指导
。
[0004]公开号为
CN112518422A
，公开日为/>2021
年
03
月
19
日的中国专利文献公开了一种五轴
AC
转摆头龙门机床几何误差建模及分离方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1)
针对五轴
AC
转摆头龙门机床的结构和传动形式，根据多体运动学理论和齐次坐标变换理论，得到轴间相对运动转换矩阵，建立机床从刀具坐标系到工件坐标系的运动学模型；步骤
2)
首先定义机床直线轴
21
项几何误差和旋转轴
20
项几何误差的物理意义，其次根据机床不同的运动组合形式，分别建立仅考虑直线轴
、
仅考虑旋转轴以及同时考虑直线轴和旋转轴几何误差影响的刀尖点空间误差模型；步骤
3)
在机床最大行程范围内，按照
X、Y、Z
各方向轨迹测点个数相同的原则，生成直线轴几何误差空间测量轨迹，利用激光跟踪仪测量刀尖点在各测点坐标对应的实际空间坐标，使用单基站分次测量的方法，改变6次基站和靶球安装位置，根据每个测量位置刀尖点靶球到基站实际距离与理论距离的差值，实现直线轴
21
项几何误差的分离计算；步骤
4)
根据仅考虑直线轴几何误差的刀尖点空间误差模型，计算由直线轴几何误差引起的球杆仪杆长变化量，由杆长变化量实验测量值剔除直线轴几何误差引起的杆长变化量理论值得到仅由旋转轴几何误差引起的杆长变化量，通过
A、C
轴各测量模式下球杆仪两端测球球心理论坐标，得到对应测量模式下由旋转轴几何误差引起的杆长变化量理论值计算公式；步骤
5)
分别设计
A、C
轴各自的测量运动轨迹，球杆仪一端固定在工作台上，一端固定在刀尖点，要求
A
轴从
‑
90
°
转动到
90
°
，
C
轴从0°
转动到
360
°
，且
A、C
轴与球杆仪分别满足轴
向
、
径向
、
切向的安装关系，由此得到六种不同测量模式下球杆仪两端测球球心的理论坐标；步骤
6)
通过旋转轴和直线轴间相对运动关系建立刀尖点侧球在机床坐标系下的运动转化矩阵，根据球杆仪两端测球球心坐标分别计算每项
PIGE
误差单独作用时不同测量角度对应的球杆仪杆长变化量，由此确定8项
PIGE
误差的敏感方向，根据8项
PIGE
误差在各自误差敏感方向对应的杆长变化量表达式，实现各项
PIGE
误差的分离；步骤
7)
通过旋转轴几何误差模型建立
12
项
PDGE
误差与球杆仪杆长变化量的相互关系，得出
A、C
轴各6项
PDGE
误差引起的杆长变化量表达式，通过测量三组球杆仪在不同初始安装坐标下的杆长变化量，联立方程组，得出
A、C
轴各6项
PDGE
误差的表达式，将不同转角对应的杆长变化量测量值代入，得到
A、C
轴在整个行程内不同角度对应的
PDGE
误差，实现
12
项
PDGE
误差的分离
。
[0005]该专利文献公开的五轴
AC
转摆头龙门机床几何误差建模及分离方法，具有较好的通用性
。
但是，不能将检测过程中相互混杂耦合的静态误差和动态误差进行有效分离，影响检测效率
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，本专利技术无需使用多种不同的检测方案对不同误差源类型进行分别检测，仅需两次互相反向的重复检测并进行简单的叠加对消计算，即可将检测过程中相互混杂耦合的静态误差和动态误差进行分离，提升检测效率
。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、
操作机床进行正向的试件切削检测或顺序运行非切削空载运动检测；
b、
操作机床进行反向的试件切削检测或逆序运行非切削空载运动检测；
c、
将正向和反向检测中同一对应位置的误差进行对应，若误差数据为试件的加工误差数据，则对于正向切削的试件和反向切削的试件，将同一测点试件的加工误差进行对应；若误差数据为非切削空载运动检测获得的位置误差数据，则将逆序检测获得的位置误差数据进行时间倒序排列，并与顺序检测获得的位置误差数据依照时间序列进行对应；
d、
通过对消计算，得到动态误差和静态误差，将五轴机床的误差检测数据分解为动态误差分量和静态误差分量；
e、
计算静态误差因素占比和动态误差因素占比
。
[0008]所述步骤
a
中，试件切削检测是指使用三坐标机测量试件表面点位的加工误差
。
[0009]所述步骤
a
中，非切削空载运动检测是指通过球杆仪获取位置误差或通过采集机床内部数据计算得到位置误差
。
[0010]所述步骤
d
中，静态误差是指设计缺陷
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、
操作机床进行正向的试件切削检测或顺序运行非切削空载运动检测；
b、
操作机床进行反向的试件切削检测或逆序运行非切削空载运动检测；
c、
将正向和反向检测中同一对应位置的误差进行对应，若误差数据为试件的加工误差数据，则对于正向切削的试件和反向切削的试件，将同一测点试件的加工误差进行对应；若误差数据为非切削空载运动检测获得的位置误差数据，则将逆序检测获得的位置误差数据进行时间倒序排列，并与顺序检测获得的位置误差数据依照时间序列进行对应；
d、
通过对消计算，得到动态误差和静态误差，将五轴机床的误差检测数据分解为动态误差分量和静态误差分量；
e、
计算静态误差因素占比和动态误差因素占比
。2.
根据权利要求1所述的一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，其特征在于：所述步骤
a
中，试件切削检测是指使用三坐标机测量试件表面点位的加工误差
。3.
根据权利要求1所述的一种针对五轴机床精度检测的误差分析方法，其特征在于：所述步骤
a
中，非切削空载运动检测是指通过球杆仪获取位置误差或通过采集机床内部数据计算得到位置误差
。4.
根据权利要求1所述的一种针对五轴机床精度检测的误差分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁启程，刘大炜，朱绍维，李颖，陶文坚，费亚，谢睿，虎瑛，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：