一种机床几何关键性误差识别方法，属于机床精度设计技术范畴,其特征在于包括：（1）根据机床的结构与运动特点，将机床抽象成多体系统，用拓扑结构和低序体阵列描述机床各部分的关联性；（2）在多体系统中建立广义坐标系，用齐次变换矩阵把机床各部件的误差量之间的耦合关系表述出来；推导出机床中两相邻体之间相对运动的特征矩阵和运动方程，从而建立加工中心的精度模型；（3）据精密卧式加工中心的精度模型，利用矩阵微分法建立四轴机床误差敏感度分析的一般数学模型；（4）通过计算各个部件单元几何误差的敏感度，比较各个误差元素对总的空间误差的影响程度，最终识别出了影响机床加工精度的关键性误差源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到机床误差分析与精度设计领域，更具体地涉及到对机床加工精度影响比较大的关键几何误差源参数的识别。
技术介绍
随着航空航天、军工、船舶、汽车等行业对精密零件加工的要求越来越高，机床的精度性能显得更加重要。影响机床整体加工精度的各类误差主要有机床零部件的几何误差、热误差、载荷误差、伺服误差和插补误差。机床的几何误差体现在各零部件上，最终均将反映在被加工工件的加工误差上。传统的机床设计中，主要依靠经验的方法设计各部件的精度等级。由于各环节误差对机床整体精度的影响程度不同，因此为了节约机床的设计及制造成本，对机床进行误差敏感度分析并找到影响加工精度的关键几何误差因素显得尤其重要。国内外许多学者对数控机床空间误差建模方法进行了较广泛而深入的研究，先后出现了几何建模法、误差矩阵法、二次关系模型法、机构学建模法、刚体运动学法和多体系统理论法等。其中，多体系统是一般机械系统最为全面的完整抽象、高度概括和有效描述，是分析和研究机械系统的有效模型形式，目前国内外众多学者已应用多体系统理论对机床进行了精度建模与分析。在灵敏度分析方面，已有研究针对并联机构及并联机床建立了基于统计的灵敏度系数数学模型，但是针对串联机床误差进行敏感度分析的研究和方法很少，对机床的误差溯源研究深度不够，缺乏具有一般通用性的机床误差敏感度分析及关键参数识别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机床关键几何源误差识别方法，为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据，为机床的精度设计提供有效借鉴。本专利技术的特征在于，本专利技术是一种精密卧式加工中心的机床几何关键性误差识别方法，是在计算机中依次按以下步骤实现的步骤(I)计算机初始化向所述计算机输入所述精密卧式加工中心的下述技术指标工作台面lXb/mm2，三轴方向的行程Sx, SY, Sz/mm,快速进给Vm/min,定位精度A /mm,重复定位精度A j/mrn,刀柄型号和主轴最高转速rmax/ (r mirT1)，所述精密卧式加工中心由床身(0)，X轴运动部件(1)，Y轴运动部件(2)，刀具(3)，Z轴运动部件(4)，工作台(5)组成，所述X轴沿所述精密卧式加工中心的宽度设置，Y轴沿作为Y轴运动部件的主轴箱的高度设置，Z轴沿作为X轴运动部件的床身(0)的长度方向设置，所述工作台是绕垂直地设在所述工作台(5)上的B轴转动的，工件(6)固定在所述工作台(5)上，所述刀具(3)垂直地安装在主轴箱上，步骤(2)所述精密卧式加工中心的初始化，设置广义坐标系；步骤(2.1)建立所述精密卧式加工中心的低序体阵列；定义包括工件(6 )在内的所述精密卧式加工中心各个组成部件为“体”，用B」表示，j=0, I, 2，3，4，5，6, j表示所述“体”的序号；把所述精密卧式加工中心分为刀具分支和工件分支，共两个分支，所述的刀具分支是指床身(0) — X轴运动部件(I) 一Y轴运动部件(2) —刀具(3)这一个分支，所述工件分支是指床身(0) — Z轴运动部件(4) 一工作台(5) —工件(6)这一个分支，分别按所述“体” Bj的序号排列，排成一个机床拓扑结构图。根据所述机床拓扑结构图构建所述精密卧式加工中心的低序体阵列以所述“体”Bj的序号j为所述低序体阵列的序号，j=l, 2，3，4，5，6增长数列顺序编号，以所述“体”Bj的n阶低序体数列Ln(J)为行，n=3, 2，I, 0，L3(J)为零阶低序体序列，L°(j)为三阶低序体，以此类推，阶n的编号按降序排列，阶数按升序排列，所述低序体阵列中左边的元素取自所建刀具分支中的各个所述“体”的序号，右边的元素取自所建工件分支中的各个所述“体”的序号，各有三列元素，元素表示的是所述机床拓扑结构中对应的所述“体”的序号，每列元素中排除床身(0)的序号，按照L°(j) -L3(J)的次序，从所建的刀具分支和工件分支中各自按最低的所述“体”的序列，向下面的序号值选取，若无所建“体”的序号，则元素值为0，随着列的序号j的值递增则从所述刀具分支和工件分支中逐步提高所述“体”的序号值，所述低序体阵列表示了所述精密卧式加工中心中各个所述组成部件即“体”之间的位置和相对运动的关系，步骤(2. 2)用相应设置的坐标系的位置和姿态变换来表示所述各“体”之间的位置和运动关系，在床身和所述X、Y、Z各轴运动部件上建立固接的右手笛卡尔坐标系，称为广义坐标系，也称参考坐标系数，各个所述“体”的坐标系称为子坐标系，每个子坐标系的3个正交基按右手定则分别为X轴、Y轴和Z轴，各个子坐标系的相对应的坐标轴分别对应地平行，X轴运动部件(I)、Y轴运动部件(2 )、Z轴运动部件(4)、装有工件(6 )的工作台(5 )的子坐标系与对应的低序体的坐标系重合，刀具(3)的子坐标系的原点与主轴端面的中心重合，工件(6)的子坐标系设在工件(6)上，步骤(2. 3)所述精密卧式加工中心所需测量的各项误差的允许范围，输入到所述计算机中，步骤(3)建立所述精密卧式加工中心的特征矩阵，所述特征矩阵是指各所述相邻近“体”间的变换特征矩阵表I精密卧式加工中心的特征矩阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机床几何关键性误差识别方法，其特征在于是一种精密卧式加工中心的机床几何关键性误差识别方法,是在计算机中依次按以下步骤实现的:步骤(1)计算机初始化:向所述计算机输入所述精密卧式加工中心的下述技术指标:工作台面l×b/mm2,三轴方向的行程SX,SY，SZ/mm，快速进给Vm/min，定位精度Δ/mm，重复定位精度Δ1/mm，刀柄型号和主轴最高转速rmax/(r·min?1),所述精密卧式加工中心由床身（0），X轴运动部件（1），Y轴运动部件（2），刀具（3），Z轴运动部件（4），工作台（5）组成，所述X轴沿所述精密卧式加工中心的宽度设置，Y轴沿作为Y轴运动部件的主轴箱的高度设置，Z轴沿作为X轴运动部件的床身（0）的长度方向设置，所述工作台是绕垂直地设在所述工作台（5）上的B轴转动的，工件（6）固定在所述工作台（5）上，所述刀具（3）垂直地安装在主轴箱上,步骤（2）所述精密卧式加工中心的初始化，设置广义坐标系；步骤（2.1）建立所述精密卧式加工中心的低序体阵列；定义包括工件（6）在内的所述精密卧式加工中心各个组成部件为“体”，用Bj表示，j＝0,1,2,3,4,5,6，j表示所述“体”的序号；把所述精密卧式加工中心分为刀具分支和工件分支，共两个分支，所述的刀具分支是指床身（0）—X轴运动部件（1）—Y轴运动部件（2）—刀具（3）这一个分支，所述工件分支是指床身（0）—Z轴运动部件（4）—工作台（5）—工件（6）这一个分支，分别按所述“体”Bj的序号排列，排成一个机床拓扑结构图,根据所述机床拓扑结构图构建所述精密卧式加工中心的低序体阵列：以所述“体”Bj的序号j为所述低序体阵列的序号，j=1,2,3,4,5,6增长数列顺序编号，以所述“体”Bj的n阶低序体数列Ln(j)为行，n=3,2,1,0,L3(j)为零阶低序体序列，L0(j)为三阶低序体，以此类推，阶n的编号按降序排列，阶数按升序排列，所述低序体阵列中左边的元素取自所建刀具分支中的各个所述“体”的序号，右边的元素取自所建工件分支中的各个所述“体”的序号，各有三列元素，元素表示的是所述机床拓扑结构中对应的所述“体”的序号，每列元素中排除床身（0）的序号，按照L0(j)→L3(j)的次序，从所建的刀具分支和工件分支中各自按最低的所述“体”的序列，向下面的序号值选取,若无所建“体”的序号，则元素值为0，随着列的序号j的值递增则从所述刀具分支和工件分支中逐步提高所述“体”的序号值，所述低序体阵列表示了所述精密卧式加工中心中各个所述组成部件即“体”之间的位置和相对运动的关系，步骤（2.2）用相应设置的坐标系的位置和姿态变换来表示所述各“体”之间的位置和运动关系，在床身和所述X、Y、Z各轴运动部件上建立固接的右手笛卡尔坐标系，称为广义坐标系，也称参考坐标系数，各个所述“体”的坐标系称为子坐标系，每个子坐标系的3个正交基按右手定则分别为X轴、Y轴和Z轴，各个子坐标系的相对应的坐标轴分别对应地平行，X轴运动部件（1）、Y轴运动部件（2）、Z轴运动部件（4）、装有工件（6）的工作台（5）的子坐标系与对应的低序体的坐标系重合，刀具（3）的子坐标系的原点与主轴端面的中心重合，工件（6）的子坐标系设在工件（6）上，步骤（2.3）所述精密卧式加工中心所需测量的各项误差的允许范围，输入到所述计算机中，步骤（3）建立所述精密卧式加工中心的特征矩阵，所述特征矩阵是指各所述相邻近“体”间的变换特征矩阵：其中，p为静止下标，s为运动下标，Δ为相对误差符号。现在详细表述各个特征矩阵如下：T01p＝I4×4，ΔT01p＝I4×4，T01s=100x010000100001,ΔT01s=1-ΔγXΔβXΔxXΔγX1-ΔαXΔyX-ΔβXΔαX1ΔzX0001T12p＝I4×4，ΔT12p=1-ΔγXY00ΔγXY10000100001,T12s=1000010y00100001,ΔT12s=1-ΔγYΔβYΔxYΔγY1-ΔαyΔyY-ΔβYΔαY1ΔzY0001,T23p＝I4×4，...
【技术特征摘要】
1.一种机床几何关键性误差识别方法，其特征在于是一种精密卧式加工中心的机床几何关键性误差识别方法，是在计算机中依次按以下步骤实现的 步骤(I)计算机初始化 向所述计算机输入所述精密卧式加工中心的下述技术指标 工作台面lxb/mm2，三轴方向的行程Sx, SY, Sz/mm,快速进给Vm/min,定位精度Δ/mm，重复定位精度Δ j/mm,刀柄型号和主轴最高转速rmax/ (r · mirT1)， 所述精密卧式加工中心由床身(O )，X轴运动部件(I)，Y轴运动部件(2 )，刀具(3 )，Z轴运动部件(4)，工作台(5)组成，所述X轴沿所述精密卧式加工中心的宽度设置，Y轴沿作为Y轴运动部件的主轴箱的高度设置，Z轴沿作为X轴运动部件的床身(O)的长度方向设置，所述工作台是绕垂直地设在所述工作台(5)上的B轴转动的，工件(6)固定在所述工作台(5)上，所述刀具(3)垂直地安装在主轴箱上， 步骤(2)所述精密卧式加工中心的初始化，设置广义坐标系； 步骤(2.1)建立所述精密卧式加工中心的低序体阵列； 定义包括工件(6)在内的所述精密卧式加工中心各个组成部件为“体”，用B」表示，j =·O,I, 2，3，4，5，6, j表不所述“体”的序号； 把所述精密卧式加工中心分为刀具分支和工件分支，共两个分支，所述的刀具分支是指床身(O) —X轴运动部件(I) —Y轴运动部件(2) —刀具(3)这一个分支，所述工件分支是指床身(O) — Z轴运动部件(4) 一工作台(5) —工件(6)这一个分支，分别按所述“体B」的序号排列，排成一个机床拓扑结构图， 根据所述机床拓扑结构图构建所述精密卧式加工中心的低序体阵列 以所述“体％的序号j为所述低序体阵列的序号，j=l，2，3...
【专利技术属性】
技术研发人员：程强，肖传明，顾佩华，鹿怀庆，蔡力钢，
申请(专利权)人：北京工业大学，汕头大学，
类型：发明
国别省市：
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