专利名称：：五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法
技术领域：
：本发明属于数控系统技术，尤其是五轴联动数控加工机床的几何误差测试
技术领域：
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背景技术：
：由于五轴联动机床在加工具有复杂曲面的零件中具有更好的曲面适应性、更少的装夹次数和夹具数量、更高的材料切除率等优点。因此五轴联动数控机床被广泛用于涡轮、螺旋桨叶片和复杂飞机结构件的加工等。现代制造业对零件的加工精度的要求越来越高，从而对数控机床的精度要求也越来越高。由于五轴联动数控机床增加了两个回转摆动轴，和三轴联动机床相比，其刚度有所降低，同时其几何精度也有所降低。机床几何误差补偿是当前提高五轴联动数控机床加工精度的最有效措施，而机床几何误差补偿的前提是必须获得机床当前的几何误差信息。五轴联动数控机床的几何误差包括平动轴几何误差及回转摆动轴几何误差，平动轴几何误差测量方法已经得到很好的解决，国标及ISO标准中均有标准的测量方法。此外，国内外学者还针对平动轴几何误差提出了基于激光干涉仪的二十二线、十四线、十二线、九线等辨识方法。然而，回转摆动轴几何误差的测量却一直没有得到很好的解决，国内、国际对回转摆动轴几何误差的定义及测量方法尚未形成一个统一的标准。以刀具A和摆动工作台C回转类型的五轴联动数控机床为例，图3列出了其回转摆动轴的12项几何误差通用定义。机床几何误差的测量可分为直接测量和间接辨识，直接测量即采用合适的测量设备直接测得所要检测的几何误差项；间接辨识是先测得综合几何误差或与所要检测的几何误差项相关联的中间量，再通过精确、有效的数学模型计算出要检测的几何误差项。对五轴联动数控机床而言，由于回转摆动轴结构具有封闭性，要直接检测其回转摆动轴的几何误差是很困难的。此时，几何误差辨识就成为了首选的方法。根据公开的文献，目前W.T.Lei发明了一种名为“3Dprobe-ball”的测量装置，JALW.T.Lei,Y.Y.Hsu.Errormeasurementoffive-axisCNCmachineswith3Dprobe-ball[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2003,139:127-133.并提出了一套相应的测量方法。该方法可以测出五轴联动数控机床回转摆动轴回转运动时测头中心的X、Y、Z方向的综合几何误差，但没有分解成六个几何误差分量，并且需使用“3Dprobe-bal1”专用测量装置，使用范围受限。MasaomiTsutsumi,AkinoriSaito.Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5—axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axiscontrolmovements[J]·InternationalJournalofMachineTools&Manufacture，2004,44:1333-1342.该方法利用球杆仪测得四轴联动情况下的球杆长度变化，通过几何误差模型关系辨识识别八项几何误差值。K.M.MudithaDassanayake,MasaomiTsutsumi,AkinoriSaito.Astrategyforidentifyingstaticdeviationsinuniversalspindleheadtypemulti-axismachiningcenters[J].InternationalJournalofMachineTools&Manufacture，2006，46，1097-1106.针对双刀摆结构机床，同上文献类似，对四项跳动几何误差和六项角度几何误差提出测量辨识方法。Y.Y.Hsu,S.S.Wang.Anewcompensationmethodforgeometryerrorsoffive-axismachinetools[J]·InternationalJournalofMachineTools&Manufacture47(2007)352-360。通过检测加工后的零件精度来辨识机床几何误差，提出了七种加工模式，通过测量7种加工模式下零件的相应精度，辨识出两回转摆动轴的八项几何误差值。从现有技术的情况可看出，受方法本身和测量设备的限制，缺少能全面检测五轴联动数控机床回转摆动轴的所有十二项几何误差参数的方法。
发明内容鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法，使其能全面检测五轴联动数控机床回转摆动轴的所有十二项几何误差参数。本发明的目的是通过如下的手段实现的。五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法，以五轴机床RTCP刀具中心点控制功能提供的平动轴联动坐标为测量基准，采用球杆仪分别测量回转摆动轴不同转角下至少三个位置处X、Y、Z方向的位移误差，并根据所述位移误差作数据处理辨识计算出回转摆动轴各转角的几何误差。以刀具A轴摆动和工作台C轴回转类型的五轴联动数控机床为例进行说明，其回转摆动轴几何误差参数的测量方法包括以下的测量步骤1.刀具A摆动轴的几何误差测量辨识计算方法(1)将L形检具经由刀柄固定在机床主轴上；A、C轴处于0度初始位置，如图1所示；(2)将球杆仪的测量球座通过夹头固定在L形检具点P处，测量并记录测量球座的球心与主轴轴线的距离H、与A轴轴线的距离L；将球杆仪的测量球头经磁力底座固定在测量球座的Z轴负向处，下降Z轴，保证测量球头与主轴轴线的距离也为H。(3)选择球杆仪的最短杆组件，根据其理论杆长D调整Z轴，使得测量球座与测量球头的距离为杆长D，并在测量球座与测量球头之间置入球杆仪，此时的球杆仪与Z轴平行，且测量球座坐标变化引起的球杆仪读数变化方向符合Z轴方向；(4)使用五轴机床的RTCP运动，根据A轴摆动范围确定测量角度序列，并在A轴每摆动一角度后停止10秒，测量过程往返3次；(5)运行测量数控程序，并改变L、H的组合值，共进行三次测量，此时的球杆仪读数即为点P实际坐标与理论坐标在Z方向的位移误差，即Δ2；(6)类似于Z方向的几何误差值测量方法，保证测量球座坐标变化引起的球杆仪读数变化方向符合X、Y方向，完成点P在X、Y方向的位移误差值ΔΖ、ΔΓ的测5量。通过X、Y、Z方向的9次测量，最终获得以下位移误差测量数据组序列i)取L=L1，H=O,获得第一组测量值Ai1序列权利要求1.五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法，以五轴机床RTCP刀具中心点控制功能提供的平动轴联动坐标为测量基准，采用球杆仪分别测量回转摆动轴不同转角下至少三个位置处X、Y、Z方向的位移误差，并根据所述位移误差作数据处理辨识计算出回转摆动轴各转角的几何误差；包括以下的测量步骤I·刀具A摆动轴的几何误差测量辨识计算将L形检具经由刀柄固定在机床主轴上；A、C轴处于0度初始位置；将球杆仪的测量球座通过夹头固定在L形检具点P处，测量并记录测量球座的球心与主轴轴线的距离H、与A轴轴线的距离L；将球杆仪的测量球头经磁力底座固定在测量球座的Z轴负向处，下降Z轴，保证测量球头与主轴轴线的距离也为H;选择球杆仪的最短杆组件，根据其理论杆长D调整Z轴，使得测量球座与测量球头的距离为杆长D，并在测量球座与测量球头之间置入球杆仪，此时的球杆仪与Z轴平行，且测量球座坐标变化引起的球杆仪读数变化方向符合Z轴方向；使用五轴机床的RTCP运动，根据A轴摆动范围确定测量角度序列，并在A轴每摆动一角度后停止10秒，测量过程往返3次；运行测量数控程序，记录A轴摆动角度序列的杆长变化值；改变L、H的组合值，通过X、Y、Z方向分别至少各三次的测量，获得以下位移误差测量数据组序列；i)取全文摘要本发明公开了五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法，以五轴机床RTCP刀具中心点运动控制功能提供的平动轴联动坐标为测量基准，采用球杆仪分别测量回转摆动轴不同转角下至少三个位置处X、Y、Z方向的位移误差，并根据所述位移误差作数据处理辨识计算出回转摆动轴各转角的几何误差。本发明方法对回转摆动轴进行独立测量，可获得各种结构型式的五轴联动数控机床在各回转摆动角度处的几何误差值。具有不受机床结构限制，安装方便且测量精度高的优点。文档编号B23Q17/00GK102001021SQ20101051547公开日2011年4月6日申请日期2010年10月22日优先权日2010年10月22日发明者丁国富,朱绍维,江磊,马术文,黎荣申请人:成都顶为科技有限公司,西南交通大学