五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109648399A(43)申请公布日2019.04.19(21)申请号201910135869.X(22)申请日2019.02.25(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人李迎光郝小忠程英豪隋少春牟文平(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人瞿网兰(51)Int.Cl.B23Q17/22(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法(57)摘要本发明公开了一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征是在五轴联动机床加工精度检测试件进行精度检测时，通过监测分析加工过程中机床各进给轴实际运动位置，得到动态误差；对精度检测试件实际成型轮廓面进行检测分析，得到实际误差；实际误差是动态误差和静态误差的耦合，对实际误差解耦，得到检测试件加工空间范围内的静态误差分布。本发明通过对一个精度检测试件的加工与检测，可以同时得到沿加工轨迹的动态误差和静态误差分布，实现对五轴联动机床动态误差与静态误差的综合检测，也可为误差综合补偿提供参考和依据。CN109648399ACN109648399A权利要求书1/3页1.一种五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征在于：首先在五轴联动机床加工精度检测试件的过程中，对数控系统位置环进行监测获取机床各进给轴实际运动位置，结合理论轨迹计算分析得到加工过程中动态误差引起的刀具位置误差和方向误差；然后再对精度检测试件成型轮廓面进行检测分析，得到实际误差，求得沿加工轨迹的实际刀具位置误差和方向误差；实际误差是动态误差和静态误差的耦合，最终通过对实际误差的解耦，并利用机床结构对应的逆雅克比矩阵，得到检测试件加工空间范围内的静态误差分布。2.根据权利要求1所述的五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征在于所述的动态误差主要是单轴跟随误差耦合引起的机床实际运动轨迹与理论指令轨迹的偏差，即轨迹误差；静态误差主要是机床部件制造和装配误差引起的几何误差在单轴方向的耦合。3.根据权利要求1所述的五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征在于所述的对数控系统位置环进行监测，结合理论轨迹计算得到加工过程中动态误差引起的刀具位置误差和方向误差是指对位置环进行监测，采集得到实际加工过程中机床各轴的离散位置坐标序列集合：CMdy＝{Pi|Pi＝(Xi,Yi,Zi,Bi,Ci),i＝1,2,…,n}其中，n为为加工过程中采集得到的有效离散点位个数，Pi为离散点坐标，Xi、Yi、Zi、Bi、Ci为X、Y、Z、B、C轴机床坐标系下的位置坐标；同时，为保证轨迹信息的完备性，采集频率应高于或等于插补频率；对每一个Pi进行正向运动学变换，得到工件坐标系下只受动态误差影响的刀具位置和刀轴矢量的离散序列集合：CWdy＝{pi|pi＝(xi,yi,zi,ii,ji,ki),i＝1,2,…,n}式中：pi为Pi经过运动变换后的工件坐标系下的离散点刀具位姿，(xi,yi,zi)为刀位点坐标，(ii,ji,ki)为刀轴矢量。将CWdy中刀轴矢量转换为角度量，得到：CWAdy＝{piA|piA＝(xiA,yiA,ziA,βiA,γiA),i＝1,2,…,n}式中：(xiA,yiA,ziA)与(xi,yi,zi)相同，(βiA,γiA)为表示刀具方向的前倾角和侧倾角。分析计算得到pi在理论加工轨迹上的对应点位p′i，进而建立CWdy在理论加工轨迹上的映射集：C′Wtheo＝{p′i|p′i＝(x′i,y′i,z′i,i′i,j′i,k′i),i＝1,2,…,n}式中：(x′i,y′i,z′i)为pi在理论轨迹上的对应坐标，(i′i,j′i,k′i)为pi在理论轨迹上的对应刀轴矢量。将C′Wtheo中刀轴矢量转换为角度量，得到：C′WAtheo＝{p′iA|p′iA＝(x′iA,y′iA,z′iA,β′iA,γ′iA),i＝1,2,…,n}式中：(x′iA,y′iA,z′iA)与(x′i,y′i,z′i)相同，(β′iA,γ′iA)为表示刀具方向的前倾角和侧倾角；计算CWAdy和C′WAtheo两集合中对应元素的差值，即可得到工件坐标系下动态误差离散序列集合：2CN109648399A权利要求书2/3页-1将机床结构对应的逆雅克比矩阵J乘上EWAdy中每一项，得到实际加工过程中机床各轴动态误差引起的单轴误差离散序列集合：4.根据权利要求1所述的五轴联动机床动态与静态误差综合检测方法，其特征在于所述的对精度检测试件成型轮廓面进行检测分析，得到沿加工轨迹的实际刀具位置误差和方向误差，计算实际刀具位置误差和方向误差，检测方法和误差计算方法与成型面几