CN109765848B - 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法 - Google Patents

五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109765848B
CN109765848B CN201910203966.8A CN201910203966A CN109765848B CN 109765848 B CN109765848 B CN 109765848B CN 201910203966 A CN201910203966 A CN 201910203966A CN 109765848 B CN109765848 B CN 109765848B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
motion
error
machine tool
influence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910203966.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109765848A (zh
Inventor
付国强
饶勇建
高宏力
鲁彩江
贡宏伟
谷腾达
施景皓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201910203966.8A priority Critical patent/CN109765848B/zh
Publication of CN109765848A publication Critical patent/CN109765848A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109765848B publication Critical patent/CN109765848B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,包括S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q;S2、得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量;S3、计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量;S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,得到各个运动轴几何误差贡献值;S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差;S6、评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴;S7、计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴。

Description

五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法
技术领域
本发明属于数控机床的技术领域,具体涉及一种五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法。
背景技术
高精度成为包括五轴数控机床在内的高档数控机床发展的必然趋势。在影响数控机床加工精度的众多因素中,几何误差和热误差是高档数控机床的主要误差源,占总制造误差的60%左右。几何误差的重复性好、长时间内稳定的特点使得几何误差补偿技术成为一种经济有效的重要手段。热误差与几何误差不同之处在于其具有温变特性,在某种温度氛围下热误差就是几何误差,所以几何误差的补偿技术研究能够为五轴机床热误差的测量、建模及补偿技术研究奠定基础。
误差建模及误差敏感性是误差补偿技术的核心部分,现有技术多以多体系统理论为基础建立机床综合误差模型描述机床整个加工范围内误差分布,并采用Sobol、蒙特卡洛等方法对误差元素进行灵敏度分析。但是针对误差元素的灵敏度分析很难在前期设计阶段和制造阶段发挥重大作用,也与误差补偿过程脱节,无法为误差补偿的闭环模式提供反馈指标。现有的误差建模方法无法获得每个运动轴几何误差引起的刀具综合误差,另外目前也没有针对运动轴进行灵敏度分析,没有分析运动轴对机床加工精度的影响程度,使得误差建模与分析与后期误差补偿脱节,也无法在前期结构设计阶段提供支持。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足,提供一种五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,以解决或改善上述问题。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,其包括:
S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q;
S2、根据位置不相关几何误差项对运动轴运动的影响以及位置相关几何误差项的定义,得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量;
S3、根据所述运动轴的几何误差旋量和构建的各个运动轴微分运动矩阵,计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量;
S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,结合刀具相对于工作台的指数积矩阵,建立各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式;
S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加,建立五轴机床综合几何误差模型,得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差;
S6、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量,计算运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数,评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴;
S7、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴。
优选地,步骤S1中设定各个运动轴的结构参数q的方法为:
S1.1、设定X轴、Y轴、C轴三个平动轴和A轴、B轴、C轴三个旋转轴的结构参数q为0;
S1.2、根据五轴机床结构确定各个运动轴相对于刀具、工作台和床身的位置;
S1.3、寻找位于刀具和床身之间的运动轴,并将运动轴的结构参数q设置为1;
S1.4、寻找位于工作台和床身之间的运动轴,并将所述运动轴的结构参数q设置为-1。
优选地,步骤S2中得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量ΔEi为:
Figure BDA0001998362730000031
其中,i=x,y,z,a,b,c;δki表示运动轴i在k方向上的线性几何误差,εki表示运动轴i在k方向上的角度几何误差,k=x,y,z;α,β和γ分别表示A轴、B轴和C轴的旋转角度,Sik和oik表示位置不相关几何误差项。
优选地,步骤S3中计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量的方法为:
S3.1、建立刀具相对于各个运动轴的指数积矩阵Tt i,根据直角坐标系微分运动关系理论获得各个运动轴的微分运动矩阵Di
Figure BDA0001998362730000032
其中
Figure BDA0001998362730000033
S3.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标下运动轴误差分量:
Figure BDA0001998362730000041
代入运动轴几何误差旋量和运动轴微分运动矩阵,获得刀具坐标下各个运动轴误差分量。
优选地,步骤S4中得到各个运动轴几何误差贡献值表达式的方法为:
S4.1、建立刀具坐标系下运动轴误差矩阵,根据刀具相对于工作台的指数积矩阵
Figure BDA0001998362730000042
将刀具坐标系下运动轴误差矩阵转换到工作台上,建立运动轴误差贡献值:
Figure BDA0001998362730000043
S4.2、代入刀具坐标下各个运动轴误差分量表达式,建立并获得各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式,表达式形式为:
Figure BDA0001998362730000044
其中,pxi,pyi和pzi为三个方向上的运动轴位置误差贡献值,vxi,vyi和vzi为三个方向上的运动轴姿态误差贡献值;Sik和oik表示属于运动轴i的位置不相关几何误差项,i=x,y,z,a,b,c。
优选地,步骤S5中五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差为:
Figure BDA0001998362730000051
Figure BDA0001998362730000052
其中,pex,pey和pez分别为三个方向上的五轴机床综合刀具位置误差,vex,vey和vez为三个方向上的五轴机床综合刀具姿态误差。
优选地,步骤S6中选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴的方法为:
S6.1、根据各个运动轴位置误差贡献值构建运动轴各个方向上位置误差权重系数:
Figure BDA0001998362730000053
其中,wPki为运动轴i在k方向上的位置误差权重系数;
S6.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值构建运动轴各个方向上姿态误差权重系数:
Figure BDA0001998362730000054
其中,wOki为运动轴i在k方向上的姿态误差权重系数;
S6.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴各个方向上姿态误差权重系数计算公式和各个方向上姿态误差权重系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数;
S6.4、计算五轴机床加工工件时所有运动轴每个方向上位置误差权重系数平均值和每个方向上姿态误差权重系数平均值并进行比较,选择每个方向上位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上位置误差影响较大的运动轴,选择每个方向上姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上姿态误差影响较大的运动轴。
优选地,步骤7中五轴机床几何误差数据通过激光干涉仪、球杆仪测量获得。
优选地,步骤S7中根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴的方法为:
S7.1、根据各个运动轴位置误差贡献值建立运动轴位置误差影响系数,计算公式为:
Figure BDA0001998362730000061
其中,wPi表示运动轴i的位置误差影响系数;
S7.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值建立运动轴姿态误差影响系数,计算公式为:
Figure BDA0001998362730000062
其中,wOi表示运动轴i的姿态误差影响系数;
S7.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差影响系数计算公式和运动轴姿态误差影响系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的所有运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数;
S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差影响系数平均值和各个运动轴姿态误差影响系数平均值并进行比较,选择位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床关键运动轴。
本发明提供的五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,具有以下有益效果:
本发明选取各个方向上误差影响较大的运动轴;并评估运动轴对机床精度影响,选取五轴机床关键运动轴,可在后期误差补偿中针对选取出关键运动轴的几何误差进行全面补偿,也可以对其的部件和控制进行调整,从而降低补偿成本。
附图说明
图1为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法的流程图。
图2为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法鼠标型工件及加工路径示意图。
图3为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法SmartCNC500_DRTD五轴数控机床结构示意图。
图4为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法五轴机床加工工件时A轴位置误差贡献值分布。
图5为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法五轴机床加工工件时所有运动轴各个方向上位置误差权重系数平均值和姿态误差权重系数平均值。
图6为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法五轴机床加工工件时A轴位置误差影响系数分布。
图7为五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法五轴机床加工工件时所有运动轴位置误差影响系数平均值和姿态误差影响系数平均值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例,参考图1,本方案的五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,包括:
S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q;
S2、根据位置不相关几何误差项对运动轴运动的影响以及位置相关几何误差项的定义,得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量;
S3、根据所述运动轴的几何误差旋量和构建的各个运动轴微分运动矩阵,计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量;
S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,结合刀具相对于工作台的指数积矩阵,建立各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式;
S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加,建立五轴机床综合几何误差模型,得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差;
S6、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量,计算运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数,评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴;
S7、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴。
以下对上述各个步骤进行详细描述
参考图3,为SmartCNC500_DRTD五轴机床,本发明实施例以该五轴机床加工工件为例阐述五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法。
S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q,其具体步骤包括:
S1.1、设定X轴、Y轴、C轴三个平动轴和A轴、B轴、C轴三个旋转轴的结构参数q为0;
S1.2、根据五轴机床结构确定各个运动轴相对于刀具、工作台和床身的位置,该机床无B轴,A轴和C轴位于工作台和床身之间,X轴、Y轴和Z轴位于刀具和床身之间;
S1.3、寻找处于刀具和床身之间的运动轴,该机床中处于刀具和床身之间的运动轴为X轴、Y轴和Z轴,故将X轴、Y轴和Z轴的结构参数q设置为1;
S1.4、寻找处于工作台和床身之间的运动轴,该机床中处于工作台和床身之间的运动轴为A轴和C轴,故将A轴和C轴的结构参数q设置为-1。
S2、考虑位置不相关几何误差项对运动轴运动的影响,根据位置相关几何误差项定义,建立各个运动轴几何误差旋量,得到机床三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量为:
Figure BDA0001998362730000091
其中,δki为运动轴i在k方向上的线性几何误差,εki为运动轴i在k方向上的角度几何误差,k=x,y,z;α,β和γ分别为A轴、B轴和C轴的旋转角度,Sik和oik为位置不相关几何误差项。
S3、根据运动轴的几何误差旋量和构建的各个运动轴微分运动矩阵,计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量,其具体步骤包括:
S3.1、建立刀具相对于各个运动轴的指数积矩阵Tt i,根据直角坐标系微分运动关系理论获得各个运动轴的微分运动矩阵,其中A轴的微分运动矩阵DA为:
Figure BDA0001998362730000101
S3.2、根据直角坐标系微分运动关系理论建立刀具坐标下运动轴误差分量:
Figure BDA0001998362730000102
代入运动轴几何误差旋量和运动轴微分运动矩阵,获得刀具坐标下各个运动轴误差分量表达式。
S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,结合刀具相对于工作台的指数积矩阵,建立各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式,其具体步骤包括:
S4.1、建立刀具坐标系下运动轴误差矩阵,利用刀具相对于工作台的指数积矩阵
Figure BDA0001998362730000103
将刀具坐标系下运动轴误差矩阵转换到工作台上,建立运动轴误差贡献值计算公式为:
Figure BDA0001998362730000104
其中,pxi,pyi和pzi为三个方向上的运动轴位置误差贡献值,vxi,vyi和vzi为三个方向上的运动轴姿态误差贡献值。
S4.2、代入刀具坐标下各个运动轴误差分量表达式,建立并获得各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式,其中A轴的位置误差贡献值表达式和姿态误差贡献值表达式为:
Figure BDA0001998362730000111
其中,Sik和oik表示属于运动轴i的位置不相关几何误差项,i=x,y,z,a,b,c。
代入五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量得到加工工件时运动轴位置误差贡献值分布和运动轴姿态误差贡献值分布,图4为A轴五轴机床加工工件时A轴位置误差贡献值分布。
S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加,建立五轴机床综合几何误差模型,得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差:
Figure BDA0001998362730000112
Figure BDA0001998362730000113
其中,pex,pey和pez分别表示三个方向上的五轴机床综合刀具位置误差,vex,vey和vez表示三个方向上的五轴机床综合刀具姿态误差;pxi,pyi和pzi表示三个方向上的运动轴位置误差贡献值表达式,vxi,vyi和vzi表示三个方向上的运动轴姿态误差贡献值表达式。
S6、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量,计算运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数,评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴,其具体步骤包括:
S6.1、根据各个运动轴位置误差贡献值构建运动轴各个方向上位置误差权重系数:
Figure BDA0001998362730000121
其中,wPki表示运动轴i在k方向上的位置误差权重系数;
S6.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值构建运动轴各个方向上姿态误差权重系数:
Figure BDA0001998362730000122
其中,wOki表示运动轴i在k方向上的姿态误差权重系数;
S6.3、将五轴机床几何误差数据和根据鼠标工件加工路径生成的加工代码代入运动轴各个方向上姿态误差权重系数计算公式和各个方向上姿态误差权重系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数;
S6.4、计算五轴机床加工工件时所有运动轴每个方向上位置误差权重系数平均值和每个方向上姿态误差权重系数平均值并进行比较,图5所示为五轴机床加工工件时所有运动轴各个方向上位置误差权重系数平均值和姿态误差权重系数平均值。选择每个方向上位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上位置误差影响较大的运动轴,选择每个方向上姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上姿态误差影响较大的运动轴。该五轴机床x方向、y方向和z方向上位置误差影响较大的运动轴均为A轴,五轴机床x方向、y方向和z方向上姿态误差影响较大的运动轴也均为A轴。
S7、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴,其具体步骤包括:
S7.1、根据各个运动轴位置误差贡献值构建运动轴位置误差影响系数:
Figure BDA0001998362730000131
其中,wPi表示运动轴i的位置误差影响系数;
S7.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值构建运动轴姿态误差影响系数:
Figure BDA0001998362730000132
其中,wOi表示运动轴i的姿态误差影响系数;
S7.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差影响系数计算公式和运动轴姿态误差影响系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的所有运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,图6为五轴机床加工鼠标工件时A轴位置误差影响系数分布。
S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差影响系数平均值和各个运动轴姿态误差影响系数平均值并进行比较,图7为五轴机床加工工件时所有运动轴位置误差影响系数平均值和姿态误差影响系数平均值,选择位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床关键运动轴,通过比较发现该五轴机床关键运动轴为A轴。
本发明计算得到了运动轴本身几何误差引起的机床综合误差,并得到对机床精度影响较大的机床关键运动轴为A轴,在后期误差补偿中可以针对A轴的几何误差进行全面补偿,也可以对A轴的部件和控制进行调整,从而降低补偿成本。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述,但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内,本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,其特征在于,包括:
S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q;
S2、根据位置不相关几何误差项对运动轴运动的影响以及位置相关几何误差项的定义,得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量;
S3、根据所述运动轴的几何误差旋量和构建的各个运动轴微分运动矩阵,计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量;
S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,结合刀具相对于工作台的指数积矩阵,建立各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式;
S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加,建立五轴机床综合几何误差模型,得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差;
S6、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量,计算运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数,评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴;
S7、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴;
步骤S1中设定各个运动轴的结构参数q的方法为:
S1.1、设定X轴、Y轴、C轴三个平动轴和A轴、B轴、C轴三个旋转轴的结构参数q为0;
S1.2、根据五轴机床结构确定各个运动轴相对于刀具、工作台和床身的位置;
S1.3、寻找位于刀具和床身之间的运动轴,并将所述运动轴的结构参数q设置为1;
S1.4、寻找位于工作台和床身之间的运动轴,并将所述运动轴的结构参数q设置为-1;
步骤S2中得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量ΔEi为:
Figure FDA0002670951120000021
其中,i=x,y,z,a,b,c;δki表示运动轴i在k方向上的线性几何误差,εki表示运动轴i在k方向上的角度几何误差,k=x,y,z;α,β和γ分别表示A轴、B轴和C轴的旋转角度,Sik和oik表示位置不相关几何误差项;
所述步骤S3中计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量的方法为:
S3.1、建立刀具相对于各个运动轴的指数积矩阵
Figure FDA0002670951120000022
根据直角坐标系微分运动关系理论获得各个运动轴的微分运动矩阵Di
Figure FDA0002670951120000023
其中
Figure FDA0002670951120000031
S3.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标下运动轴误差分量:
Figure FDA0002670951120000032
代入运动轴几何误差旋量和运动轴微分运动矩阵,获得刀具坐标下各个运动轴误差分量;
所述步骤S4中得到各个运动轴几何误差贡献值表达式的方法为:
S4.1、建立刀具坐标系下运动轴误差矩阵,根据刀具相对于工作台的指数积矩阵
Figure FDA0002670951120000033
将刀具坐标系下运动轴误差矩阵转换到工作台上,建立运动轴误差贡献值:
Figure FDA0002670951120000034
S4.2、代入刀具坐标下各个运动轴误差分量表达式,建立并获得各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式,表达式形式为:
Figure FDA0002670951120000035
其中,pxi,pyi和pzi为三个方向上的运动轴位置误差贡献值,vxi,vyi和vzi为三个方向上的运动轴姿态误差贡献值;Sik和oik表示属于运动轴i的位置不相关几何误差项,i=x,y,z,a,b,c;
所述步骤S5中五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差为:
Figure FDA0002670951120000041
Figure FDA0002670951120000042
其中,pex,pey和pez分别为三个方向上的五轴机床综合刀具位置误差,vex,vey和vez为三个方向上的五轴机床综合刀具姿态误差;
所述步骤S6中选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴的方法为:
S6.1、根据各个运动轴位置误差贡献值构建运动轴各个方向上位置误差权重系数:
Figure FDA0002670951120000043
其中,wPki为运动轴i在k方向上的位置误差权重系数;
S6.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值构建运动轴各个方向上姿态误差权重系数:
Figure FDA0002670951120000044
其中,wOki为运动轴i在k方向上的姿态误差权重系数;
S6.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴各个方向上姿态误差权重系数计算公式和各个方向上姿态误差权重系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数;
S6.4、计算五轴机床加工工件时所有运动轴每个方向上位置误差权重系数平均值和每个方向上姿态误差权重系数平均值并进行比较,选择每个方向上位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上位置误差影响较大的运动轴,选择每个方向上姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上姿态误差影响较大的运动轴;
步骤S7中根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴的方法为:
S7.1、根据各个运动轴位置误差贡献值建立运动轴位置误差影响系数,计算公式为:
Figure FDA0002670951120000051
其中,wPi表示运动轴i的位置误差影响系数;
S7.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值建立运动轴姿态误差影响系数,计算公式为:
Figure FDA0002670951120000052
其中,wOi表示运动轴i的姿态误差影响系数;
S7.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差影响系数计算公式和运动轴姿态误差影响系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的所有运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数;
S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差影响系数平均值和各个运动轴姿态误差影响系数平均值并进行比较,选择位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床关键运动轴。
2.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,其特征在于:所述步骤7中五轴机床几何误差数据通过激光干涉仪和球杆仪测量获得。
CN201910203966.8A 2019-03-18 2019-03-18 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法 Active CN109765848B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910203966.8A CN109765848B (zh) 2019-03-18 2019-03-18 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910203966.8A CN109765848B (zh) 2019-03-18 2019-03-18 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109765848A CN109765848A (zh) 2019-05-17
CN109765848B true CN109765848B (zh) 2020-11-06

Family

ID=66459406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910203966.8A Active CN109765848B (zh) 2019-03-18 2019-03-18 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109765848B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110405533B (zh) * 2019-07-23 2022-03-11 重庆大学 一种刀具姿态优化方法
CN110794766A (zh) * 2019-11-25 2020-02-14 天津工业大学 一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的快速辨识方法
CN111861123B (zh) * 2020-06-18 2023-07-25 汕头大学 适用于五轴机床的可识别性能评估方法、系统及存储介质
CN111872742A (zh) * 2020-07-20 2020-11-03 天津大学 一种基于球杆仪的五轴机床误差测量方法
CN112711834B (zh) * 2020-12-11 2024-01-30 珠海格力智能装备有限公司 确定机床的几何精度对定位精度的影响的方法与装置
CN112526927B (zh) 2021-02-18 2021-06-08 成都飞机工业(集团)有限责任公司 面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法
CN116680824A (zh) * 2021-10-25 2023-09-01 安徽科技学院 一种五轴数控铣床关键几何误差溯源方法
CN114237153B (zh) * 2021-11-18 2023-08-29 襄阳华中科技大学先进制造工程研究院 五轴机床定位误差获取方法、加工控制方法及装置
CN115857434B (zh) * 2022-11-24 2024-04-05 合肥工业大学 一种柔性电子齿轮箱的自补偿干扰控制方法
CN116339238B (zh) * 2023-03-31 2024-04-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种独立光束扫描的五轴激光加工设备光束运动控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108563186A (zh) * 2018-04-02 2018-09-21 西南交通大学 一种五轴球头铣削几何误差补偿方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108563186A (zh) * 2018-04-02 2018-09-21 西南交通大学 一种五轴球头铣削几何误差补偿方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
五轴数控机床旋转轴几何误差辨识新方法;付国强,傅建中,沈洪垚;《浙江大学学报(工学版)》;20150515;第49卷(第5期);848-857 *
基于指数积理论和坐标系微分运动关系的数控机床几何误差建模与补偿方法研究;付国强;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》;20160401;全文 *
多轴数控机床转台几何误差辨识新方法;冯刚,付国强,孙磊,傅建中;《浙江大学学报(工学版)》;20151115;第49卷(第11期);2083-2091 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109765848A (zh) 2019-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109765848B (zh) 五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法
Yuan et al. The real-time error compensation technique for CNC machining systems
CN112558547B (zh) 一种五轴数控机床平动轴几何误差补偿数据快速优化方法
Peng et al. Total differential methods based universal post processing algorithm considering geometric error for multi-axis NC machine tool
CN106774152B (zh) 一种数控机床位置相关几何误差项的建模方法
Ibaraki et al. Machining tests to identify kinematic errors on five-axis machine tools
Chen et al. A comprehensive error analysis method for the geometric error of multi-axis machine tool
Fu et al. Product-of-exponential formulas for precision enhancement of five-axis machine tools via geometric error modeling and compensation
CN108803487B (zh) 一种零件侧铣表面的点位轮廓误差预测方法
CN108445839B (zh) 一种基于误差增量的机床精度敏感度分析方法
CN109709892B (zh) 一种多轴联动数控机床空间误差在线补偿方法
Li et al. A sensitivity method to analyze the volumetric error of five-axis machine tool
WO1997043703A1 (en) Real time machine tool error correction using global differential wet modeling
Cheng et al. An analysis methodology for stochastic characteristic of volumetric error in multiaxis CNC machine tool
CN115562161A (zh) 一种基于在线监测的刀具切削路径加工误差补偿方法
CN109839920B (zh) 一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法
Fan et al. Research on geometric error modeling and compensation method of CNC precision cylindrical grinding machine based on differential motion theory and Jacobian matrix
Soons Accuracy analysis of multi-axis machines
CN108873807B (zh) 一种考虑加工稳定性的三轴数控机床精度评价方法
Zhao et al. An efficient error prediction and compensation method for coordinated five-axis machine tools under variable temperature
CN113932707B (zh) 基于弹性网络算法补偿三坐标测量机几何误差的方法
Holub et al. Application on-the-fly measurement of CNC machine tools
Spaan Software error compensation of machine tools
CN108415371B (zh) 一种通用五轴数控机床几何误差补偿方法
Brecher et al. Hybrid modeling of thermo-elastic behavior of a three-axis machining center using integral deformation sensors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201202

Address after: 610031 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu

Patentee after: SOUTHWEST JIAOTONG University

Patentee after: BIJIE POWER SUPPLY BUREAU OF GUIZHOU POWER GRID Co.,Ltd.

Patentee after: KAILI POWER SUPPLY BUREAU, GUIZHOU POWER GRID Co.,Ltd.

Address before: 610031 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu

Patentee before: SOUTHWEST JIAOTONG University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220112

Address after: 610031 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu

Patentee after: SOUTHWEST JIAOTONG University

Address before: 610031 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu

Patentee before: SOUTHWEST JIAOTONG University

Patentee before: BIJIE POWER SUPPLY BUREAU OF GUIZHOU POWER GRID Co.,Ltd.

Patentee before: KAILI POWER SUPPLY BUREAU, GUIZHOU POWER GRID CO.,LTD.

TR01 Transfer of patent right