CN109839920B - 一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法，包括S1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵；S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式；S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式；S4、计算待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导，得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵；S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵；S6、按照步骤S1‑步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数；S7、根据所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数，选取五轴机床误差敏感运动轴。

Description

一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法

技术领域

本发明属于数控机床加工误差建模的技术领域，具体涉及一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法。

背景技术

五轴机床已经广泛用于航天、航空、航海、汽车、国防等各个领域内复杂零部件的加工。五轴机床的高精度成为衡量一个国家先进制造水平的重要标志之一。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。五轴铣削的加工精度受很多因素影响，其中几何误差和热误差是主要误差源之一，占总制造误差的60％左右。由于几何误差具有系统性高、重复性好、长时间内稳定和易测量的特点，几何误差补偿成为提高五轴机床加工精度的一种经济有效的重要手段。

误差敏感性是误差补偿技术的核心部分之一，现有技术多采用Sobol、蒙特卡洛等方法对误差元素进行灵敏度分析，获得机床的关键误差元素，并获得这些误差元素的优化值。但是在机床加工中很难将误差元素控制在特定值，也很难对误差元素值进行设置。另外，由于位置相关误差元素随着运动轴位置的变化而变化，误差元素的敏感分析并没有考虑这个因素。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。

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灵敏度分析方法，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灵敏度分析方法，其包括：

S1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵；

S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式；

S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式；

S4、计算待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导，得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵；

S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵，并计算待分析运动轴精度影响系数；

S6、按照步骤S1-步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数；

S7、根据工件加工代码中五轴机床运动量计算五轴机床所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数，并根据所述位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数选取五轴机床误差敏感运动轴。

优选地，步骤S1中采用指数积理论构建刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵的方法为：

S1.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置、工件安装位置和平动轴初始位置，引入机床坐标系下旋转轴轴线位置参数和工件位置参数，建立机床运动链；

S1.2、将参考坐标系建立在待分析运动轴上，获得五轴机床所有运动轴在参考坐标系下的位置向量；

S1.3、根据指数积理论和运动轴的运动性质建立参考坐标系下所有运动轴的指数积运动矩阵；

S1.4、根据机床运动链中从待分析运动轴到刀具的运动轴的次序，并依据指数积理论得到刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵

其中，t表示刀具，m表示待分析运动轴，n_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量，o_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量，a_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量，l_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量，n_xm，n_ym，n_zm分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量的x、y和z方向的分量，o_xm，o_ym，o_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量的x、y和z方向的分量，a_xm，a_ym，a_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量的x、y和z方向的分量，l_xm，l_ym，l_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量的x、y和z方向的分量。

优选地，步骤S2中建立得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为：

S2.1、根据刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵，建立待分析运动轴微分矩阵D_m：

其中，A_im表示待分析运动轴微分矩阵第i行的行向量，i＝1,2,3,4,5,6；

S2.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量，提取待分析运动轴几何误差矢量，得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式：

其中，ΔE_m＝[δ_xm,δ_ym,δ_zm,ε_xm,ε_ym,ε_zm]^T表示待分析运动轴几何误差矢量，

和

表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的线性误差分量，

和

表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的角度误差分量。

优选地，步骤S3中建立得到待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为：

S3.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于工件的指数积运动矩阵T_t ^w：

其中，w为工件；

S3.2、将刀具坐标系下的待分析运动轴各个误差分量组成的误差矩阵转换到工件坐标系下，建立工件坐标系下待分析运动轴误差贡献值模型：

其中，P_m＝[p_xm,p_ym,p_zm]^T为待分析运动轴的位置误差贡献值，p_xm为待分析运动轴的x方向位置误差贡献值，p_ym为待分析运动轴的y方向位置误差贡献值，p_zm为待分析运动轴的z方向位置误差贡献值，V_m＝[v_xm,v_ym,v_zm]^T为待分析运动轴的姿态误差贡献值，v_xm为待分析运动轴的x方向姿态误差贡献值，v_ym为待分析运动轴的y方向姿态误差贡献值，v_zm为待分析运动轴的z方向姿态误差贡献值；

S3.3、代入刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式，得到待分析运动轴误差贡献值：

S3.4、根据刀具相对于工件的指数积运动矩阵T_t ^w的特性，建立待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式为：

优选地，步骤S4中得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵的方法为：

S4.1、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，得到位置误差敏感矩阵M_Pm：

S4.2、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，得到姿态误差敏感矩阵M_Om：

S4.3、代入待分析运动轴微分矩阵的行向量，计算得到待分析运动轴包括位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵的几何误差敏感矩阵。

优选地，步骤S5中待分析运动轴精度影响系数包括位置精度影响系数和姿态精度影响系数。

优选地，计算所述待分析运动轴精度影响系数的方法为：

S5.1、根据五轴机床综合误差计算方法建立待分析运动轴综合误差贡献值表达式，获得运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方的表达式为：

其中，ΔE_m为待分析运动轴几何误差矢量，P_m为待分析运动轴的位置误差贡献值，V_m为待分析运动轴的姿态误差贡献值；

S5.2、分别将运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方对待分析运动轴几何误差矢量求二阶偏导，得到待分析运动轴敏感分析方阵，包括位置误差敏感分析方阵N_Pm和姿态误差敏感分析方阵N_Om：

S5.3、根据方阵迹的计算方法得到待分析运动轴精度影响系数，包括位置精度影响系数S_Pm和姿态精度影响系数S_Om：

S_Pm＝tr(N_Pm) S_Om＝tr(N_Om)。

优选地，步骤S7中选取五轴机床误差敏感运动轴的方法为：

S7.1、根据五轴机床所有运动轴位置误差灵敏系数，建立运动轴位置误差灵敏系数计算公式：

其中，C_Pi为运动轴i的位置误差灵敏系数；

S7.2、根据五轴机床所有运动轴姿态误差灵敏系数，建立运动轴姿态误差灵敏系数计算公式：

其中，C_Oi表示运动轴i的姿态误差灵敏系数；

S7.3、将工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差灵敏系数计算公式和运动轴姿态误差灵敏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灵敏系数和运动轴姿态误差灵敏系数；

S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差灵敏系数平均值和各个运动轴姿态误差灵敏系数平均值并进行比较，选择位置误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床误差敏感运动轴。

优选地，步骤S7中根据工件刀位文件生成工件加工代码中五轴机床的运动量，用于反映机床运动轴相对于其零位置的真实运动量。

本发明提供的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，具有以下有益效果：

本发明通过建立运动轴几何误差敏感矩阵，并以此对运动轴进行误差灵敏度分析，在没有数控机床误差数据情况下分析运动轴几何误差对机床精度的影响，获得机床误差敏感运动轴，可以为前期机床结构设计和后期误差补偿提供基础和参考。

附图说明

图1为五轴机床运动轴灵敏度分析方法的流程图。

图2为五轴机床运动轴灵敏度分析方法鼠标型工件及加工路径示意图。

图3为五轴机床运动轴灵敏度分析方法SmartCNC500_DRTD五轴数控机床结构示意图。

图4为五轴机床运动轴灵敏度分析方法五轴机床包含位置参数的机床运动链。

图5为五轴机床运动轴灵敏度分析方法五轴机床加工工件时整个工件的所有运动轴位置误差灵敏系数。

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灵敏度分析方法，包括：

S1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵；

S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式；

S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式；

S4、计算待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导，得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵；

S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵，并计算待分析运动轴精度影响系数；

S6、按照步骤S1-步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数；

S7、根据工件加工代码中五轴机床运动量计算五轴机床所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数，并根据所述位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数选取五轴机床误差敏感运动轴。

以下对上述步骤进行描述

S1、将图3所示机床C轴作为待分析运动轴，根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵T_t ^c，其具体步骤为：

S1.1、参考图4，考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置、工件安装位置以及平动轴初始位置，引入机床坐标系下旋转轴轴线位置参数和工件位置参数，建立机床运动链。

该五轴机床C轴旋转轴线在机床坐标系中的位置向量为V_C＝[C_x,C_y,0]^T，A轴旋转轴线在机床坐标系中的位置向量为V_A＝[0,A_y,A_z]^T，工件W在机床坐标系中的位置向量为V_w＝[W_x,W_y,W_z]^T。

S1.2、将参考坐标系建立在待分析运动轴C轴上，获得五轴机床所有运动轴在参考坐标系下的位置向量，其中A轴相对于C轴的位置向量为：[0,A_y–C_y,0]^T，X轴相对于C轴的位置向量为：[x-C_x,0,0]^T，Y轴相对于C轴的位置向量为：[0,y-C_y,0]^T，Z轴相对于C轴的位置向量为：[0,0,z-A_z]^T。

S1.3、根据指数积理论和运动轴的运动性质建立参考坐标系下所有运动轴的指数积运动矩阵，该机床各个运动轴的旋量为：

其中，

表示C轴坐标系下C轴的旋量，

表示C轴坐标系下A轴的旋量，

和

分别表示床身和刀具的旋量，

表示X轴的旋量，

表示Y轴的旋量，

表示Z轴的旋量。根据指数积理论建立运动轴的指数积运动矩阵。

S1.4、根据机床运动链中从待分析运动轴到刀具的运动轴的次序，依据指数积理论得到刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵，该机床从C轴到刀具的运动轴次序为：C轴→A轴→Y轴→X轴→Z轴→刀具，得到的T_t ^c为：

其中，e表示指数积运动矩阵函数，

表示旋量

的矩阵形式，x,y,z,α,γ分别表示X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴的运动量。

S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式，具体步骤为：

S2.1、根据刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵，建立待分析运动轴C轴微分矩阵D_c：

其中，A_ic表示待分析运动轴C轴微分矩阵第i行的行向量。

S2.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量，提取待分析运动轴几何误差矢量，得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于其几何误差矢量的影响表达式

其中，ΔE_c表示C轴几何误差矢量；

S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式，具体步骤为：

S3.1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于工件的指数积运动矩阵，该机床刀具相对于工件的指数积运动矩阵为：

其中，

和

分别表示工件坐标系下C轴和A轴的旋量。

S3.2、将刀具坐标系下的待分析运动轴各个误差分量组成的误差矩阵转换到工件坐标系下，建立工件坐标系下待分析运动轴误差贡献值模型为：

其中，P_m＝[p_xm,p_ym,p_zm]^T表示待分析运动轴的位置误差贡献值，V_m＝[v_xm,v_ym,v_zm]^T表示待分析运动轴的姿态误差贡献值；

S3.3、代入刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于其几何误差矢量的影响表达式，得到待分析运动轴误差贡献值：

S3.4、根据刀具相对于工件的指数积运动矩阵T_t ^w的特性，建立待分析运动轴误差贡献值关于其几何误差矢量的表达式为：

S4、求待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导，获得待分析运动轴几何误差敏感矩阵，包括位置误差敏感矩阵M_Pm和姿态误差敏感矩阵M_Om，具体步骤为：

S4.1、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，获得位置误差敏感矩阵M_Pm为：

S4.2、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，获得姿态误差敏感矩阵M_Om为：

S4.3、代入待分析运动轴微分矩阵的行向量，计算获得待分析运动轴包括位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵的几何误差敏感矩阵，该机床C轴的位置误差敏感矩阵M_pc和姿态误差敏感矩阵M_oc为：

S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵，计算待分析运动轴精度影响系数，包括位置精度影响系数和姿态精度影响系数，具体步骤为：

S5.1、根据五轴机床综合误差计算方法建立待分析运动轴综合误差贡献值表达式，获得运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方的表达式为：

其中，ΔE_m表示待分析运动轴几何误差矢量，P_m表示待分析运动轴的位置误差贡献值，V_m表示待分析运动轴的姿态误差贡献值；

S5.2、分别将运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方对待分析运动轴几何误差矢量求二阶偏导获得待分析运动轴敏感分析方阵，包括位置误差敏感分析方阵N_Pm和姿态误差敏感分析方阵N_Om为：

S5.3、根据方阵迹的计算方法得到待分析运动轴精度影响系数，包括位置精度影响系数S_Pm和姿态精度影响系数S_Om为：

S_Pm＝tr(N_Pm)S_Om＝tr(N_Om)

S6、将五轴机床所有运动轴依次作为待分析运动轴，按照步骤S1-步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数，该机床A轴、X轴、Y轴和Z轴的包含位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵的几何误差敏感矩阵如下：

其中，M_pa和M_oa分别为A轴的位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵，M_px和M_ox分别为X轴的位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵，M_py和M_oy分别为Y轴的位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵，M_pz和M_oz分别为Z轴的位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵。

根据步骤S5得到各个运动轴的位置精度影响系数和姿态精度影响系数。

S7、结合工件加工代码中五轴机床运动量计算五轴机床所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数，分析运动轴对五轴机床加工精度影响程度，选取五轴机床误差敏感运动轴，具体步骤为：

S7.1、根据五轴机床所有运动轴位置误差灵敏系数，建立运动轴位置误差灵敏系数计算公式为：

其中，C_Pi表示运动轴i的位置误差灵敏系数；

S7.2、根据五轴机床所有运动轴姿态误差灵敏系数，建立运动轴姿态误差灵敏系数，其计算公式为：

其中，C_Oi表示运动轴i的姿态误差灵敏系数；

S7.3、参考图5，将工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差灵敏系数计算公式和运动轴姿态误差灵敏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灵敏系数和运动轴姿态误差灵敏系数；

S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差灵敏系数平均值和各个运动轴姿态误差灵敏系数平均值并进行比较，选择位置误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床误差敏感运动轴，通过比较发现该五轴机床误差敏感运动轴为Y轴。

本实施例通过运动轴灵敏度分析得到该五轴机床的误差敏感运动轴为Y轴，在后期误差补偿中可以针对Y轴的几何误差进行重点补偿，由于无需机床误差数据，可以在前期进行机床结构设计和机床制造阶段重点关注Y轴从而降低制造成本。

本发明通过建立运动轴几何误差敏感矩阵，并以此对运动轴进行误差灵敏度分析，在没有数控机床误差数据情况下分析运动轴几何误差对机床精度的影响，获得机床误差敏感运动轴，可以为前期机床结构设计和后期误差补偿提供基础和参考。

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 (9)

1.一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于，包括：

S1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵；

S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式；

S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式；

S4、计算待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导，得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵；

S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵，并计算待分析运动轴精度影响系数；

S6、按照步骤S1-步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数；

S7、根据工件加工代码中五轴机床运动量计算五轴机床所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数，并根据所述位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数选取五轴机床误差敏感运动轴。

2.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S1中采用指数积理论构建刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵的方法为：

S1.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置、工件安装位置和平动轴初始位置，引入机床坐标系下旋转轴轴线位置参数和工件位置参数，建立机床运动链；

S1.2、将参考坐标系建立在待分析运动轴上，获得五轴机床所有运动轴在参考坐标系下的位置向量；

S1.3、根据指数积理论和运动轴的运动性质建立参考坐标系下所有运动轴的指数积运动矩阵；

S1.4、根据机床运动链中从待分析运动轴到刀具的运动轴的次序，并依据指数积理论得到刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵T_t ^m：

其中，t表示刀具，m表示待分析运动轴，n_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量，o_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量，a_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量，l_m为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量，n_xm，n_ym，n_zm分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量的x、y和z方向的分量，o_xm，o_ym，o_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量的x、y和z方向的分量，a_xm，a_ym，a_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量的x、y和z方向的分量，l_xm，l_ym，l_zm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量的x、y和z方向的分量。

3.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S2中建立得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为：

S2.1、根据刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵，建立待分析运动轴微分矩阵D_m：

其中，A_im表示待分析运动轴微分矩阵第i行的行向量，i＝1,2,3,4,5,6；

S2.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量，提取待分析运动轴几何误差矢量，得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式：

其中，ΔE_m＝[δ_xm,δ_ym,δ_zm,ε_xm,ε_ym,ε_zm]^T表示待分析运动轴几何误差矢量，

和

表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的线性误差分量，

和

表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的角度误差分量。

4.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S3中建立得到待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为：

S3.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置，采用指数积理论建立刀具相对于工件的指数积运动矩阵T_t ^w：

其中，w为工件；

S3.2、将刀具坐标系下的待分析运动轴各个误差分量组成的误差矩阵转换到工件坐标系下，建立工件坐标系下待分析运动轴误差贡献值模型：

其中，P_m＝[p_xm,p_ym,p_zm]^T为待分析运动轴的位置误差贡献值，p_xm为待分析运动轴的x方向位置误差贡献值，p_ym为待分析运动轴的y方向位置误差贡献值，p_zm为待分析运动轴的z方向位置误差贡献值，V_m＝[v_xm,v_ym,v_zm]^T为待分析运动轴的姿态误差贡献值，v_xm为待分析运动轴的x方向姿态误差贡献值，v_ym为待分析运动轴的y方向姿态误差贡献值，v_zm为待分析运动轴的z方向姿态误差贡献值；

S3.3、代入刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式，得到待分析运动轴误差贡献值：

S3.4、根据刀具相对于工件的指数积运动矩阵T_t ^w的特性，建立待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式为：

5.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S4中得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵的方法为：

S4.1、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，得到位置误差敏感矩阵M_Pm：

S4.2、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导，得到姿态误差敏感矩阵M_Om：

S4.3、代入待分析运动轴微分矩阵的行向量，计算得到待分析运动轴包括位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵的几何误差敏感矩阵。

6.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S5中待分析运动轴精度影响系数包括位置精度影响系数和姿态精度影响系数。

7.根据权利要求1或6所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于，计算所述待分析运动轴精度影响系数的方法为：

S5.1、根据五轴机床综合误差计算方法建立待分析运动轴综合误差贡献值表达式，获得运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方的表达式为：

其中，ΔE_m为待分析运动轴几何误差矢量，P_m为待分析运动轴的位置误差贡献值，V_m为待分析运动轴的姿态误差贡献值；

S5.2、分别将运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方对待分析运动轴几何误差矢量求二阶偏导，得到待分析运动轴敏感分析方阵，包括位置误差敏感分析方阵N_Pm和姿态误差敏感分析方阵N_Om：

S5.3、根据方阵迹的计算方法得到待分析运动轴精度影响系数，包括位置精度影响系数S_Pm和姿态精度影响系数S_Om：

S_Pm＝tr(N_Pm)S_Om＝tr(N_Om)。

8.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于，所述步骤S7中选取五轴机床误差敏感运动轴的方法为：

S7.1、根据五轴机床所有运动轴位置误差灵敏系数，建立运动轴位置误差灵敏系数计算公式：

其中，C_Pi为运动轴i的位置误差灵敏系数；

S7.2、根据五轴机床所有运动轴姿态误差灵敏系数，建立运动轴姿态误差灵敏系数计算公式：

其中，C_Oi表示运动轴i的姿态误差灵敏系数；

S7.3、将工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差灵敏系数计算公式和运动轴姿态误差灵敏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灵敏系数和运动轴姿态误差灵敏系数；

S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差灵敏系数平均值和各个运动轴姿态误差灵敏系数平均值并进行比较，选择位置误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床误差敏感运动轴。

9.根据权利要求1或8所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法，其特征在于：所述步骤S7中根据工件刀位文件生成工件加工代码中五轴机床的运动量，用于反映机床运动轴相对于其零位置的真实运动量。

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