一种估算机床体对角线精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种估算机床体对角线精度的方法，所述方法包括以下步骤：建立机床21项几何误差与机床空间位置误差之间的数学模型；使用激光干涉仪测量机床的21项几何误差；将机床的体对角线离散为若干离散点，根据数学模型和机床的21项几何误差，采用插值的方法对体对角线上的点的空间位置误差进行计算；对机床的四条体对角线的分别进行估算，以最大估算值作为机床体对角线精度值，并输出。本发明专利技术能够利用已有的机床21项几何误差直接估算机床体对角线的精度，无须使用专用仪器对机床体对角线进行单独测量，能够有效减低测量成本，提高测量效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机床几何精度的设计与检测领域，尤其涉及一种估算机床体对角线精 度的方法。
技术介绍
检测机床的几何误差与运动误差，一般有两类方法：通过检测仪器测量刀具相对 于工作台的微位移误差获取机床误差，以及通过检测精加工试件的几何误差、尺寸误差、表 面粗糙度评价机床误差。 检测机床几何误差的仪器包括：激光干涉仪、球杆仪、R-test测试仪、3Dpr 〇be 测试仪等。根据国际标准IS0-10791-2 在2001年的规定，三轴机床所需测量的几何误 差指标包括21项。国际标准ISO 230-6:2002同时规定了机床体对角线精度的测量方法 与技术指标。体对角线精度是机床空间精度的一种重要指标，是机床单轴运动误差、轴间垂 直度误差的综合表现。实质上，21项几何误差与体对角线精度是有数量关系的。现有技术 均为直接测量机床体对角线误差，尚未有相关技术能够通过21项几何误差预测机床体对 角线精度。 参考文献 S. WeikertjR-Testj a new device for accuracy measurements on five axis machine tools, Annals of the CIRP 53(1) (2004)429 - 432. W. T. Leij Y. Y. Hsuj Accuracy test of five-axis CNC machine tool with 3D probe - ball. Part I: design and modeling，International Journal of Machine Tools& Manufacture42 (2002) 1153 - 1162. IS0-10791-2,加工中心试验条件-第二部分：带有垂直轴或垂直旋转轴普通 端头机械的几何试验. IS0230-6-2002,机床检验通则.第6部分：体和面对角线的位置和精度的测 定（对角线位移试验.
技术实现思路
本专利技术提供了，本专利技术通过21项几何误差预 测了机床体对角线精度，详见下文描述： ，所述方法包括以下步骤： 建立机床21项几何误差与机床空间位置误差之间的数学模型； 使用激光干涉仪测量机床的21项几何误差； 将机床的体对角线离散为若干离散点，根据数学模型和机床的21项几何误差，采 用插值的方法对体对角线上的点的空间位置误差进行计算； 对机床的四条体对角线的分别进行估算，以最大估算值作为机床体对角线精度 值，并输出。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术能够利用已有的机床21项几何误 差直接估算机床体对角线的精度，无须使用专用仪器对机床体对角线进行单独测量，能够 有效减低测量成本，提高测量效率高。【附图说明】 图1为一种卧式加工中心示意图； 图2为机床体对角线示意图（点划线表示体对角线）； 图3为的流程图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步 地详细描述。 101 :建立机床21项几何误差与机床空间位置误差之间的数学模型； 参见图1，卧式加工中心的几何误差有表1所示的21项。 表1机床的21项几何误差 其中，δχ(χ)，、δ>)、δζ(χ)分别表示X轴的定位误差、X轴在 y方向上的直线 度误差、X轴在z方向上的直线度误差；εχ(χ)、ey(x)、ε ζ(χ)分别表示X轴的扭转、俯仰、 偏转角度误差。括号中的X表示机床目前所处位置的X坐标。Sx(y)、Sy( y)、Sz(y)分 别表示Y轴在x方向的直线误差、Y轴的定位误差、Y轴在ζ方向上的直线度误差；ε x(y)、 ey(y)、ez(y)分别表示Y轴的俯仰、扭转、偏转角度误差。括号中的 y表示机床目前所处 位置的y坐标。 δ x(Z)、δ y(z)、δ Z(z)分别表示Z轴在X方向的直线误差、Z轴在y方向上的直 线度误差，Z轴的定位误差；ε χ(ζ)、ε y(z)、ε Z(z)分别表示Z轴的俯仰、偏转、扭转角度误 差。括号中的Z表不机床目前所处位置的Z坐标。〇^表不YZ两轴的垂直度误差，β )^表 示XZ两轴的垂直度误差，γγχ表示YX两轴的垂直度误差。 利用多体系统理论与齐次坐标变换方法，可以得知Z轴坐标系Oz与参考坐标系Or 之间的变换矩阵lrTz是由三个矩阵；丁=', ^丁/, ""丁f相乘得到的，其中： 表示Z轴坐标系Oz与参考系Or之间的运动误差矩阵 ^表示Z轴坐标系Oz与参考系Or之间的结构尺寸矩阵 其中，Υζ_ρ Ζζι分别是Z轴坐标系Oz与参考坐标系Or之间的Y向和Z向距离。 表示Z轴坐标系Oz与参考系Or之间的运动位置矩阵 其中，z是Z轴坐标系Oz与参考系Or之间的由于机床运动引起的z向距离的变 化；因此可以得到： 同样根据多体系统理论与齐次坐标变换方法，可以得知： X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间的变换矩阵lrTz是由四个矩阵 ，丁/，Tf，Tf相乘得到的。其中： "If表示X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间的结构误差 T/表示X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间的结构尺寸矩阵 其中Y"是X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间的Y向距离。 表示X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间的运动误差矩阵 表示X轴坐标系〇x与参考坐标系〇r之间的运动位置矩阵 其中，X是X轴坐标系Ox与参考坐标系Or之间由于机床运动引起的X向距离的 变化； 因此可以得到： 同样根据多体系统理论与齐次坐标变换方法，可以得知： Y轴坐标系Oy与X轴坐标系Ox之间的变换矩阵xTy是由四个矩阵 xTf/!'//Tf/T/相乘得到的。其中： xTf表示Y轴坐标系Oy与X轴坐标系Ox之间的结构误差： "T/表示Y轴坐标系Oy与X轴坐标系〇x之间的结构尺寸矩阵 其中Zy_x是Y轴坐标系Oy与X轴坐标系Ox之间的Z向距离； 表示γ轴坐标系0γ与X轴坐标系0x之间的运动误差矩阵 Λ 表示Y轴坐标系Oy与X轴坐标系Ox之间的运动位置矩阵 其中，y是Y轴坐标系Oy与X轴坐标系Ox之间由于机床运动引起的y向距离的 变化；因此可以得到： 刀具上有点 Pt= τ，工件上的点 Pw= τ， Pt在工件坐标系中的坐标wPt通过以下方法计算： 102 :使用激光干涉仪测量机床的21项几何误差； 其中，常用的测量机床21项几何误差的仪器为激光干涉仪，对于如图1所示的机 床，测量结果通常如下表所示的形式（此结果通常通过激光干涉仪直接给出）。 表2 X轴Y向直线度误差δ y (X)的测量结果（单位：mm) 例如，X在200mm处的Y向直线度误差Sy (200)为0.04,如果X不在上表中的第 一列中，假设在任意一点处，那么误差可以通过线性插值计算。同样，其他20项机床几何误 差的测量方法与测量结果与上述方法相同。 103 :将机床的体对角线离散为若干离散点，根据数学模型和机床的21项几何误 差，采用插值的方法对体对角线上的点的空间位置误差进行计算； 机床运行体对角线（如图2所示），实质上是XYZ三轴同时按给定的步长同时运 动，假设机床完成一次体对角线运动的时间为T，如果X、Y、Z三轴的行程分别为Lx、Ly、L z， 为了保证机床是按照体对角线运动的，X、Y、Z三轴的进给速度vx，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估算机床体对角线精度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：建立机床21项几何误差与机床空间位置误差之间的数学模型；使用激光干涉仪测量机床的21项几何误差；将机床的体对角线离散为若干离散点，根据数学模型和机床的21项几何误差，采用插值的方法对体对角线上的点的空间位置误差进行计算；对机床的四条体对角线的分别进行估算，以最大估算值作为机床体对角线精度值，并输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何改云，郭龙真，桑一村，季彩霞，张一弛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12