本發明專利技術公開了一種基于兩維阿貝誤差和瞬時運動中心的機床誤差建模方法，涉及機床誤差補償技術領域，包括分析堆棧式工作臺X、Y軸導軌系統的偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心，分析Z軸導軌系統的偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心，建立其對應的偏擺—阿貝誤差、俯仰—阿貝誤差、滾轉—阿貝誤差模型；本發明專利技術能夠分析各運動方向導軌系統的偏擺瞬心、俯仰瞬心和滾轉瞬心，建立其對應的偏擺—阿貝誤差、俯仰—阿貝誤差和滾轉—阿貝誤差模型。利用多體系統動力學理論綜合考慮光柵測量系統的零點漂移誤差、示值誤差和導軌系統阿貝誤差建立數控機床綜合誤差模型，為下一步的誤差補償工作提供基礎，從而有效提高數控機床加工精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機床誤差補償
，具體涉及一種基于兩維阿貝誤差和瞬時運動 中心的機床誤差建模方法。
技術介紹
目前大多數機床采用堆棧式結構，即x、y兩個運動方向溜板上下疊加安裝在床身 上，每個方向依靠兩根導軌共同支撐，進行一個方向運動。工作臺安裝在溜板上，工件放在 工作臺上進行定位，因此每個方向兩根導軌的綜合誤差都會直接影響工件的加工精度。 機床某一方向導軌系統誤差的影響是兩維的，它不僅會產生本方向上常見的線值 誤差、角運動誤差，而且還會傳遞至另一方向導軌系統，使其產生附加的線值誤差和角運動 誤差，從而產生附加阿貝誤差。例如，處在堆棧式結構底部的y軸導軌系統偏擺角不僅會引 起自身方向的阿貝誤差，還會引起上部的X軸導軌系統產生附加偏擺誤差，進而產生X軸導 軌系統附加阿貝誤差。實現誤差的補償控制，誤差測量是關鍵，誤差模型是基礎。 機床的工作臺以移動副連接方式安裝在導軌系統上，隨著滑塊移動而運動，理論 上其瞬時運動中心位于垂直于導軌方向的無窮遠處，即工作臺上各點速度相同。實際由于 兩維平面工作臺相同方向的兩條導軌直線度誤差存在差異，導致工作臺運動時不僅存在平 移運動，而且存在附加旋轉運動。例如，工作臺在進行X或y方向直線運動時，其移動軌跡可 能偏離直線，在y、z或x、z兩個方向會產生附加的直線偏移，同時繞x、y、z三個方向回轉，產 生角運動誤差，所以工作臺在做直線運動時存在平移與回轉復合運動，回轉運動必然存在 旋轉速度，將旋轉速度為零的點定義為導軌系統瞬時運動中心，簡稱瞬心。 傳統誤差補償方法中只考慮單一方向的導軌系統引起本方向阿貝誤差，未考慮堆 棧式結構中處于底部的導軌系統單向運動兩維阿貝誤差概念，有必要推導單向運動兩維阿 貝誤差的變化規律、傳遞機理和建模方法。另外，傳統分析工作臺旋轉中心的方法認為工作 臺旋轉中心是光柵測量系統的參考點，現有誤差補償方法以工件加工點的坐標值計算的阿 貝臂與實際阿貝臂大小不符，使得機床誤差補償效果不理想。通過瞬心理論建立機床導軌 系統阿貝誤差補償模型，才能夠進行精確的誤差補償。 通過專利檢索，存在以下已知的技術方案： 專利 1: 【申請號】201410332520.2,申請日：2014.07.11，授權公告日：實審中，一種求解由 地基變形引起的機床加工誤差的方法，屬于機床研究
其針對地基不均勻沉降對 機床加工精度的影響進行研究，以大型龍門式機床為研究對象，假設機床底座由于地基不 均勻沉降導致兩底座產生沉降差，由底座沉降差引起機床整體的結構變形使刀尖點產生位 置和角度的偏移，從而影響加工精度，對機床和地基整體模型進行簡化，提供了底座的沉降 差對機床加工精度影響的建模方法，可為重型龍門式機床的設計、結構優化及誤差補償提 供理論與技術指導。專利2: 【申請號】201410114531.3,申請日：2014.03.25,授權公告日：實審中，一種數控機 床空間加工誤差分布特征分析方法，屬于機床精度設計領域，具體涉及到一種基于空間誤 差分布特征的分析方法。在多體系統建立的空間幾何誤差確定性建模與幾何誤差測量的基 礎上，基于矩陣全微分及隨機過程理論，建立了精密臥式加工中心的空間誤差不確定分析 模型，分析機床幾何誤差及空間加工誤差的分布特征。提出新的機床設計理念，從根本上解 決機床精度問題。也可為實際裝配和加工提出指導性建議，從而減小誤差的輸出，提高數控 機床加工精度，從根本上解決機床精度問題。 專利3: 【申請號】201110085904.5,申請日：2011.04.07,授權公告日：2012.10.17,一種屬 于數控機床誤差補償
的基于虛擬儀器的數控機床誤差實時補償系統。本專利技術包 括:誤差補償硬件系統和軟件系統。硬件系統作為軟件的載體和執行部件，用于實現各功能 模塊連接和通訊、數據存儲和人機交互。軟件系統基于虛擬儀器編程，用于實現溫度和誤差 數據信號的預處理、機床誤差數學模型的建模、誤差數據實時計算、補償系統與PLC間的數 據交互、專家系統的優化、自學習系統的自動識別和優化。本專利技術采用虛擬儀器技術和軟件 補償技術法，通過硬件系統和軟件系統的協同工作，有效地對數控機床各種加工誤差實現 預測和實時補償，并且根據專家系統和自學習模型提高了補償系統的魯棒性和可靠性，具 有操作簡單，適用性廣的特點。
技術實現思路
(-)解決的技術問題本專利技術所要解決的技術問題是提供了一種基于兩維阿貝誤差和瞬時運動中心的 機床誤差建模方法，考慮導軌單向運動兩維阿貝誤差的概念，建立了各軸向導軌系統阿貝 誤差補償模型，克服了傳統分析工作臺旋轉中心的方法認為其旋轉中心是光柵測量系統的 參考點，現有誤差補償方法以工件加工點的坐標值計算的阿貝臂與實際阿貝臂大小不相 同，使得機床誤差補償效果不理想的問題。(二）技術方案 為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：一種基于兩維阿貝誤差和 瞬時運動中心的機床誤差建模方法，包括以下步驟： 步驟一、分析堆棧式工作臺Y軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心； 步驟二、建立Y軸導軌系統引起的偏擺一阿貝誤差、俯仰一阿貝誤差、滾轉一阿貝 誤差模型；步驟三、分析堆棧式工作臺X軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心； 步驟四、建立X軸導軌系統引起的偏擺一阿貝誤差、俯仰一阿貝誤差、滾轉一阿貝 誤差模型； 步驟五、分析Z軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心； 步驟六、建立Z軸導軌系統引起的偏擺一阿貝誤差、俯仰一阿貝誤差、滾轉一阿貝 誤差模型； 步驟七、基于熱變形誤差臨界點理論安裝光柵測量系統，建立其零點漂移誤差和 示值誤差模型用于綜合誤差建模； 步驟八、考慮X軸導軌系統瞬心和Y軸導軌系統瞬心將工件運動鏈分為兩支鏈； 步驟九、刀具運動鏈中補充Ζ軸導軌系統瞬心部分； 步驟十、應用上述模型建立基于兩維阿貝誤差和瞬時運動中心的機床誤差建模方 法。 進一步的，所述滑板、工作臺、工件等整體沿Υ軸導軌運動時的偏擺瞬心為(h、俯仰 瞬心為〇2、滾轉瞬心為〇3 ; 所述Y軸導軌系統引起的加工點P的偏擺一阿貝誤差為δ01，其表達式為^的二卜 Υο?ρ*ε〇ιζ,Χ〇?ρ*ε〇ιζ,0)； 式中： XQ1P為加工點Ρ在Υ軸導軌系統偏擺瞬心0遽標系中X方向坐標值； Yqip為加工點P在Y軸導軌系統偏擺瞬心〇1坐標系中Y方向坐標值； ￡〇12為加工點P在XY平面內繞Y軸導軌系統偏擺瞬心旋轉的角度；所述Y軸導軌系統引起的加工點P的俯仰一阿貝誤差為δ〇2，其表達式為：δ〇2= (〇，- Ζ〇2Ρ*ε〇2χ，Υ〇2Ρ*ε〇2χ); 式中： Υ〇2ρ為加工點Ρ在Υ軸導軌系統俯仰瞬心02坐標系中Υ方向坐標值； ZQ2P為加工點P在Y軸導軌系統俯仰瞬心02坐標系中Z方向坐標值； ε〇2Χ為加工點P在YZ平面內繞Y軸導軌系統俯仰瞬心02旋轉的角度； 所述Υ軸導軌系統引起的加工點Ρ的滾轉一阿貝誤差為δ〇3,其表達式為：δ〇3 = (Ζ〇3Ρ*ε〇3γ,0,-Χ〇3Ρ*ε03γ)； 式中： Χ〇3Ρ為加工點Ρ在Υ軸導軌系統滾轉瞬心〇3坐標系中X方向坐標值； ZQ3P為加工點Ρ在Υ軸導軌系統滾轉瞬心〇3坐標系中Ζ方向坐標值； ε〇3Υ為加工點P在XZ平面內繞Y軸導軌系統滾轉瞬心03旋轉的角度。進一本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于兩維阿貝誤差和瞬時運動中心的機床誤差建模方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、分析堆棧式工作臺Y軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心；步驟二、建立Y軸導軌系統引起的偏擺—阿貝誤差、俯仰—阿貝誤差、滾轉—阿貝誤差模型；步驟三、分析堆棧式工作臺X軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心；步驟四、建立X軸導軌系統引起的偏擺—阿貝誤差、俯仰—阿貝誤差、滾轉—阿貝誤差模型；步驟五、分析Z軸導軌系統偏擺瞬心、俯仰瞬心、滾轉瞬心；步驟六、建立Z軸導軌系統引起的偏擺—阿貝誤差、俯仰—阿貝誤差、滾轉—阿貝誤差模型；步驟七、基于熱變形誤差臨界點理論安裝光柵測量系統，建立其零點漂移誤差和示值誤差模型用于綜合誤差建模；步驟八、考慮X軸導軌系統瞬心和Y軸導軌系統瞬心將工件運動鏈分為兩支鏈；步驟九、刀具運動鏈中補充Z軸導軌系統瞬心部分；步驟十、應用上述模型建立基于兩維阿貝誤差和瞬時運動中心的機床誤差建模方法。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊洪濤，喻曹豐，費業泰，吳天鳳，查小娜，
申請(專利權)人：安徽理工大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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