五轴数控机床旋转轴几何误差辨识研究
                                       王〓涛，梁睿君，韩松林，梁莹莹，黄江峰
                                   (南京航空航天大学机电学院，江苏 南京〓210016)
    以QLM27100-5X型五轴龙门加工中心为例，研究提高旋转轴几何误差测量精度并提高测量效率的方法。改进的方法中包含4种测量模式，以球杆仪误差模型为基础推导出误差测量值与各项误差参数的关系模型，通过改变球杆仪底座的安装位置和底座高度，获得不同误差测量值并代入模型，辨识出旋转轴C运动过程中产生的6项几何误差。该方法较改进前的测量次数增加了2次，但消除了中心杯的安装误差且不需要使用激光干涉仪剔除测量过程中的位移误差。数控机床工作台旋转轴误差测量试验和辨识结果表明，采用该方法不仅提高了测量效率，还提高了辨识精度。


    随着机械制造业的发展，五轴数控机床的应用越来越广泛。在机床加工过程中，各种各样的误差使加工过程偏离给定进程，造成加工误差［1］。
    目前五轴数控机床移动轴的误差检测方法已较成熟，而旋转轴的误差检定一直是国内外学者研究的热点和难点。S.H.H. Zargarbashi等［2］通过单设置测试，估计旋转轴的8项误差，包括3项垂直度误差、4项旋转误〖HJ*5/9〗差和旋转中心偏离误差，预测模型能够验证测试轨迹中52%～84%的空间误差；Cefu Hong等［3］考虑了位置点相关误差的影响，建立其运动模型，通过加工圆锥台仿真得到旋转轴的主要误差影响项。KI Lee等［4］通过对球杆仪测量路径的简化，来辨识五轴数控机床旋转轴位置不相关的几何误差，包括偏离误差和垂直度误差，并通过补偿和仿真对模型进行了验证。西南交通大学付璇等［5］基于多体系统运动学理论，建立了包含机床几何误差、工件位姿误差、刀具几何误差和安装误差在内的通用五轴数控加工综合误差预测模型，以在PM20型龙门式五轴数控铣床上加工扭曲的S型试件为例，验证了模型的正确性。
在球杆仪测量的旋转轴误差中往往包含了移动轴的误差，为此常采用激光干涉仪测量旋转轴误差；另外球杆仪中心杯的安装位置对于旋转轴误差的测量精度有较大影响，通常需要增加测量次数以获得中心杯的安装误差，测量效率低。

   本文以QLM27100-5X型五轴龙门加工中心工作台几何误差的测量为例，提出一种改进的球杆仪测量方法，该方法包括4种测量模式，通过增加第三种测量模式的1次测量和第四种测量模式，在误差辨识中直接消除移动轴误差和球杆仪安装误差，简化了误差辨识过程，提高了误差辨识精度。

1〓五轴龙门加工中心旋转轴几何误差测量〖HT5SS〗〖STBZ〗
1.1〓几何误差参数〖HT5SS〗〖STBZ〗
    QLM27100-5X型五轴龙门加工中心采用主轴摆动与工作台旋转结构，其结构如图1所示，运动形式为CFXYZA。设C轴轴线与工作台平面的交点O3为测量坐标系原点，初始测量坐标系O3- 

图1〓机床各坐标系间的位置关系


作者简介：〖HTSS〗王涛（1991—），男，江苏溧阳人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为机械电子工程。




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