1.一种基于球杆仪的旋转轴位置无关几何误差辨识方法,其特征在于,应用于五轴机床,包括以下:根据五轴机床工件端运动链依次建立坐标系,其中五轴机床由三个线性轴X轴、Y轴、Z轴以及两个旋转轴A轴、C轴组成,五轴机床运动链结构分为刀具链R‑Y‑X‑Z‑T和工件链R‑A‑C‑W,由于只对旋转轴进行辨识,所以在坐标系建立过程中不考虑线性轴,将A轴坐标系ACS建立在A轴和C轴轴线交点处,将C轴坐标系CCS建立在回转工作台的中心处,为简化建模,将工件坐标系WCS与CCS重合,将参考坐标系RCS与ACS重合,且WCS、CCS、RCS以及ACS的Z轴轴线共线;
采用三种安装模式进行测量,在三种安装模式中,刀具球B1通过刀具杯与主轴连接,工件球B2通过工具杯和磁吸座固定在工作台;
具体的,
第一安装模式中,控制A轴或C轴运动分别对4项位置误差进行测量得到第一球杆仪杆长模型;
第二安装模式中,控制A轴运动对2项垂直度误差进行测量得到第二球杆仪杆长模型;
第三安装模式中,控制C轴运动对2项垂直度误差进行测量得到第三球杆仪杆长模型;
基于MATLAB函数结合所述第一球杆仪杆长模型、第二球杆仪杆长模型以及第三球杆仪杆长模型拟合求解出旋转轴8项位置无关几何误差。
2.根据权利要求1所述的一种基于球杆仪的旋转轴位置无关几何误差辨识方法,其特征在于,具体的,第一安装模式中,控制A轴或C轴运动分别对4项位置误差进行测量得到第一球杆仪杆长模型,包括,球B1和B2在参考坐标系下的初始坐标为:(1)
(2),
式中,ex、ey分别为刀具球B1球心在机床参考坐标系的X和Y方向上的安装误差, XL、YL为工件球B2球心相对于刀具球B1球心在X和Y方向上的偏移量;
仅控制A轴运动时,工件球B2绕A轴作圆周运动,A轴坐标系到参考坐标系的实际变换矩阵为:(3)
通过逆矩阵变换计算工件球B2在A轴坐标系下的初始坐标为:(4)
经过坐标矩阵变换,得到B2在参考坐标系下的实际坐标为:(5)
而刀具球B1在测量过程中固定不动,所以在参考坐标系下坐标不变,代入球B1和B2的坐标,计算化简并忽略高阶误差小量,得到球杆仪的实际长度LA1为:(6)
仅控制C轴运动时,工件球B2则绕C轴作圆周运动,C轴坐标系到A轴坐标系的实际变换矩阵为:(7)
其中ZAC表示ACS与CCS间的距离;
计算工件球B2在C轴坐标系下的初始坐标:(8)
再求出B2在参考坐标系下的实际坐标:(9)
最后根据两球坐标得到球杆仪的实际长度LC1为:(10)。
3.根据权利要求2所述的一种基于球杆仪的旋转轴位置无关几何误差辨识方法,其特征在于,具体的,第二安装模式中,控制A轴运动对2项垂直度误差进行测量得到第二球杆仪杆长模型,包括,仅控制A轴运动,由于球杆仪的安装位置发生改变,球B1和B2的初始坐标也发生改变,如式(11)、式(12)所示:(11)
(12)
式中,l为刀具球B1球心到C轴轴线的距离,L为球杆仪的标称长度,同第一安装模式,先计算工件球B2在参考坐标系下的实际坐标,然后得到球杆仪的实际长度LA2为:(13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于球杆仪的旋转轴位置无关几何误差辨识方法,其特征在于,具体的,第三安装模式中,控制C轴运动对2项垂直度误差进行测量得到第三球杆仪杆长模型,包括,仅控制C轴运动,球B1和B2的初始坐标如下:(14)
(15)
式中,h为刀具球B1球心到A轴轴线的距离,同理可求出B2的实际坐标,最后得到球杆仪的实际长度LC3为:(16)。