双摇篮五轴机床位置无关几何误差辨识

摘要

装配误差是位置无关几何误差的主要来源，是影响五轴数控机床加工精度的重要因素，而最小完备误差项分析和位置无关几何误差精确辨识仍然面临巨大挑战。针对以上问题，本文提出一种位置无关几何误差辨识模型，该模型基于齐次坐标变换矩阵，结合微分运动学原理，建立了机床各部件的局部装配误差与末端轮廓误差之间的映射模型；进一步根据相邻坐标系位置全局误差与局部误差的映射关系，构建全局坐标系和局部坐标系的误差映射模型。针对冗余误差项影响的误差辨识精度问题，提出全局误差映射雅可比矩阵分析的方法，将42项局部误差参数优化转换为17项最小完备全局误差参数，确保误差辨识的完整性与非冗余性，相关结果与ISO 230-1:2012标准分析获得的位置无关几何误差项保持一致。在仿真验证方面，构建虚拟五轴机床模型，采用球杆仪仿真测试方案，设置测量系统误差为0.1μm，对机床各部件装配误差进行辨识；验证结果显示，位置误差辨识精确度达0.992 9，姿态误差辨识精确度达0.954 9，证实了模型的有效性，为机床精度提升与误差补偿提供了科学依据。

关键词

位置无关几何误差 / 轮廓误差 / 参数辨识 / 微分运动学 / 五轴数控机床 / 雅可比矩阵

基金资助

国家自然科学基金(52005201); 湖北省数字化纺织装备重点实验室基金(DTL2024009); 武汉工程大学研究生教育创新基金(CX2024444);武汉工程大学科学研究基金(K2024003)