1.一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:采用的测量装置包括第一球杆仪(4)、第二球杆仪(8)、基座(10)、翘杆(12)和安装盘;第一球杆仪(4)上的两个精密球分别为第一精密球(3)、第二精密球(6);第二球杆仪(8)上的两个精密球分别为第三精密球(7)、第四精密球(9);安装盘转动连接在基座(10)上;第二精密球(6)安装在安装盘顶部的中心轴上;翘杆(12)的一端与第二精密球(6)连接,另一端与第三精密球(7)连接;第二精密球(6)与第三精密球(7)的球心距,以及第二精密球(6)与第四精密球(9)的球心距均保持不变;第一精密球(3)用于连接被测机床的主轴;
该测量方法的具体步骤如下:
步骤一、将测量装置倾斜安装在被测机床的工作台上;测量装置中安装盘的转动轴线与竖直轴线的夹角为γ;γ的取值范围为5°~20°;将第一精密球3与机床主轴连接;
步骤二、建立机床的床身坐标系o1‑x1y1z1和测量坐标系o‑xyz;床身坐标系o1‑x1y1z1和测量坐标系o‑xyz均以第二精密球的球心为坐标原点,且x轴重合;测量坐标系o‑xyz的z轴平行于测量装置中安装盘的转动轴线;
步骤三、建立机床几何误差模型,得到主轴在实际运动过程中的x、y、z轴误差Δx1、Δy1、Δz1与各几何误差之间的关系式;
步骤四、获取机床的误差信息;令机床主轴绕安装盘作圆弧插补运动;第一精密球(3)与第二精密球(6)的初始球心距、第三精密球(7)与第二精密球(6)的初始球心距、第四精密球(9)与第二精密球(6)的初始球心距、第三精密球7与第四精密球9的初始球心距分别记为L1、L2、L3、L4;第一球杆仪(4)、第二球杆仪(8)的检测值分别记为Δr1、Δr2;
第三精密球、第二精密球连线与四精密球、第二精密球连线的夹角θ的表达式如下:第三精密球与第二精密球连线的偏移角α如下:计算机床主轴在测量坐标系下的三维误差(Δx,Δy,Δz)如下:其中,Δx、Δy、Δz表示同一时刻主轴在测量坐标系下的三维误差分量,表示在测量坐标系上,机床做圆运动时在xoy平面上绕x轴的旋转圆心角;
步骤五、计算机床在床身坐标系下的三维误差(Δx1,Δy2,Δz3)如下:步骤六、将多个不同位置求取的Δx1、Δy1、Δz1代入Δx1、Δy1、Δz1与各几何误差之间的关系式,求取各几何误差中的待定系数;获取机床主轴在三个线性轴方向上的所有几何误差。
2.根据权利要求1所述的一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:所述的测量装置通过斜面台(1)安装在被测机床的工作台上;测量装置的基座(10)通过磁力吸附在斜面台上,并通过夹具辅助固定,夹具通过螺栓固定在斜面台上。
3.根据权利要求1所述的一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:所述测量装置中安装盘的转动轴线与竖直轴线的夹角γ=15°。
4.根据权利要求1所述的一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:所述斜面台及基座专用夹具的材料均为殷钢。
5.根据权利要求1所述的一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:在步骤三建立的机床几何误差模型中共有21个几何误差;其中,x、y、z轴各自对应三个定位误差和三个角度误差;x、y、z轴两两之间各有对应一个垂直度误差;各几何误差均使用多项式表达。
6.根据权利要求1所述的一种基于双球杆仪的机床几何误差分离方法,其特征在于:主轴在实际运动过程中的x、y、z轴误差Δx1、Δy1、Δz1与各几何误差之间的关系式如式(17)所示;
式(17)中,δij、εij、Sxy、Syz、Szx为三轴机床线性轴的各个几何误差,其中i=x、y、z,j=x、y、z;x、y、z为机床在运动过程中的三维坐标。