CN115338691B - 一种数控机床进给轴误差测量方法 - Google Patents

一种数控机床进给轴误差测量方法 Download PDF

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Abstract

一种数控机床进给轴误差测量标准件及误差测量方法，该标准件上设有测试面板和底座，测试面板设有预制的多个测试孔，所述的测试面板包含一个水平面板和一个垂直面板，已知该所有测试孔的位置坐标值，通过定位销及连接孔将误差测量标准件安装在零点定位托盘上，标准件相对机床主轴可以实现多姿态运动，通过机床主轴探针测量误差测量标准件上各测试孔的位置，得到每个测试孔的测量坐标值，根据每个测试孔的位置坐标值和测量坐标值计算机床各进给轴的空间运动误差。

Description

一种数控机床进给轴误差测量方法
技术领域
本发明涉及金属数控加工领域，是关于数控铣削加工机床进给轴运动误差的一种测量方法。
背景技术
数控铣削加工是以设定数控程序中所规定的转速、进给等加工参数和加工路径对工件进行金属切削加工的方法。
加工路径是指加工时刀具相对于工件的运动轨迹，其精确程度直接影响铣削加工的形状和位置精度。数控铣床根据进给轴数不同可分为三轴、四轴、五轴等类型，五轴机床结构类型主要包括双摆头式、摇篮式、单转台单摆头式、虚拟轴等类型。机床各轴误差值对于任何类型的数控铣床加工路径精度都有巨大影响。
目前，智能工厂、无人工厂等生产理念需要将机床连成生产线，通过计算机控制实现智能无人化加工。现有的机床进给轴误差测量方案均需工作人员将机床离线后入内操作，操作过程繁琐，占机时间长，生产节拍影响大，存在安全隐患。
机床轴误差现行测量方法主要包括以下几类：
1、打表测试。将千分表固定在主轴上，工人操作机床运动，观察千分表划过工作台、标准块时的数值波动。此方法仅能评价机床误差表现，不能测得误差实际值，测量时需要人员在机操作。
2、激光干涉仪测距。测量平动轴时在机床主轴上布置反射镜，在机床工作平台上或机床外部布置激光干涉仪。通过预设程序控制机床运动，根据干涉仪测得的距离误差变化值求解出机床平动轴各项误差。
此方法存在器材昂贵、安装调试困难、测量方式繁琐、测量项不全的问题，一次测试需要三天至一周的占机时间，影响生产，测量时需要人员在机操作。
3、加工标准测试件如NAS979圆锥试件、S件。机床根据预设程序加工标准测试件，根据测试件在三坐标测量机上的误差检测数据评价机床误差表现。此方法不能测得误差实际值。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于提供一种新的数控机床进给轴误差测量方法，实现机床误差的快速、无人化测量。
技术方案
测量标准件如下
一种数控机床进给轴误差测量标准件，其特征在于，该标准件上设有测试面板和底座，底座上设有与机床零点定位托盘连接的定位销及连接孔，测试面板设有预制的多个测试孔，所述的测试面板包含一个水平面板和一个垂直面板，在水平面板上的测试孔设有三条横向排列和三条纵向排列的多个测试孔，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，在水平面板上还设有两圈环形排列的多个测试孔，两圈环形测试孔等角度等数量排列，孔深和孔径相同，在垂直面板上设有三条纵向排列的多个测试孔，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，已知该所有测试孔的位置坐标值。
一种数控机床进给轴误差测量方法，其特征在于包含以下内容：1)使用如权利要求1所述的数控机床进给轴误差测量标准件；2)通过定位销及连接孔将误差测量标准件安装在零点定位托盘上，零点定位托盘通过拉钉固定在机床工作台上的零点定位母盘上，标准件相对机床主轴可以实现多姿态运动，使水平面板上的三条横向排列的测试孔与机床X轴平行，水平面板上的三条纵向排列的测试孔与机床Y轴平行，在垂直面板上的三条纵向排列的多个测试孔与机床Z轴平行，使水平面板上的两圈环形排列的测试孔圆心与机床转台中心重合；3)在机床主轴上安装探针，通过探针测量误差测量标准件上各测试孔的位置，得到每个测试孔的测量坐标值；4)根据每个测试孔的位置坐标值和测量坐标值计算机床各进给轴的空间运动误差。
误差计算方法如下
1)对于机床X轴在x方向的偏移误差δxx、机床X轴绕z方向转动误差εxz、机床X轴绕y方向转动误差εxy，以如下公式计算，
X1测量x-x1x＝δxx+y1x·εxz-z1x·εxy
X2测量x-x2x＝δxx+y2x·εxz-z2x·εxy
X3测量x-x3x＝δxx+y3x·εxz-z3x·εxy
式中X1测量x、x2测量x、X3测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、y2x、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
2)对于机床X轴在y方向的偏移误差δxy、机床X轴绕x方向转动误差εxx，以如下公式计算，
Y1测量x-y1x＝δxy+x1x·εxz-z1x·εxx
Y2测量x-y2x＝δxy+x2x·εxz-z2x·εxx
Y3测量x-y3x＝δxy+x3x·εxz-z3x·εxx
式中Y1测量x、Y2测量x、Y3测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、y2x、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
3)对于机床X轴在z方向的偏移误差δxz，以如下公式计算，
Z1测量x-z1x＝-δxz+x1x·εxy+y1x·εxx
式中Z1测量x为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
4)对于机床Y轴在x方向的偏移误差δyz、机床Y轴绕z方向转动误差εyz、机床Y轴绕y方向转动误差εyy，以如下公式计算，
X1测量y-x1y＝δyx+y1y·εyz-z1y·εyy
X2测量y-x2y＝δyx+y2y·εyz-z2y·εyy
X3测量y-x3y＝σyx+y3y·εyz-z3y·εyy
式中X1测量y、X2测量y、X3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
5)对于机床Y轴在y方向的偏移误差δyy、机床Y轴绕x方向转动误差εyx，以如下公式计算，
Y1测量y-y1y＝δyy+x1y·εyz-z1y·εyx
Y2测量y-y2y＝δyy+x2y·εyz-z2y·εyx
Y3测量y-y3y＝δyy+x3y·εyz-z3y·εyx
式中Y1测量y、Y2测量y、Y3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
6)对于机床Y轴在z方向的偏移误差δyz，以如下公式计算，z1测量y-z1y＝-δyz+x1y·εyy+y1y·εyx
式中Z1测量y为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1y为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y为该列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
7)对于机床Z轴在x方向的偏移误差δzz、机床Z轴绕z方向转动误差εzz、机床Z轴绕y方向转动误差εzy，以如下公式计算，
X1测量z-x1z＝δzx+y1z·εzz-z1z·εzy
X2测量z-x2z＝δzx+y2z·εzz-z2z·εzy
X3测量z-x3z＝δzx+y3z·εzz-z3z·εzy
式中x1测量z、x2测量z、x3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1z、x2z、x3z为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
8)对于机床Z轴在y方向的偏移误差δzy、机床Z轴绕x方向转动误差εzx，以如下公式计算，
Y1测量2-y1z＝δzy+x1z·εzz-z1z·εzx
Y2测量z-y2z＝δzy+x2z·εzz-z2z·εzx
Y3测量z-y3z＝δzy+x3z·εzz-z3z·εzx
式中Y1测量z、Y2测量z、Y3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1z、x2z、x3z为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
9)对于机床Z轴在z方向的偏移误差δzz，以如下公式计算，z1测量z-z1z＝-δzz+x1z·εzy+y1z·εzx
式中Z1测量z为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的一列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1z为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
10)对于机床转台转动后在x方向的偏移误差δox、机床转台转动后绕z方向转动误差εcz以如下公式计算，
X1测量1-x1a＝δcx-[δxx+y1a·εxa-zda·εxy]-[δyx+y1a·εyz-z1a·εyy]
x2测量2-x2a＝δcx-[δxx+y1a·εxz-zda·εxy]-[δyx+y1c·εyz-z1a·εyy]
式中X1测量c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，X2测量a测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x2c为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
11)对于机床转台转动后在Y方向的偏移误差δay以如下公式计算，
Y1测量a-y1a＝δoy-[δxy+x1a·εxz-z1a·εxx]-[δyy+x1a·εyz-z1a·εyx]
式中Y1测量a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，y1a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
12)对于机床转台转动后在Z方向的偏移误差δoy以如下公式计算，
Z1测量a-x1a＝δoz-[-δxz+x1a·εxy+y1a·εxx]-[-δyz+x3a·εyy+y3a·εyx]
式中z1测量a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，y3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值。
13)对于机床转台转动后绕X方向转动误差εcx以如下公式计算
Z2测量c-Z4测量a＝εcx(x2a-x4a)
式中Z2测量a为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z4测量a为测量标准件水平面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x2c为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x4c为测量标准件水平面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值。
14)对于机床转台转动后绕Y方向转动误差εcy以如下公式计算
Z1测量a-Z3测量a＝εay(x1a-x3a)
式中Z1测量a为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，Z3测量a为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值。
有益效果
本方法使用三坐标测量机、将本发明设计的测量标准件各孔进行测量，然后在机床上通过探针对测量标准件各孔进行测量，通过对比计算两次测量的数据差，可解算出机床误差。
这种无人化机床误差快速测量方法可以广泛适用于各类型机床误差测量。有效解决了误差测量旧方法存在的测量类型不全、测量方式繁琐，设备调试时间长，工人技能影响大等的问题。
附图说明
图1是数控机床进给轴运动误差测量标准件结构示意图。
图2是误差测量标准件与数控机床工作台连接关系示意图。
图3是X轴误差测试孔分组示意图
图4是Y轴误差测试孔分组示意图
图5是Z轴误差测试孔分组示意图
图6是C轴误差测试孔示意图
图中编号说明：1底座、2连接孔、3立柱、4垂直面板、5水平面板、6测试孔、7机床工作台、8零点定位***母盘、9零点定位***托盘、10三条横向排列测试孔、11三条纵向排列测试孔、12三条纵向排列测试孔。
具体实施方式
参见附图，本申请提出的数控机床进给轴误差测量标准件，该标准件上设有测试面板和底座1，底座1上设有与机床零点定位托盘连接的定位销及连接孔2，测试面板设有预制的多个测试孔6，所述的测试面板包含一个水平面板5和一个垂直面板4，水平面板5和垂直面板4是一体结构，水平面板5由四个立柱3支撑，固定在底座1上，垂直面板4与立柱平行垂直于底座1。在水平面板5上设有三条横向排列测试孔10和三条纵向排列测试孔11，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，在水平面板上还设有两圈环形排列的多个测试孔，两圈环形测试孔等角度等数量排列，孔深和孔径相同，在垂直面板上设有三条纵向排列测试孔12，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，已知该所有测试孔的位置坐标值。
误差测量标准件在完成制造后，在三坐标测量机上进行测量，获得所有测试孔底面圆心坐标。2)编制无人化控制程序，使得生产线或设备能够根据程序设置，自动将误差测量标准件从料库中抓取，转运，安放至机床零点定位***母盘上，并完成对接工作。3)调用预设程序，通过机床探针对测量标准件面板上和垂直面板上各个孔底面圆心坐标进行测量。4)调用预设程序，通过机床探针对于图中标出的测试孔，C轴每转动15°，对X轴正方向三个孔及Y轴正方向三个孔进行测量，如图中直线所示，直至C轴回转360°。
测量操作如下
以用德马吉160p机床和法斯顿自动化物流及生产管控***组成的一条无人化柔性生产线为例，本发明提出的数控进给轴误差测量方法具体步骤为：
1)产线搭建时，安装调试零点定位母盘，母盘中心与转台轴心重合；
2)设计制造转运托盘，托盘中心与零点定位母盘中心重合；
3)设计制造测量标准件，测量标准件中心与托盘中心重合；
4)在三坐标测量机上，测量测量标准件上所有测试孔6坐标；
5)在柔性线装载站将测量标准件安装至转运托盘9上，通过托盘9上定位销保证测量坐标方向与机床坐标系方向相同，通过螺栓孔实现测量标准件底座1和转运托盘9固定；
6)柔性生产线物流***将托盘9连带测量标准件一并放置到物料库中；
7)编制机床测量程序，程序内包含所有机内测量动作；
8)编制柔性线测量程序，程序内包含标准件的搬运至机床、夹具夹紧、机床测量程序调用、夹具松开、标准件搬运回库位动作。
9)根据测量需求，柔性生产线管控***调用柔性线测量程序；
10)柔性生产线物流***将托盘9连带测量标准件一并从物料库中取出；
11)待测机床自动门打开，物流***将托盘9及测量标准件转运至机床零点定位***母盘8上，如图5所示；
12)机床零点定位***母盘8完成定位夹紧，机床门关闭，执行机床测量程序，调用机床内置探针测量功能，通过探针测量所有孔6空间坐标；
13)对于两组环形测试孔，每次转台转动15°，X、Y、Z轴联动调用机床内预设测量程序及功能模块，通过探针对X方向和Y方向各两孔底面圆心坐标进行测量。
14)测量垂直面板上孔合圆心；
15)计算机从机床中采集测量数据；
16)机床零点定位***母盘8松开，机床门打开，物流***将托盘9及测量标准件转运至物料库中。
17)对于机床X轴在x方向的偏移误差δxx、机床X轴绕z方向转动误差εxz、机床X轴绕y方向转动误差εxy，以如下公式计算，
X1测量x-x1x＝δxx+y1x·εxz-z1x·εxy
X2测量x-x2x＝δxx+y2x·εxz-z2x·εxy
X3测量x-x3x＝δxx+y3x·εxz-z3x·εxy
式中X1测量x、X2测量x、X3测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、y2x、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
18)对于机床X轴在y方向的偏移误差δxy、机床X轴绕x方向转动误差εxx，以如下公式计算，
Y1测量x-y1x＝δxy+x1x·εxz-z1x·εxx
Y2测量x-y2x＝δxy+x2x·εxz-z2x·εxx
Y3测量x-y3x＝δxy+x3x·εxz-z3x·εxx
式中Y1测量x、Y2测量x、Y3测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、yzx、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
19)对于机床X轴在z方向的偏移误差δxz，以如下公式计算，Z1测量x-z1x＝-δxz+x1x·εxy+y1x·εxx
式中Z1测量x为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
20)对于机床Y轴在x方向的偏移误差δyx、机床Y轴绕z方向转动误差εyz、机床Y轴绕y方向转动误差εyy，以如下公式计算，
X1测量y-x1y＝δyx+y1y·εyz-z1y·εyy
X2测量y-x2y-δyx+y2y·εyz-z2y·εyy
X3测量y-x3y-δyx+y3y·εyz-z3y·εyy
式中X1测量y、X2测量y、X3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
21)对于机床Y轴在y方向的偏移误差δyy、机床Y轴绕x方向转动误差εyx，以如下公式计算，
Y1测量y-y1y＝δyy+x1y·εyz-z1y·εyx
Y2测量y-y2y＝δyy+x2y·εyz-z2y·εyx
Y3测量y-y3y＝δyy+x3y·εyz-z3y·εyx
式中Y1测量y、Y2测量y、Y3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
22)对于机床Y轴在z方向的偏移误差δyz，以如下公式计算，Z1测量y-z1y＝-δyz+x1y·εyy+y1y·εyx
式中Z1测量y为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1y为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y为该列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
23)对于机床Z轴在x方向的偏移误差δzx、机床Z轴绕z方向转动误差εzz、机床Z轴绕y方向转动误差εzy，以如下公式计算，
X1测量z-x1z＝δzx+y1z·εzz-z1z·εzy
X2测量z-x2z＝δzx+y2z·εzz-z2z·εzy
X3测量z-x3z＝δzx+y3z·εzz-z3z·εzy
式中X1测量z、X2测量z、X3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1z、x2z、x3z为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
24)对于机床Z轴在y方向的偏移误差δzy、机床Z轴绕x方向转动误差εzx，以如下公式计算，
Y1测量z-y1z＝δzy+x1z·εzz-z1z·εzx
Y2测量z-y2z＝δzy+x2z·εzz-z2z·εzx
Y3测量z-y3z＝δzy+x3z·εzz-z3z·εzx
式中Y1测量z、Y2测量z、Y3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1z、x2z、x3z为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
25)对于机床Z轴在z方向的偏移误差δxx，以如下公式计算，
Z1测量z-z1z＝-δzz+x1z·εzy+y1z·εzx
式中z1测量z为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的一列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1z为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
26)对于机床转台转动后在x方向的偏移误差δcx、机床转台转动后绕z方向转动误差εcz以如下公式计算，
X1测量z-x1a＝δcx-[δxx+y1c·εxz-z1a·εxy]-[δyx+y1c·εyz-z1a·εyy]
x2测量z-x2a＝δcx-[δxx+y1a·εxz-z1a·εxy]-[δyx+y1c·εtc-z1a·εyy]
式中x1测量a为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，X2测量a测量标准件面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x2c为测量标准件面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
27)对于机床转台转动后在Y方向的偏移误差δoy以如下公式计算，
Y1测量a-y1a＝δcy-[δxy+x1a·εxz-z1a·εxx]-[δyy+x1c·εyz-z1c·εyx]
式中Y1测量a为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，y1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，x1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，z1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
28)对于机床转台转动后在Z方向的偏移误差δuy以如下公式计算，
Z1测量c-z1a＝δ0a-[-δz2+x1n·sny+t1a·snn]-[-δyz+xaa·syy+tac·syn]
式中Z1测量a为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值，x1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，y3c为测量标准件面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值。
29)对于机床转台转动后绕X方向转动误差εcx以如下公式计算
z2测量c-z4测量a＝εax(x2a-x4a)
式中Z2测量a为测量标准件面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，Z4测量a为测量标准件面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x2c为测量标准件面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x4c为测量标准件面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值。
30)对于机床转台转动后绕Y方向转动误差εcy以如下公式计算
Z1测量c-Z3测量c＝εay(x1c-x0c)
式中z1测量c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z3测量c为测量标准件面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1c为测量标准件面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值。

Claims (5)

1.一种数控机床进给轴误差测量方法，其特征在于包含以下内容：1)有一个数控机床进给轴误差测量标准件，该标准件上设有测试面板和底座，底座上设有与机床零点定位托盘连接的定位销及连接孔，测试面板设有预制的多个测试孔，所述的测试面板包含一个水平面板和一个垂直面板，在水平面板上的测试孔设有三条横向排列和三条纵向排列的多个测试孔，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，在水平面板上还设有两圈环形排列的多个测试孔，两圈环形测试孔等角度等数量排列，孔深和孔径相同，在垂直面板上设有三条纵向排列的多个测试孔，各测试孔的孔间距、孔深和孔径相同，已知该所有测试孔的位置坐标值；2)通过定位销及连接孔将误差测量标准件安装在零点定位托盘上，零点定位托盘通过拉钉固定在机床工作台上的零点定位母盘上，标准件相对机床主轴可以实现多姿态运动，使水平面板上的三条横向排列的测试孔与机床X轴平行，水平面板上的三条纵向排列的测试孔与机床Y轴平行，在垂直面板上的三条纵向排列的多个测试孔与机床Z轴平行，使水平面板上的两圈环形排列的测试孔圆心与机床转台中心重合；3)在机床主轴上安装探针，通过探针测量误差测量标准件上各测试孔的位置，得到每个测试孔的测量坐标值；4)根据每个测试孔的位置坐标值和测量坐标值计算机床各进给轴的空间运动误差。
2.如权利要求1所述的数控机床进给轴误差测量方法，其特征在于，根据测试孔的理论位置坐标值和测量位置坐标值计算机床X轴的空间运动误差时，具体方法如下：
1)对于机床X轴在x方向的偏移误差δxx、机床X轴绕z方向转动误差εxz、机床X轴绕y方向转动误差εxy，以如下公式计算，
X1测量x-x1x＝δxx+y1x·εxz-z1x·εxy
X2测量x-x2x＝δxx+y2x·εxz-z2x·εxY
Xa测量x-x3x＝δxx+y3x·εxz-zax·εxy
式中X1测量x、X2测量x、xa测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、y2x、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
2)对于机床X轴在y方向的偏移误差δxy、机床X轴绕x方向转动误差εxx，以如下公式计算，
Y1测量x-y1x＝δxy+x1x·εxz-z1x·εxx
Y2测量x-y2x＝δxy+x2x·εxz-22x·εxx
Y3测量x-y3x＝δxy+x3x·sxz-z3x·εxx
式中Y1测量x、Y2测量x、Y3测量x分别为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1x、x2x、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x、y2x、y3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x、z2x、z3x为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
3)对于机床X轴在z方向的偏移误差δsz，以如下公式计算，
Z1测量x-z1x＝-δxz+x1x·εxy+y1x·εxx
式中Z1测量x为测量标准件水平面板与机床X方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1x为测量标准件面板在X方向一列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
3.如权利要求1所述的数控机床进给轴误差测量方法，其特征在于，根据测试孔的理论位置坐标值和测量位置坐标值计算机床Y轴的空间运动误差时，具体方法如下：
1)对于机床Y轴在x方向的偏移误差δyx、机床Y轴绕z方向转动误差εyz、机床Y轴绕y方向转动误差εyy，以如下公式计算，
X1测量y-xxy＝δyx+y1y·εyz-21y·εyy
X2测量y-x2y＝δyx+y2y·εyz-z2y，·εyy
X3测量y-x3y＝δyx+y3y·εyz-z3y·εyy
式中x1测量y、X2测量y、X3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
2)对于机床Y轴在y方向的偏移误差δyy、机床Y轴绕x方向转动误差εyx，以如下公式计算，
Y1测量y-y1y＝δyy+x1y·εyz-z1y·εyx
Y2测量y-yzy＝δyy+x2y·εyz-z2y·εyx
Y3测量y-y3y＝δyy+x3y·εyz-z3y·εyx
式中Y1测量y、Y2测量y、Y3测量y分别为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1y、x2y、x3y为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y、y2y、y3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y、z2y、z3y为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
3)对于机床Y轴在z方向的偏移误差δyz，以如下公式计算，
Z1测量y-z1y＝-δyz+x1y·εyy+y1y·εyx
式中z1测量y为测量标准件水平面板与机床Y方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1y为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1y为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1y为该列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
4.如权利要求1所述的数控机床进给轴误差测量方法，其特征在于，根据测试孔的理论位置坐标值和测量位置坐标值计算机床Z轴的空间运动误差时，具体方法如下：
1)对于机床Z轴在x方向的偏移误差δzx、机床Z轴绕z方向转动误差εzz、机床Z轴绕y方向转动误差εzy，以如下公式计算，
X1测量z-x1z＝δzx+y1z·εzz-z1z·εzY
X2测量z-x2z＝δzx+y2z·εzz-z2z·εzY
X3测量z-x3z＝δzx+y3z·εzz-z3z·εzy
式中x1测量z、x2测量z、x3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1z、x2z、x3x为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
2)对于机床Z轴在y方向的偏移误差δzy、机床Z轴绕x方向转动误差εzx，以如下公式计算，
Y1测量a-y1z＝δzy+x1z·εzz-z1z·εzx
Y2测量z-y2z＝δzy+x2z·εzz-z2z·εzx
Y3测量z-y3z＝δzy+x3z·εzz-zaz·εzx
式中Y1测量z、Y2测量z、Y3测量z分别为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的三列测试孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，x1z、x2z、x3z为该三列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z、y2z、y3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z、z2z、z3z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
3)对于机床Z轴在z方向的偏移误差δzz，以如下公式计算，
Z1测量z-z1z＝-δzz+x1z·εzy+y1z·εzx
式中z1测量z为测量标准件垂直面板与机床Z方向平行排列的一列测试孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1z为该列测试孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1z为该列测试孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1z为该三列测试孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值。
5.如权利要求1所述的数控机床转台误差测量方法，其特征在于，根据测试孔的理论位置坐标值和测量位置坐标值计算机床转台的空间运动误差时，具体方法如下：
1)对于机床转台转动后在x方向的偏移误差δcx、机床转台转动后绕z方向转动误差εcz以如下公式计算，
X1测量c-x1c＝δcx-[δxx+y1c·εxz-z1c·εxy]-[δyx+y1c·εyz-z1c·εyy]
X2测量2-x2c＝δcx-[δxx+y1c·εxz-z1c·εxy]-[δyx+y1c·εyz-z1c·εyy]
式中X1测量c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，X2测量c测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向测量坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x2c为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
2)对于机床转台转动后在Y方向的偏移误差δcy以如下公式计算，
Y1测量c-y1c＝δcy-[δxy+x1c·εxz-z1c·εxx]-[δyy+x1c·εyz-z1c·εyx]
式中Y1测量c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向测量坐标值，y1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值；
3)对于机床转台转动后在Z方向的偏移误差δcy以如下公式计算，
z1测量c-z1c＝δcz-[-δxz+x1c·sxy+y1c·εxx]-[-δyz+x3c·syy+y3c·syx]
式中z1测量c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向位置坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，y1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值，y3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Y方向位置坐标值；
4)对于机床转台转动后绕X方向转动误差εcx以如下公式计算
Z2测量c-Z4测量c＝εcx(x2c-x4c)
式中z2测量c为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z4测量c为测量标准件水平面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x2c为测量标准件水平面板在Y方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x4c为测量标准件水平面板在Y方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值；
5)对于机床转台转动后绕Y方向转动误差εcy以如下公式计算
Z1测量c-Z3测量c＝εcy(x1c-x3c)
式中z1测量c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，z3测量c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在Z方向测量坐标值，x1c为测量标准件水平面板在X方向外侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值，x3c为测量标准件水平面板在X方向内侧圆环孔对应的孔圆心在X方向位置坐标值。
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