陈剑雄， 林述温， 韩国强，2

（1.福州大学机械工程及自动化学院，福建福州 350108；2.中国科学院福建物质结构研究所，福建福州 350002）

基于球杆仪的旋转轴几何误差测量和辨识

陈剑雄1， 林述温1， 韩国强1，2

（1.福州大学机械工程及自动化学院，福建福州 350108；2.中国科学院福建物质结构研究所，福建福州 350002）

通过圆弧测量轨迹，移动球杆仪测量球心在旋转工作台上3个安装位置的9项误差，采用齐次变换理论建立几何误差辨识模型，引入系数矩阵条件数进行安装参数的优化选取，提出一种辨识旋转轴4项位置和6项运动误差的方法。最后，在四轴数控加工中心上进行了测量和验证实验，该方法可辨识出全部的几何误差项，通过对几何误差计算出的预测值和球杆仪的测量值的比较，预测值的绝对误差小于0.003 mm，具有辨识精度高、测量省时的优点。

计量学；旋转轴；几何误差；球杆仪；条件数

1 引 言

数控回转工作台是多轴数控机床的重要组成部分，由于其零部件在制造、装配的精度有限或者使用过程发生磨损等因素，存在不可避免的几何误差，对数控机床的加工精度具有显著的影响［1，2］。根据ISO 230-7（2011）［3］的定义，旋转轴的几何误差分为4项轴线位置和6项运动误差。对于轴线的位置误差，主要通过多轴联动的测量轨迹，采用球杆仪［4～6］、3D测头［7］、4D测头［8］或电容测头［9］等精密仪器进行测量和辨识。这些方法忽略了与位置有关的运动误差，并不能准确反映旋转轴的几何误差空间分布情况。对于旋转轴运动误差的测量，有关研究［10］采用多面体棱镜、激光自准仪和LVDT等精密仪器进行直接测量，但是对旋转轴的安装位置有特殊的要求，安装和调整困难，测量效率低。……