[實用新型]一種球頭球心位置檢測裝置

有效

• 申請號: 201220677428.6
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN202964282U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 郭志平;劉大煒;林海峰;彭志軍
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 梁義東

技術領域???????????????????????????????????????

本實用新型屬于數控加工技術領域，特別是精度檢測技術領域。

背景技術

由于能夠進行具有復雜型面特征的零件加工，五軸聯動數控機床目前已成為航空航天、汽車、船舶等高端制造業的關鍵核心設備。運動精度是反映機床性能的一項關鍵指標，直接影響零件加工質量及機床的適用加工范圍，精度檢測技術也成為高檔數控機床研制、應用、調整的關鍵基礎技術。

在精度檢測技術體系中，檢測裝置是核心。高精度、快速的精度檢測裝置能大幅提升精度檢測效率。當前的數控機床精度檢測，常用的工具、量具有十多種如：百分表（千分表）、芯棒、球頭、激光干涉儀、水平尺、水平儀、激光跟蹤儀等等，還有一些專用檢驗工具用于某些誤差的檢測。檢測的精度項包括：直線度、垂直度、主軸跳動、同軸度、RTCP（Rotation?Tool?Center?Point，繞刀尖點運動）精度檢測等幾十種，這其中又以RTCP精度檢測最為困難，其主要原因在于測量時，測量終端始終處于運動狀態，并融合了多個誤差源，因而對檢測儀器的測頭性能、以及對誤差的敏感度要求更高。

在眾多的檢測工具、量具中，標準球頭芯棒（圖1）是目前應用最為廣泛的一個工具，往往通過輔以百分表（千分表）等量具，來對機床的絕大多數聯動精度及部分幾何精度進行檢測。該工具目前是機床RTCP精度檢測中應用最多的一項工具，在幾乎所有的RTCP精度檢測項中，都需要借助標準球頭芯棒。

標準球頭芯棒的主要參數為芯棒長度L、球頭直徑D（圖2），其精度很高。基于球頭芯棒的精度檢測原理如下：將球頭芯棒安裝至主軸上，控制機床相關坐標軸運動，通過檢測球頭球心位置變動量，計算得到相關的誤差數據。

對于球頭中心運動誤差的檢查，目前主要采用百分表在X、Y、Z或者某特定方向指向球頭中心，通過觀察百分表檢測球頭其中其轉角精度、檢測主要依賴球頭進行，通過百分表指針壓縮量來檢測球頭中心在各個方向上的偏差量。由于百分表量程有限，并且為保持測量的準確性，利用球頭芯棒進行精度檢測時，需要根據所測誤差的特點，仔細規劃機床運動路徑，保證機床運動時球頭中心不會發生大的偏移，即：繞球頭中心運動，因此目前五軸聯動數控機床的RTCP功能為球頭芯棒的應用提供了極大便利。當機床開啟RTCP功能時，可輕易控制球頭芯棒繞球頭中心運動（圖3），從而為球頭中心運動誤差檢測提供方便，通過檢測運動過程中的球頭中心誤差變化，檢測數控機床的相關精度情況。

綜上，球頭芯棒目前是五軸聯動數控機床精度檢測的主要工具，而基于球頭芯棒的精度檢測方法的關鍵是能夠準確檢測球頭中心的運動誤差。

當前測量球頭中心運動誤差的最常見技術方案是基于百分表，通過在球頭的三個方向架表來測量球頭中心運動誤差（圖4），測量某些機床的尺寸/幾何/RTCP精度情況。

采用這種技術方案時，對球頭中心位置誤差的檢測一般需要三個步驟：1.?沿機床X軸方向架表，調整機床使得百分表針盡可能沿X向指向球頭球心，控制機床根據設定的軌跡運動，通過百分表測量球頭球心沿X方向的運動誤差；2.?沿機床Y軸方向架表，調整機床使得百分表針盡可能沿Y向指向球頭球心，控制機床根據設定的軌跡運動，通過百分表測量球頭球心沿Y方向的運動誤差；3.?沿機床Z軸方向架表，調整機床使得百分表針盡可能沿Z向指向球頭球心，控制機床根據設定的軌跡運動，通過百分表測量球頭球心沿Z方向的運動誤差。完成上述誤差測量后，即得到球頭中心運動誤差情況，進而計算得到機床誤差。?

由于測量精度主要取決于測量前的百分表安裝精度——表針沿某固定方向指向球頭球心，因此保證現有技術一測量精確的關鍵是：準確安裝百分表，保證其指針能沿給定方向指向球頭中心。

現有技術一的主要缺點有四個方面：

1.?測量過程繁瑣，測量時間長。

球心的運動誤差包含3個分量（X/Y/Z），因此需要分別在各個方向檢測，每個方向的檢測都要重新安裝、調整百分表，測量過程繁瑣，耗時長。

2.?只能測量球頭處于靜止狀態下的運動誤差，不能記錄球頭在整個運動過程中的誤差。

用百分表測量時，只能在被測物體處于靜止狀態下表針才會停止轉動，此時方可讀取位移數值，因此現有技術一只能測量球頭在各靜止狀態下的誤差量，不能實時記錄整個運動過程的誤差值。

3.?測量精度較差，尤其是在球心存在較大運動誤差時。