[發明專利]一種用于立式加工中心線性軸熱定位誤差的測試方法

在審

• 申請號: 201710204395.0
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106975983A
• 公開（公告）日: 2017-07-25
• 發明（設計）人: 楊澤青;韓靖;楊偉東;劉麗冰;彭凱;張俊峰;李莉;張艷蕊;張玉佩;李媛媛;成玉飛;陳英姝;譚飏;李增強;張炳寅;范敏
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q17/24
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟群,王瑞

技術領域

本發明涉及數控機床熱定位誤差測量領域，具體是一種用于立式加工中心線性軸熱定位誤差的測試方法。

背景技術

機床熱定位誤差是指由于高速切削或快速進給造成機床主要部件產生不均勻的溫度場，使得機床在熱效應影響下發生熱變形所引起的定位誤差。隨著數控機床向高速、高精密和大型復合化方向發展，機床運動軸的熱定位誤差對機床性能提升起關鍵作用。因此，如何準確、快速、高效地獲得運動軸的熱定位誤差以提高機床的加工精度，具有重要意義。

目前，數控機床熱定位誤差測量方法主要有接觸式測量和非接觸式測量，接觸式測量方法一般按照國際標準《機床檢驗通則第3部分：熱效應的確定》(ISO 230-3：2001 IDT)，通過在數控機床主軸處安裝金屬圓棒，在金屬圓棒任意兩截面徑向位置處和端面位置處分別固定高精度位移傳感器，用五個位移傳感器來測量沿X、Y、Z軸線的線性熱變形及繞X、Y軸線的角度熱變形；還有在數控機床主軸處安裝測頭，構成在線檢測系統，用測頭碰觸標準件來間接得到線性軸線的熱定位誤差；如申請號201610183975.1公開了一種數控機床全工作臺熱誤差測量系統及其測量方法，該測量系統包括吸附在數控機床工作臺臺面上的定位板、定位板上均勻安裝多個長方體標準件、數控機床的刀具位置處安裝測頭、信號轉換器和計算機，信號轉換器一端與數控系統的PMC模塊I/O口相連，另一端與計算機雙向通訊；用該裝置的具體測量方法是先用數控機床的測頭觸碰數控機床工作臺臺面，測量數控機床工作臺所在表面的Z向坐標；再用數控機床的測頭觸碰長方體標準件的三個表面測量初始坐標；數控機床按實驗計劃設定參數運行一定時間，然后再用在線檢測系統測頭觸碰長方體標準件表面測量坐標，計算得到熱誤差。該方法成本低廉僅需一個測頭和若干個長方體標準件即可實現對數控機床全工作臺多點熱誤差的測量，但是忽略了標準件裝夾、找正、固定造成的偏差。非接觸式測量方法一般采用非接觸式位移傳感器或光學、視覺測量方法間接獲得熱定位誤差，如申請號200910052299.4公開了一種磨床砂輪主軸熱誤差測量方法，尤其是一種砂輪主軸徑向兩個方向的熱變形及傾角誤差的測量方法，具體步驟為在X、Y方向沿Z軸分別安裝兩個非接觸式位移傳感器，其中第一、三傳感器位于同一平面上，第二、四傳感器位于同一平面上；確定上述任一傳感器與砂輪主軸的相對位置；測量主軸的熱變形量；修正砂輪主軸熱變形與隨機測量誤差。該方法解決了砂輪主軸熱變形的測量問題，但是該方法忽略了機床各組成部分幾何定位誤差(如機床各個部分的安裝間隙誤差和螺距誤差等)和位移傳感器或標準件裝夾、找正、固定造成的偏差對測量結果的影響，而且該方法需要建立在準確確定傳感器與砂輪主軸相對位置的基礎上，這在實際測量過程中很難保證，并且所用的電容傳感器或電渦流傳感器數目較多、安裝固定也比較困難；測量效率較低，不能滿足數控加工過程中在機快速檢測要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種用于立式加工中心線性軸熱定位誤差的測試方法。該方法能快速高效的完成線性軸熱定位誤差的在機測試要求，不僅避免了機床各組成部分的幾何定位誤差對熱定位誤差測量的影響，也避免位移傳感器或標準件的使用以及裝夾、找正、固定造成的偏差問題，減少輔助測量工時。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種用于立式加工中心線性軸熱定位誤差的測試方法，其特征在于該方法的具體步驟如下：

步驟一，測量立式加工中心線性軸各個測量點在初始時刻的定位誤差：

1、規劃測量點：在線性軸上等距離規劃N個測量點；

2、熱定位誤差測量裝置的安裝：在規劃完測量點之后，進行熱定位誤差測量裝置的安裝及光路準直；線性軸分為X軸方向、Y軸方向和Z軸方向，針對不同方向的線性軸，熱定位誤差測量裝置的安裝方式不同：

X軸安裝：將激光頭安裝在云臺上，云臺固定安裝在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的一側；第二線性反射鏡通過第一磁力基座安裝在立式加工中心的X軸上，位于立式加工中心的另一側；線性干涉鏡通過第二磁力基座安裝在立式加工中心的Z軸上；線性干涉鏡位于激光頭和第二線性反射鏡之間；激光頭、線性干涉鏡的分光鏡和第二線性反射鏡三者的中心在同一直線上；