[發明專利]使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法

有效

• 申請號: 202011069532.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112192317B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王文;孫濤;吳海梅;陳占鋒;盧科青;楊賀;桑志謙;郭宗福
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法，其特征在于：該方法具體如下：

步驟一、將圓蓋通過法蘭軸承一和法蘭軸承二支承在中心軸上；然后，將磁性球窩一底部的外螺紋與中心軸頂部的螺紋孔連接,中心軸底部的外螺紋與底座工具杯頂部的螺紋孔連接；最后，將支架與圓蓋固定；

步驟二、將主軸工具杯固定在待測多軸機床的輸出端主軸上，底座工具杯通過磁力吸附固定在待測多軸機床的工作臺上；

步驟三、將磁性球窩二和磁性球窩三的外螺紋與加長桿兩端的螺紋孔分別連接；將磁性球窩四的外螺紋與承重桿一端的螺紋孔連接，承重桿另一端的螺紋孔與精密球一底部的外螺紋連接；然后，使用球桿儀二分別對加長桿兩端磁性球窩二和磁性球窩三的球心距以及承重桿兩端磁性球窩四和精密球一的球心距進行標定；

步驟四、將球桿儀一第二端部的螺紋孔與加長桿靠近磁性球窩三位置處的外螺紋連接，此時，磁性球窩二的球心、磁性球窩三的球心和球桿儀一第一端部的精密球二球心位于同一直線上；將精密球一吸附在磁性球窩三中，然后在校準塊規上對球桿儀一第一端部的精密球二與精密球一的球心距進行標定校準，并記錄校準后精密球二與精密球一的球心距有效長度L₁；

步驟五、將加長桿中部嵌入支架開設的夾槽內，將承重桿上的精密球一通過磁力吸附在中心軸頂端的磁性球窩一中；然后，將承重桿中部固定于支架上；最后，將球桿儀一第一端部的精密球二通過磁力吸附在主軸工具杯上；

步驟六、將球桿儀二第二端部的精密球三通過磁力吸附在承重桿上的磁性球窩四中，將球桿儀二第一端部的精密球四吸附在加長桿上的磁性球窩二中；然后，將球桿儀一和球桿儀二的球桿儀采集系統均連接處理器；

步驟七、令待測多軸機床做圓弧插補運動，球桿儀一的球桿儀采集系統采集球桿儀一的輸出信號給處理器，球桿儀二的球桿儀采集系統采集球桿儀二的輸出信號給處理器，處理器處理后得到待測多軸機床的輸出端主軸在空間三維方向上的運動誤差量。

2.根據權利要求1所述使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法，其特征在于：處理器得到待測多軸機床的輸出端主軸在空間三維方向上運動誤差量的過程，具體如下：

記加長桿的有效長度為L₂，承重桿的有效長度為L₃，球桿儀二的有效長度為L₄，L₂的取值等于已標定的加長桿兩端磁性球窩二和磁性球窩三的球心距，L₃的取值等于已標定的承重桿兩端磁性球窩四和精密球一的球心距；記待測多軸機床的輸出端主軸做圓弧插補運動時，球桿儀一檢測到沿軸向的桿長伸縮量為ΔL₁，球桿儀二檢測到沿軸向的桿長伸縮量為ΔL₄；

初始狀態時，記加長桿與球桿儀二之間的夾角為α，由三角形余弦定理有：

即：

則球桿儀二在垂直于加長桿方向的分量長度y₁為：

待測多軸機床的輸出端主軸做圓弧插補運動時，記加長桿與球桿儀二之間的夾角為β，由三角形余弦定理有：

即：

則球桿儀二在垂直于加長桿方向的分量長度y₂為：

所以球桿儀二在垂直于加長桿方向的分量長度變化量為：

由于加長桿是一個以磁性球窩三的球心為支點的杠桿，所以，h₂對應到待測多軸機床的輸出端主軸在垂直于理論運動平面方向產生的誤差值h₁為：

即：

而將球桿儀一測得的待測多軸機床輸出端主軸沿球桿儀一軸向上的運動誤差量分解為平行于理論運動平面內的二維誤差，再結合誤差值h₁，便得到待測多軸機床的輸出端主軸在空間三維方向上的運動誤差量。

3.根據權利要求1或2所述使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法，其特征在于：所述加長桿、承重桿、中心軸、圓蓋和支架的材料均為殷鋼。

4.根據權利要求1或2所述使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法，其特征在于：所述的磁性球窩一、磁性球窩二、磁性球窩三和磁性球窩四均為三點支撐式磁性球窩；所述的三點支撐式磁性球窩內固定定位環，定位環設有一體成型且沿周向均布的三塊支撐塊。

5.根據權利要求2所述使用雙球桿儀測量機床主軸空間三維誤差的方法，其特征在于：步驟二之后還有如下步驟：將調節球放置到中心軸上的磁性球窩一上，并將底座工具杯的緊固拉桿調至松開狀態；然后將待測多軸機床的輸出端主軸移動至調節球正上方h處，h在0.3～1cm范圍內取值，提高中心軸，使調節球受磁力作用吸附到主軸工具杯上；使中心軸轉動兩周后，拉緊底座工具杯的緊固拉桿，將待測多軸機床的輸出端主軸當前位置記為測量坐標的原點；接著，將待測多軸機床的輸出端主軸上升3～5cm，取下調節球，重新將待測多軸機床的輸出端主軸運動至測量坐標的原點位置；最后，將待測多軸機床的輸出端主軸水平平移至預設的待測位置。