CN102079054A - 一种数控机床精度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控机床精度检测装置，该装置包括与数控工作台联接的检测基座和位于基座上的多路激光多谱勒测长仪、支撑立柱、机床主轴联接平台、三组带Ｒ型铰接头滑块、X轴与Y轴方向导轨，机床主轴联接平台通过球铰与固定连杆联接，X轴、Y轴导轨十字交叉且与测长仪组成串联式运动，滑块及其上的Ｒ铰推动连杆形成并行运动。本装置具有容易制造，控制方便的特点，还具备更高的精度和更大的工作范围，且一次检测可以同时反映多项机床误差检测数据。

Description

一种数控机床精度检测装置
 技术领域
本发明涉及一种用于检测数控机床精度误差的装置，尤其涉及一种可同时检测多主轴位置和角度误差装置，属于精密检测仪器技术领域。
 背景技术
现代制造业要求数控技术向更高精度、更高速度和更高柔性发展。随着数控机床制造越来越复杂，对精度检测的要求也越来越高。近２０年来，误差检测主要集中在新型机床运动精度检测仪的应用上，这些测量装置具备不同的特点，主要有：单向微位移法，基于基准圆盘的双相微位移法，圆球法，四连接机构，双连杆-角编码法和双球规法。
误差检测由单轴误差检测和轮廓检测向３维位空间误差和复合误差检测发展。一些检测装置的读数可以直接反映机床的位置误差量，另一些需要通过精度建模运算得到误差量。然而，现有的常规检测仪器还不能检测反映机床误差的所有误差量，或是需要经过多次检测，并通过复杂模型计算获得机床某几项误差。
为了获得足够多的反映机床误差的数据项，需要检测装置具有足够的灵活度和足够多的轴数。如常规的轮廓检测必须保证至少２轴的联动，检测装置的读数有反映长度信息的数据读数和角度信息的数据读数。激光技术应用到长度测量中，虽然可以获得非常高的精度，但是在角度测量中，相应的精度会下降。检测装置机构结构的制造和装配精度直接影响检测装置的精度等级，因此装置结构本身要求有足够高的精度，某些检测装置以自带的误差补偿技术以消除环境变化带来的误差。
 发明内容
本发明提供一种能够同时获得五个方向上的误差信息的用于检测数控机床精度误差的装置。通X轴、Y轴方向的串联接运动和连杆并行运动，使与数控主轴连接平台中心获得五个方向的运动自由度。
本发明采用的技术方案如下：
一种数控机床精度检测装置，包括与数控工作台联接的基座和位于基座上的多路激光多谱勒测长仪、支撑立柱、机床主轴联接平台、三组带Ｒ型铰接头滑块、X轴与Y轴方向导轨，机床主轴联接平台通过球铰与固定连杆联接，X轴、Y轴导轨十字交叉且与测长仪组成串联式运动，滑块及其上的Ｒ铰推动连杆形成并行运动。
所述球铰接点以等角度120度分布于机床主轴联接平台上，连杆另一端通过Ｒ铰联到滑块，滑块可在立柱上做上下往复移动，Ｒ铰接点形成的三角形平面与机床主轴联接平台平面相互平行，三角形几何中心始终在一条直线上。
拥有上述结构的主轴联接平台具有Ｚ轴方向上的直线位移及２个相应地绕X轴、Y轴的角位移α和β。X-Y工作台带动安装其上面的连杆机构作两个方向的水平移动。本装置具有容易制造，控制方便的特点，还具备更高的精度和更大的工作范围。
与现有技术相比，本发明有如下优点：一次检测可以同时反映多项机床误差，有Ｚ轴方向上的直线位移误差，２个相应地绕x轴、y轴的角位移误差α和β和Ｘ-Ｙ工作台带动安装其上面的连杆机构作两个方向的水平移动的误差；机械结构制造容易，可以保证足够的装配精度；具有很大的检测范围；x轴、y轴和z轴的位置方向的误差均直接通过激光测长系统读得，具有读说直接的优点，角度方向的信息通过简单的建模运算求得。
 附图说明
图 1为本发明实施例结构示意图；
图2a、图2b 为本发明实施例结构原理图；
图3为本发明实施例三平面约束示意图。
附图标记说明：1-检测基座；2-多路激光多普勒测长仪；3-立柱；4-主轴联接平台；5-滑块；6-导轨；7-下圆盘；8-上圆盘；9-球铰；10-连杆；11-R铰。
 具体实施方式
本实施例是一种能够同时获得五个方向上的误差信息的用于检测数控机床精度误差的装置，一次检测可以同时反映多项机床误差。如图1所示，该装置由一个三维自由度的主轴平台和一个传统二维自由度的Ｘ-Ｙ工作台形成一个５轴机构，包括：与数控工作台联接的检测基座1和位于基座上的多路激光多谱勒测长仪2、支撑立柱3、机床主轴联接平台4、三组互成120度的带Ｒ型铰接头滑块5、X轴和Y轴的方向导轨6。机床主轴安装在平台上，平台通过三个Ｕ型球铰9与连杆10相连，其中球铰以120度布置在平台上。连杆10的另一端连接到带有转动铰（Ｒ型铰）的滑块上。每个滑块能够沿着垂直支柱上、下运动，立柱上、下分别固定到上圆盘7和下圆盘8上且与上圆盘7和下圆盘8垂直，也成120°布置。X轴与Y轴的导轨十字交叉且与测长仪组成串联式运动，滑块及其上的Ｒ铰推动连杆形成并行运动。
如图2a、图2b所示，XYZ固定于检测基座上，其中Ｚ轴指向垂直方向，Ｘ轴指向b1，Ｙ轴沿b1b2连线平行。可移动座标系统                                                
Figure 723094DEST_PATH_IMAGE001
固结于X-Y工作台上，其方向与XYZ方向一致。第三个座标系统xyz的Ｚ轴与机床主轴一致。球铰b1位于平面
Figure 921994DEST_PATH_IMAGE002
上。图３所示为三平面约束示意图，其并行机构连杆封闭链尺寸向量表达式如：
Figure 27091DEST_PATH_IMAGE003
这里矩阵
Figure 20455DEST_PATH_IMAGE004
为主轴平台座标系xyz相对于基座XYZ的位置向量，bi是第i个球铰的位置向量，Ｐ为xyz（刀具位置）原点位置向量，Ri第i个Ｒ铰的位置向量，Ｌi第i根连杆的向量。
      令R和r相接Ri和bi（i=1~3）圆的半径。Ri在座标系XYZ里的位置可以用下列方程表示：
Figure 774784DEST_PATH_IMAGE005
                                              （２）
bi铰在坐标系XYZ里的位置表达式：
Figure 449479DEST_PATH_IMAGE006
　　　　　　　　　　　（３）
Figure 972864DEST_PATH_IMAGE007
　　　　　　　　（４）
Figure 402708DEST_PATH_IMAGE008
　　　　　　　（５）
这里
Figure 582017DEST_PATH_IMAGE009
和方向单位向量
Figure 857141DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 438295DEST_PATH_IMAGE011
，及是轴x、y、z在XYZ里的方向余弦。转铰在Ｚ轴方向的分量为：
　　               （６）
此式即为逆运动学方程。

Claims (2)

1.一种数控机床精度检测装置，其特征在于包括与数控工作台联接的检测基座（1）和位于基座上的多路激光多谱勒测长仪（2）、支撑立柱（3）、机床主轴联接平台（4）、三组带Ｒ型铰接头滑块（5）、x轴与y轴方向导轨（６），机床主轴联接平台（4）通过球铰（9）与固定连杆（10）联接，x轴、y轴导轨十字交叉且与测长仪组成串联式运动，滑块及其上的Ｒ铰推动连杆形成并行运动。
2.如权利要求1所述的数控机床精度检测装置，其特征在于：球铰接点以等角度120度分布于机床主轴联接平台上，连杆另一端通过Ｒ铰（11）与滑块相连，滑块可在立柱上移动，Ｒ铰接点形成的三角形平面与机床主轴联接平台平面相互平行，三角形几何中心始终在一条直线上。
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