CN103522187A - 一种超精密抛光机床坐标原点标定块及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超精密抛光机床坐标原点标定块，能够对超精密抛光机床原点进行有效坐标标定的标定块，使超精密抛光机床在后续的实际运转中能够精确、有效地工作，其包括标定块本体，标定块本体为圆柱体，标定块本体上部侧面设有两个中心对称的凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ，凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ的侧平面互相平行且关于标定块本体轴线对称，凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ侧平面的平面度公差等级在IT5～IT6之间；标定块本体下部设有凸台，凸台与超精密抛光机床转台中心孔过盈配合。本发明同时公开了使用该标定块对超精密抛光机床原点进行精确标定的方法。

Description

一种超精密抛光机床坐标原点标定块及其使用方法

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种超精密抛光机床坐标原点标定块。

背景技术

机床原点是在机床设计制造、装配调试时就已设置下来的固定点，是数控装置控制机床运动的基准参考点，因而对于已设计配合好的精密机床进行机床原点标定是很有必要的。通常情况下我们使用的机床都是从厂家购买好的，不需要使用者进行坐标原点标定，在加工时可以直接使用；但当我们根据设计自己搭建机床或者对原有机床进行调整改动时，为了确保机床的加工精度，便需要对机床进行机床坐标原点标定。本发明主要针对已设计搭建完成的超精密抛光机床，设计了一种简便、实用的机床坐标原点标定块，利用该标定块可以对超精密抛光机床原点进行比较精确的坐标标定。

发明内容

本发明的目的是针对已设计搭建的超精密抛光机床，设计一种能够对超精密抛光机床原点进行有效坐标标定的标定块，并介绍使用该标定块对超精密抛光机床原点进行精确标定的方法，使超精密抛光机床在后续的实际运转中能够精确、有效地工作。

本发明采用如下技术方案实现：

提供一种超精密抛光机床坐标原点标定块，标定块本体1为圆柱体，标定块本体1上部侧面设有两个对称的凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3，标定块本体1下部设有凸台4。

根据本发明提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块，凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3的侧平面互相平行且与标定块本体1的轴线对称，凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3的侧平面的平面度公差等级在IT5～IT6之间；凸台4与超精密抛光机床转台中心孔过盈配合，以确保标定块本体的中心轴线能够与精密机床转台中心孔的中心轴线重合。

本发明同时提供一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、建立机床坐标系X-Y-Z，其中X轴与机床主轴运动方向相平行，Y轴为铅垂方向，Z轴与机床转台运动方向相平行；

步骤二、将标定块本体1插装在超精密抛光机床转台中心孔上；

步骤三、测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离，用X0表示；

步骤四、测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系X轴距离，用Z0表示；

步骤五、对机床坐标原点进行标定：由于机床坐标原点为机床坐标系X轴和Z轴的交点，在测得机床转台中心距离机床坐标系X轴和Z轴的距离Z0和X0后，即机床转台中心在该机床坐标系X-Y-Z下的坐标为（X0，0，Z0），进而得到机床转台中心与机床坐标原点的相对位置，最后利用坐标变换确定机床坐标原点的具体位置，完成对机床坐标原点的标定。

根据本发明提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其中，测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离包括如下步骤：

1）旋转标定块本体1，使凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3的侧平面与Z轴平行；

2）将千分表表头安装在千分表表架上，使千分表表头中心线与千分表表架轴线重合，并使千分表表架轴线与机床主轴中心线重合；水平调整千分表表头在千分表表架上的位置，使千分表表头的测头能够接触到标定块本体1上的凹槽Ⅰ2或凹槽Ⅱ3的侧平面；

3）控制机床主轴从行程一端开始沿X方向移动，直至千分表的测头与最近侧凹槽侧平面接触，且此时千分表的读数为零，控制凹槽侧平面与Z轴平行；

4）记录下机床主轴的移动距离，用X1表示；

5）将机床转台沿Z轴移动到远离千分表测头的安全位置；控制机床主轴同方向继续移动距离d，d表示凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3侧平面之间的距离；

6）将机床转台沿Z轴移向千分表的测头，直至测头能够与另一侧凹槽的侧平面接触，控制机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，使千分表的测头能够在本次所触凹槽侧平面上做直线移动，控制凹槽侧平面与Z轴平行；

7）得到机床转台中心距机床坐标系Z轴的距离X0：X0=X1+d/2。

根据本发明提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其中，测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离时，需要控制凹槽侧平面与Z轴平行，其步骤为：

（1）控制机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，使千分表的测头在所触凹槽侧平面上做直线移动；

（2）若在移动过程中千分表的指针只在表盘的第一个单位刻度格范围内微小摆动，则可认为凹槽侧平面与Z轴平行；

（3）若在移动过程中千分表指针的摆动超过表盘上的第一个单位刻度格宽度范围，则说明凹槽侧平面与Z轴不平行，应根据指针的波动范围情况来旋转调整标定块本体1，直至其凹槽侧平面与Z轴平行。

根据本发明提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其中，测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系X轴距离包括如下步骤：

1）将标定块本体1逆时针或顺时针旋转90°，使凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3侧平面与机床X轴平行；

2）在机床转台的远离机床主轴侧安装一精度为0.01mm的激光精密测微仪，使激光精密测微仪的激光发射源、机床转台中心和机床主轴中心位于同一条直线上；

3）测量激光精密测微仪与距其较近的标定块凹槽侧平面之间的距离，用Z1表示；

4）再测量激光精密测微仪距机床主轴的安装工件侧外端面的距离，用Z2表示；

5）得到机床转台中心距机床坐标系X轴的距离Z0：Z0=Z2-Z1+d/2。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、利用千分表和激光精密测微仪进行辅助测量，测量精度比较高，且具有较高的操作性和通用性。

2、可以在不更换标定块的基础上只通过标定块自身的旋转即可对机床原点进行坐标标定，避免了不必要的装配误差降低测量精度。

3、该标定块对其他精密机床同样具有通用性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的结构示意图

图2为本发明所提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的三视图

图3为本发明所提供的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的机床安装示意图

图4为使用本发明所提供的种超精密抛光机床坐标原点标定块测量精密机床转台中心距机床Z轴距离时的机床安装示意图

图5为使用本发明所提供的种超精密抛光机床坐标原点标定块测量精密机床转台中心距机床Z轴距离时的原理图

图6为使用本发明所提供的种超精密抛光机床坐标原点标定块测量精密机床转台中心距机床X轴距离时的机床安装示意图

图7为使用本发明所提供的种超精密抛光机床坐标原点标定块测量精密机床转台中心距机床X轴距离时的原理图

其中：1.标定块本体2.凹槽Ⅰ3.凹槽Ⅱ4.凸台

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

方案的总体结构如图1所示，超精密抛光机床坐标原点标定块包括标定块本体1，标定块本体1为圆柱体，标定块本体1上部侧面设有两个中心对称的凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3，标定块本体1下部设有凸台4；凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3的侧平面互相平行且关于标定块本体1轴线对称，凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3侧平面的平面度公差等级应在IT5～IT6之间。

本发明在超精密抛光机床上的安装示意图如图3所示，凸台4与超精密抛光机床转台中心孔过盈配合，以确保标定块本体1的中心轴线能够与精密机床转台中心孔的中心轴线重合。

建立机床坐标系X-Y-Z，其中X轴与机床主轴运动方向相平行，Y轴为铅垂方向，Z轴与机床转台运动方向相平行。要对机床坐标原点进行标定，就要确定出机床坐标系X轴与Z轴的确定位置。由于该超精密抛光机床的转台中心易于测量，因而选择机床转台作为参照，通过分别测量出机床转台中心距离机床坐标系X轴和Z轴的距离，即可得到机床坐标系X轴和Z轴的确定位置，从而实现了对机床坐标原点的标定。

参照图4和图5，超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法为：首先将标定块本体1上的凸台4插装在超精密抛光机床转台中心孔中，使标定块本体1能够安装在超精密抛光机床上。在测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离时，旋转标定块本体1，使其凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3的侧平面与Z轴平行。将千分表表头安装在千分表表架上，使千分表表头中心线与千分表表架轴线重合；将表架的磁性底座固定在机床主轴安装工件侧的外端面上，使千分表表架轴线与机床主轴中心线重合；水平调整千分表表头在千分表表架上的位置，使千分表表头的测头能够接触到标定块本体1上的凹槽Ⅰ2或凹槽Ⅱ3的侧平面。控制机床使机床主轴从行程最左端开始沿X方向移动，直至千分表的测头能够与最近侧凹槽侧平面恰好相接触，如图5中所示的位置一，且此时千分表的读数为零，记录下机床主轴的移动距离，用X1表示；控制机床使机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，从而使千分表的测头能够在所触凹槽侧平面上做直线移动，若在移动过程中千分表的指针只在表盘的第一个单位刻度格范围内微小摆动，则可认为凹槽侧平面与Z轴平行；若在移动过程中千分表指针的摆动超过表盘上的第一个单位刻度格宽度范围，则说明凹槽侧平面与Z轴不平行，应根据指针的波动范围情况来旋转调整标定块本体1，直至其凹槽侧平面与Z轴平行；记录下机床主轴移动距离X1后，将机床转台沿Z轴移动到远离千分表测头的安全位置后，使机床主轴同方向继续移动距离d，如图5中所示的位置二，其中d表示凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3侧平面之间的距离。将机床转台沿Z轴移向千分表的测头，直至测头能够处于此时所触凹槽侧平面的中间位置。同样，使机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，使千分表的测头能够在本次所触凹槽侧平面上做直线移动，此时，在移动过程中，千分表的指针仍应只在表盘的第一个单位刻度格范围内微小摆动。这样便可得到机床转台中心距机床坐标系Z轴的距离X0：X0=X1+d/2。

在测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系X轴距离时，再将标定块本体1逆时针或顺时针旋转90°使凹槽Ⅰ2和凹槽Ⅱ3侧平面与机床X轴平行，在机床转台的远离机床主轴侧安装一精度为0.01mm的激光精密测微仪，安装时使激光精密测微仪的激光发射源、机床转台中心和机床主轴中心三者在一条直线上，测量激光精密测微仪与距其较近的标定块凹槽侧平面之间的距离，用Z1表示；再测量激光精密测微仪距机床主轴的安装工件侧外端面的距离，用Z2表示，这样便可得到机床转台中心距机床坐标系X轴的距离Z0：Z0=Z2-Z1+d/2。

由于机床坐标原点为机床坐标系X轴和Z轴的交点，因而在测得机床转台中心距离机床坐标系X轴和Z轴的距离Z0和X0后，即机床转台中心在该机床坐标系X-Y-Z下的坐标为（X0，0，Z0），便可得到机床转台中心与机床坐标原点的相对位置，从而便可确定机床坐标原点的具体位置，完成对机床坐标原点的标定。

Claims (6)

1.一种超精密抛光机床坐标原点标定块，其特征在于，标定块本体（1）为圆柱体，标定块本体（1）上部侧面设有两个对称的凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3），标定块本体（1）下部设有凸台（4）。

2.如权利要求1所述的一种超精密抛光机床坐标原点标定块，其特征在于，凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3）的侧平面互相平行且与标定块本体（1）的轴线对称，凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3）的侧平面的平面度公差等级在IT5～IT6之间；凸台（4）与超精密抛光机床转台中心孔过盈配合。

3.如权利要求1所述的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立机床坐标系X-Y-Z，其中X轴与机床主轴运动方向相平行，Y轴为铅垂方向，Z轴与机床转台运动方向相平行；

步骤二、将标定块本体（1）插装在超精密抛光机床转台中心孔上；

步骤三、测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离，用X0表示；

步骤四、测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系X轴距离，用Z0表示；

步骤五、对机床坐标原点进行标定：由于机床坐标原点为机床坐标系X轴和Z轴的交点，在测得机床转台中心距离机床坐标系X轴和Z轴的距离Z0和X0后，即机床转台中心在该机床坐标系X-Y-Z下的坐标为（X0，0，Z0），进而得到机床转台中心与机床坐标原点的相对位置，最后利用坐标变换确定机床坐标原点的具体位置，完成对机床坐标原点的标定。

4.如权利要求3所述的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其特征在于，所述的测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离包括如下步骤：

1）旋转标定块本体（1），使凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3）的侧平面与Z轴平行；

2）将千分表表头安装在千分表表架上，使千分表表头中心线与千分表表架轴线重合，并使千分表表架轴线与机床主轴中心线重合；水平调整千分表表头在千分表表架上的位置，使千分表表头的测头能够接触到标定块本体（1）上的凹槽Ⅰ（2）或凹槽Ⅱ（3）的侧平面；

3）控制机床主轴从行程一端开始沿X方向移动，直至千分表的测头与最近侧凹槽侧平面接触，且此时千分表的读数为零，控制凹槽侧平面与Z轴平行；

4）记录下机床主轴的移动距离，用X1表示；

5）将机床转台沿Z轴移动到远离千分表测头的安全位置；控制机床主轴同方向继续移动距离d，d表示凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3）侧平面之间的距离；

6）将机床转台沿Z轴移向千分表的测头，直至测头能够与另一侧凹槽的侧平面接触，控制机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，使千分表的测头能够在本次所触凹槽侧平面上做直线移动，控制凹槽侧平面与Z轴平行；

7）得到机床转台中心距机床坐标系Z轴的距离X0：X0=X1+d/2。

5.如权利要求4所述的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其特征在于，所述的测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系Z轴距离时，需要控制凹槽侧平面与Z轴平行，其步骤为：

（1）控制机床转台沿Z轴向远离机床主轴的方向移动，使千分表的测头在所触凹槽侧平面上做直线移动；

（2）若在移动过程中千分表的指针只在表盘的第一个单位刻度格范围内微小摆动，则可认为凹槽侧平面与Z轴平行；

（3）若在移动过程中千分表指针的摆动超过表盘上的第一个单位刻度格宽度范围，则说明凹槽侧平面与Z轴不平行，应根据指针的波动范围情况来旋转调整标定块本体（1），直至其凹槽侧平面与Z轴平行。

6.如权利要求3所述的一种超精密抛光机床坐标原点标定块的使用方法，其特征在于，所述的测量超精密抛光机床转台中心距机床坐标系X轴距离包括如下步骤：

1）将标定块本体（1）逆时针或顺时针旋转90°，使凹槽Ⅰ（2）和凹槽Ⅱ（3）侧平面与机床X轴平行；

2）在机床转台的远离机床主轴侧安装一精度为0.01mm的激光精密测微仪，使激光精密测微仪的激光发射源、机床转台中心和机床主轴中心位于同一条直线上；

3）测量激光精密测微仪与距其较近的标定块凹槽侧平面之间的距离，用Z1表示；

4）再测量激光精密测微仪距机床主轴的安装工件侧外端面的距离，用Z2表示；

5）得到机床转台中心距机床坐标系X轴的距离Z0：Z0=Z2-Z1+d/2。

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