CN104596461A - 用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件及方法。所述特征样件包括基座和固定在基座上端的特征主体，所述基座为扁圆柱体，所述基座的上表面外边缘周向均布十二个凹槽；所述特征主体包括五个同轴设置的扁圆柱体且从上至下直径递增，相邻两个扁圆柱体之间的边缘形成台阶，所述基座与特征主体同轴设置。测量方法：使用T形布局的三轴金刚石车床加工特征样件；加工完成后，采用三坐标测量机测量特征样件的台阶高度面、圆柱直径和凹槽中心线；根据检测结果，推断出三轴金刚石车床的定位精度。本发明所设计样件具有结构简单、加工方便、且能有效反映出定位精度等特点。

Description

用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件及方法
技术领域
本发明属于超精密金刚石车床领域，涉及一种用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件及方法。
背景技术
目前，三轴金刚石车床定位精度检测方法是采用激光干涉仪进行标定。测量过程中，按机床编制程序使运动部件沿着或围绕轴线运动到一系列的目标位置并在各目标位置停留足够的时间以便测量和记录实际位置，机床应按程序以同一的进给速度在目标位置间移动。测量需要反复进行五次，针对各目标位置的测量结果，采用GB-T 17421.2-2000（机床检验通则 第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定）中所规定的计算方法进行计算，得到各轴的定位精度、重复定位精度、系统偏差等参数，但GB17421机床检验通则主要针对常规及精密级数控机床，对超精密级金刚石车床，具有一定的局限性。而且检测过程需要在20℃环境下进行检测，如不在20℃下检测则必须修正轴线定位系统和检测设备间的名义差胀，以获得修正到20℃的检测结果。在这种情况下，需要测量机床定位系统和检测设备的代表性部位的温度。微小的温度变化便会对测量结果产生极大影响。由此可见，该检测方法的检测过程繁琐且对环境要求极高，测量结果受温度影响较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件及方法，通过加工特征样件及检测样件几何精度的方法逆向表征出三轴金刚石车床定位精度。所设计样件具有结构简单、加工方便、且能有效反映出定位精度等特点，为三轴金刚石车床定位误差检测提供了一种新方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，包括基座和固定在基座上端的特征主体，所述基座为扁圆柱体，所述基座的上表面外边缘周向均布十二个凹槽；所述特征主体包括五个同轴设置的扁圆柱体且从上至下直径递增，相邻两个扁圆柱体之间的边缘形成台阶，所述基座与特征主体同轴设置
一种基于特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，具体实施步骤如下：
一、使用T形布局的三轴金刚石车床加工特征样件，加工外圆柱面时，只需Z轴直线进给，其余两轴保持不动；加工台阶及端面平面时，只需X轴直线进给，其余两轴保持不动；加工半正选网格时，X、Z、C轴同时进行联动运动；
二、加工完成后采用三坐标测量机测量特征样件的台阶高度面、圆柱直径和凹槽中心线；
三、根据步骤二的检测结果，推断出三轴金刚石车床的定位精度。
本发明中，所述基座的厚度10mm。
本发明中，所述特征样件总的轴向尺寸视Z轴的最大加工范围而定，应处于Z轴最大加工范围70-90%之间。特征样件轴向尺寸太小时，不能完全反映出定位精度，且加工范围90%以内为常用范围。
本发明中，所述基座半径尺寸视X轴的最大加工范围而定，应处于X轴最大加工范围35-45%之间。特征样件径向尺寸太小时，不能完全反映出定位精度，且加工范围90%以内为常用范围。端面为回转对称结构，因此，端面半径尺寸为X轴最大加工范围35-45%之间即可。
本发明中，所述顶部台阶最小半径无特定尺寸要求。
本发明中，所述各段台阶高度相同。
本发明中，相邻两台阶的半径差值相同。
本发明中，所述凹槽为半正弦结构，其法线方向截面为y=10*sinx。
本发明中，所述凹槽长度（沿外壁至工件中心）为台阶半径差值的1/2。
本发明具有如下优点：
1、简化了金刚石车床定位精度的检测过程，检测结果比激光干涉仪检测方法更为有效。激光干涉仪检测时的检测结果均为静态检测结果，无法准确反映出金刚石车床真实工作条件下的轴系空间关系。机床加工时会受到实际工作环境、工件工艺参数等因素的影响，而由机床直接加工完成的特征样件能够完全准确反映机床的真实运行状态及各轴的定位精度。
2、本发明将基于特征样件的逆向检测方法引用到超精密金刚石车床领域，简化了检测方法和检测过程，为超精密金刚石车床的定位精度检测提供了一种行之有效的新思路。
3、无需高精度、价格昂贵的专业检测设备即可实现金刚石车床三轴定位精度检测，无需专业检测人员进行操作，编辑好加工程序后，可实现自动加工。
附图说明
图1为本发明检测方法的工艺流程图；
图2为典型T形布局的三轴金刚石车床；
图3为特征样件三维视图；
图4为特征样件正视图；
图5为特征样件俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式提供了一种基于特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，通过理论推导分析，可得知金刚石车床各轴的定位精度对所加工工件面形误差的影响关系，进而依据上述关系，设计能够准确反映机床各轴定位精度的特征样件，采用三坐标测量机精密设备对所加工的特征样件进行检测，通过各项测量数据，可逆向表征出金刚石车床各轴的定位精度。
如图1所示，具体实施步骤如下：
一、使用金刚石车床加工特征样件。T形布局的三轴金刚石车床如图1所示，X、Z两直线轴采用T形垂直布置，主轴（带C轴功能）放置于X轴上，刀架置于Z轴上。如图3-5所示，特征样件由基座1和固定在基座1上端的特征主体2两部分构成，所述基座1为扁圆柱体，基座1顶部端面外径处沿着圆周方向均匀阵列十二个凹槽4，凹槽4为半正选网格（凹槽沿着法向的截面为正弦曲线），所述特征主体2包括五个同轴设置的扁圆柱体且从上至下直径递增，相邻两个扁圆柱体之间的边缘形成台阶3，所述基座1与特征主体2同轴设置。
二、加工过程中，加工外圆柱面时，只需Z轴直线进给，其余两轴保持不动；加工台阶及端面平面时，只需X轴直线进给，其余两轴保持不动；加工半正弦网格时，X、Z、C轴同时进行联动运动。
三、加工完成后采用三坐标测量机测量特征样件的台阶高度面、圆柱直径和凹槽中心线。
四、通过圆柱面的检测结果，可知X轴的定位精度；台阶高度的检测结果可知Z轴的定位精度；半正弦网格的重复性可判断出C轴的定位精度。
本实施方式中，所述轴向台阶高度是将总的特征主体轴向尺寸五等分并取整数而确定，各段台阶高度相同。
本实施方式中，将基座半径与顶部台阶半径的差值进行五等分，取整后得到台阶径向尺寸的差值，该差值即为相邻两台阶的半径差值。
本实施方式中，相邻两凹槽之间夹角为30°，满足GB/T 17421.2-2000中所规定的夹角不超过45°。
具体实施方式二：本实施方式提供了一种基于特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，具体步骤如下：
一、使用金刚石车床加工特征样件。
二、加工过程中，加工外圆柱面时，只需Z轴直线进给，其余两轴保持不动；加工台阶及端面平面时，只需X轴直线进给，其余两轴保持不动。
三、使用三坐标测量机进行轴向高度测量。假设轴向各段台阶高度为a，以基座顶部端面为测量参考点，分别测量各段台阶顶部端面与测量参考点之间的高度差，正反两个方向进行重复5次测量，记录结果，依据GB/T 17421.2-2000中所规定的直线轴定位精度定义进行相应数据处理即可得到Z轴的定位精度。
四、使用三坐标测量机进行径向直径测量。假设相邻两台阶的径向半径差值为R，以基座外径为测量参考点，分别测量各段台阶直径与测量参考点的差值，正反两个方向进行重复5次测量，记录结果并制成表格，依据GB/T 17421.2-2000中所规定的直线轴定位精度定义进行相应数据处理即可得到X轴的定位精度。
五、使用三坐标测量机对基座端面外径处的凹槽进行测量。已知相邻两凹槽之间夹角为30°，以任意凹槽中心线为测量参考线，分别测量凹槽中心线与测量参考线之间的角度差值，重复5次测量，记录结果并制成表格，依据GB/T 17421.2-2000中所规定的旋转轴定位精度定义进行相应数据处理即可得到C轴的定位精度。

Claims (10)

1.一种用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述特征样件包括基座和固定在基座上端的特征主体，所述基座为扁圆柱体，所述基座的上表面外边缘周向均布十二个凹槽；所述特征主体包括五个同轴设置的扁圆柱体且从上至下直径递增，相邻两个扁圆柱体之间的边缘形成台阶，所述基座与特征主体同轴设置。
2.根据权利要求1所述的用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述基座的厚度为10mm。
3.根据权利要求1所述的用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述各段台阶高度相等。
4.根据权利要求1所述的用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述相邻两台阶的半径差值相同。
5.根据权利要求1所述的用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述凹槽为半正弦结构。
6.根据权利要求1所述的用于检测三轴金刚石车床定位精度的特征样件，其特征在于所述凹槽长度为台阶半径差值的1/2。
7.一种利用权利要求1-6任一权利要求所述特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、使用T形布局的三轴金刚石车床加工特征样件，加工外圆柱面时，只需Z轴直线进给，其余两轴保持不动；加工台阶及端面平面时，只需X轴直线进给，其余两轴保持不动；加工半正选网格时，X、Z、C轴同时进行联动运动；
二、加工完成后采用三坐标测量机测量特征样件的台阶高度面、圆柱直径和凹槽中心线；
三、根据步骤二的检测结果，推断出三轴金刚石车床的定位精度。
8.根据权利要求7所述的利用特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，其特征在于所述特征样件总的轴向尺寸应处于Z轴最大加工范围70-90%之间。
9.根据权利要求7所述的利用特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，其特征在于所述基座半径尺寸应处于X轴最大加工范围35-45%之间。
10.根据权利要求7所述的利用特征样件检测三轴金刚石车床定位精度的方法，其特征在于所述步骤三的具体推断方法如下：通过圆柱面的检测结果，可知X轴的定位精度；通过台阶高度的检测结果可知Z轴的定位精度；通过半正弦网格的重复性可判断出C轴的定位精度。
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