CN104786099B - 一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，该测试装置包括磁座、上部设有凸台的定位件、楔形块、中空的转动座和杆件组件，定位件固定连接在磁座上，楔形块固定连接在定位件上，且位于凸台外侧；沿定位件的周向，楔形块的一端为斜面，另一端为垂直面；转动座套在凸台上，且转动座的壁面下部设有缺口，该缺口与楔形块相配合；杆件组件固定连接在转动座的顶面。还公开了测试方法。该测试装置和测试方法能够以低成本、简单操作实现伺服刀架的重复定位精度的测试，同时能够有较高的测试精度。

Description

一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种重复定位精度的测试装置，具体来说，涉及一种用于机床伺服刀架重复定位精度测试的装置。

背景技术

在国防军工和制造业竞争力等方面，机床行业有着关键性作用，因此，我国政府已经将该行业提升到了战略性位置。国家重要的振兴目标之一就是发展大型、精密、高速数控设备和功能部件。因此，对机床的精密性的要求越来越高。而伺服刀架的精度是机床精密性的重要组成部分。所以，对于伺服刀架的重复定位精度的测试必不可少，而且越来越重要。伺服刀架主要组成部件有刀盘，端齿盘(内端齿盘，外端齿盘，右端齿盘)，箱体，主轴，液压油缸，活塞，齿轮系，箱体后盖，伺服电机等。伺服刀架为机电液一体化典型产品，工作时，首先由数控机床(CNC)控制单元发出指令，选刀信息传输到刀架控制器，通过控制器计算确定目标刀具的工位和旋转方式，先发出松开信号至液压控制器，通过电磁阀控制液压油缸松开端齿盘锁紧机构；同时发送指令到伺服驱动器，控制伺服电机运转，刀盘转位选刀，伺服驱动器通过电流、速度、位置三个闭环控制，采用全数字控制刀盘完成初定位。接着刀架控制器发出锁紧信号通过电磁阀控制液压油缸锁紧端齿盘，从而实现刀盘的锁紧并通过端齿盘完成精定位。

现如今，测试伺服刀架重复定位精度的装置主要是用基准盘和角度检测装置，即采用自准直仪配合正多面棱体的方法测量伺服刀架的重复定位精度。

自准直仪是一种应用光学自准直成像测微原理的高精度测角仪器。它利用光学自准直法，把角度量变成线值量，由微型线位移光栅传感器测出线值变化量，间接地把角度变化量测出来。利用自准直仪和正多面棱体测量伺服刀架端齿盘分度精度，主要是根据自准直仪的工作原理，将多面棱体的工作面平行于伺服刀架每一工位固定，以工作面作为自准直仪的反射镜，通过刀架工位转动一周，测量重复定位精度。MC030系列0.1秒数显测微自准直仪的示值误差为10′范围内≤2″。

此种方法的缺点在于测试仪器需要进行仔细的调整，具体内容包括：(1)准直仪光轴与齿盘啮合圆中心线距离：调整准直仪的位置，使光轴通过被检齿盘啮合圆中心线，允许偏差1mm；(2)准直仪的光轴与棱体反射面垂直度误差应在20”以内；(3)分划板上的十字线象的竖线与被检齿盘啮合圆中心线垂直度不大于2’；(4)棱支承面与端齿盘啮合圆平面平行度：将棱体安装在工装支承面上，端齿盘分别在0°，180°，90°，270°位置啮合，棱体均以同一反射面对准准直仪，每次反射回来的十字线象的水平线与分划板上双十字线的水平线重合。如不重合，调整或修研棱体支承面；(5)精确调整十字线分划板与端齿盘啮合圆中心线平行。调整过程费时很长，且难度很大。调整结束后，测量时寻找测点也较为困难。市场上一台自准直仪报价一般在一万以上。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置及其测试方法，能够以低成本、简单操作实现伺服刀架的重复定位精度的测试，同时能够有较高的测试精度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，该测试装置包括磁座、上部设有凸台的定位件、楔形块、中空的转动座和杆件组件，定位件固定连接在磁座上，楔形块固定连接在定位件上，且位于凸台外侧；沿定位件的周向，楔形块的一端为斜面，另一端为垂直面；转动座套在凸台上，且转动座的壁面下部设有缺口，该缺口与楔形块相配合；杆件组件固定连接在转动座的顶面。

进一步：所述的杆件组件包括横向杆和纵向杆，横向杆和纵向杆通过连接件连接，横向杆可沿连接件移动，连接件可沿纵向杆移动，纵向杆固定连接在转动座的顶面。

进一步：所述的楔形块为两块，两块楔形块沿定位件的轴线对称布设在定位件的边缘。

进一步：所述的转动架的缺口侧面底部有倒角。

一种上述用于伺服刀架重复定位精度的测试装置的测试方法，其特征在于，该测试方法包括：首先，将测试装置的磁座安装在固定架体上，调整千分表，使千分表的表头安装在横向杆上，保证千分表测量方向垂直于假刀上表面，且千分表的表头与假刀的上表面接触，并读取千分表示数a；然后，手动控制转动座，使其旋转，转动座沿着楔形块的斜面升起，直至转动座转动到楔形块的上表面；接着，转动伺服刀架一周；随后，将转动座反方向转动，回至原始位置，利用楔形块竖直面定位，读取千分表的示数b；最后，根据千分表的两次示数差值ΔX测算重复定位精度，如式所示：

式(1)

式(1)中，α表示重复定位误差，单位：角秒；ΔX表示千分表两次示数差值，单位mm；ΔX＝|a-b|；L表示千分表测点到刀架转动中心的距离，单位：mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

1.该测试装置结构简单，而且部分零件能够直接购买得到，包括：磁座、杆件组件等。所需加工的零件较少，包括连接件、楔形块、转动架等部件。因此，与已有的测试装置相比，该装置能够以较低的成本，高效率实现测试要求，预计一台装置的成本在一千以下。

2.本发明的测试装置，与其他测试装置相比，装配过程简单，无需特殊技巧。同时，测试方法也十分简单，能够快速的实现重复定位精度的测试。

3.该测试装置能够满足精度要求。通过实验，该装置误差小于MC030系列0.1秒数显测微自准直仪。

附图说明

图1是本发明的装配结构示意图。

图2是本发明中连接件的结构示意图。

图3是本发明中转动架的结构示意图。

图4是本发明中楔形块的结构示意图。

图5是本发明的半剖视图。

图6是本发明的局部剖视图。

图7是刀具回转路径图；图中虚线绘制的大圆圈表示刀具回转路径，实线绘制的小圆圈表示千分表，小圆圈下方与小圆圈连接的直线表示侧头。

图中有：磁座1、凸台201、定位件2、楔形块3、横向杆4、转动座5、纵向杆6、连接件7。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1至图6所示，本发明的一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，包括磁座1、上部设有凸台201的定位件2、楔形块3、中空的转动座5和杆件组件。定位件2固定连接在磁座1上，楔形块3固定连接在定位件2上，且位于凸台201外侧。沿定位件2的周向，楔形块3的一端为斜面，另一端为垂直面。转动座5套在凸台201上，且转动座5的壁面下部设有缺口，该缺口与楔形块3相配合。杆件组件固定连接在转动座5的顶面。

作为一种实施例，所述的杆件组件包括横向杆4和纵向杆6，横向杆4和纵向杆6通过连接件7连接，横向杆4可沿连接件7移动，连接件7可沿纵向杆6移动，纵向杆6固定连接在转动座5的顶面。

作为一种实施例，所述的楔形块3为两块，两块楔形块3沿定位件2的轴线对称布设在定位件2的边缘。设置两块楔形块3实现在转动转动座5时提升转动座5，避免转动转动座5时千分表与接触面摩擦。同时，转动座5转动至脱离楔形块3斜面，而与楔形块3上表面接触，两楔形块3上表面用于放置转动座5，受力对称。

作为一种实施例，所述的转动架的缺口侧面底部有倒角。设置倒角，能更好的将扭矩的一部分转化为铅垂方向的作用力，从而保证转动座5能够很容易的通过楔形块3的斜面被提升起来。

本发明的测试装置中，磁座1是具有一定磁力的普通磁座。该测试装置用螺钉穿过定位件2的中心通孔与磁座1连接，固定磁座1和定位件2。用螺钉将楔形块3与定位件2固定连接，螺钉沉于楔形块3的沉孔之中。定位件2与转动座5底座间隙配合方式连接。在满足精度要求下，定位件2与转动座5之间能够发生转动。楔形块3在转动座5底座的缺口中，楔形块3竖直面与转动座5底座的缺口一侧面重合，缺口底部有R1的倒角。转动座5底座与杆件组件可通过螺纹的形式连接。

本发明的测试装置的工作原理是：测量刀盘两次转动前后同一位置的切向位置变化，然后转化为角度。该测试装置能够以简单的操作，解决测量时千分表对刀盘转动的干涉问题，同时利用基准面保证精度。

具体操作如下：1.将测试装置安装在固定架体上，调整千分表，使千分表的表头安装在横向杆4上，保证千分表测量方向垂直于假刀(假刀是指截面尺寸与车刀相同，长度与车刀刀尖至刀尾距离相等，且表面光滑的长方体金属块，用于代替车刀，便于实验操作)上表面，且千分表的表头与假刀的上表面接触，并读取千分表示数a；2.手动控制转动座5，使其旋转，转动座5沿着楔形块3的斜面升起，直至转动座5转动到楔形块3的上表面；3.转动伺服刀架一周；4.将转动座5反方向转动，回至原始位置，利用楔形块3竖直面定位，读取千分表的示数b；5.根据千分表的两次示数差值ΔX测算重复定位精度，如式(1)所示：

式(1)

式(1)中，α表示重复定位误差，单位：角秒；ΔX表示千分表两次示数差值，单位mm；ΔX＝|a-b|；L表示千分表测点到刀架转动中心的距离，单位：mm。

本发明的测试方法将转动的角度误差转化为位移进行测量，测量刀盘转动前后同一位置的切向位置尺寸差，从而获得伺服刀架重复定位精度。

本发明的测试装置简化了伺服刀架的重复定位精度测试的过程，并提高了测试效率，同时能够得到较高精度要求的实验数据。所述测试装置原理是测量刀盘转动前后同一位置的切向位置尺寸差，从而获得伺服刀架重复定位精度。该测试装置的特点在于能够以简单的操作解决测量时千分表对刀盘转动的干涉问题，同时利用基准面保证精度。

下面通过理论计算来说明本发明的测试装置具有良好的精度。如图7所示，刀具回转路径半径为L，对应的回转误差为虚线长度对应角度。由于ΔX为微小量，所以可将其近似视为两侧点的弧长。转动架配合为H7/h6，取定位件凸台直径为28mm，则最大间隙量利用上偏差减去下偏差得ΔL＝0.034mm。一般测量距离L满足120mm≤L≤200mm。取两次测量的理想弧长差为ΔX＝0.01mm。

根据式(1)，L越小，误差越大，所以取L＝120mm，带入式(1)得其对应角度为17.19″。

由于测量得到的ΔX为直线长度，根据几何关系求出实际弧长与ΔX的差值为2.8935×10^-12mm，即实际弧长为ΔX₀＝ΔX+2.8935×10^-12mm。

角度17.19″对应的测量误差为：

换算得到误差为10′范围内≤0.171″。角度换算就是比例关系：

10′/17.19″＝0.171″/0.0049″。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，其特征在于：该测试装置包括磁座(1)、上部设有凸台(201)的定位件(2)、楔形块(3)、中空的转动座(5)和杆件组件，定位件(2)固定连接在磁座(1)上，楔形块(3)固定连接在定位件(2)上，且位于凸台(201)外侧；沿定位件(2)的周向，楔形块(3)的一端为斜面，另一端为垂直面；转动座(5)套在凸台(201)上，且转动座(5)的壁面下部设有缺口，该缺口与楔形块(3)相配合；杆件组件固定连接在转动座(5)的顶面。

2.按照权利要求1所述的用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，其特征在于：所述的杆件组件包括横向杆(4)和纵向杆(6)，横向杆(4)和纵向杆(6)通过连接件(7)连接，横向杆(4)可沿连接件(7)移动，连接件(7)可沿纵向杆(6)移动，纵向杆(6)固定连接在转动座(5)的顶面。

3.按照权利要求1所述的用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，其特征在于：所述的楔形块(3)为两块，两块楔形块(3)沿定位件(2)的轴线对称布设在定位件(2)的边缘。

4.按照权利要求1所述的用于伺服刀架重复定位精度的测试装置，其特征在于：所述的转动座(5)的缺口侧面底部有倒角。

5.一种利用权利要求1所述的用于伺服刀架重复定位精度的测试装置的测试方法，其特征在于，该测试方法包括：首先，将测试装置的磁座(1)安装在固定架体上，调整千分表，使千分表的表头安 装在横向杆(4)上，保证千分表测量方向垂直于假刀上表面，千分表的表头与假刀的上表面接触，并读取千分表示数a；然后，手动控制转动座(5)，使其旋转，转动座(5)沿着楔形块(3)的斜面升起，直至转动座(5)转动到楔形块(3)的上表面；接着，转动伺服刀架一周；随后，将转动座(5)反方向转动，回至原始位置，利用楔形块(3)竖直面定位，读取千分表的示数b；最后，根据千分表的两次示数差值ΔX测算重复定位精度，如式(1)所示：

式(1)中，α表示重复定位误差，单位：角秒；ΔX表示千分表两次示数差值，单位mm；ΔX＝|a-b|；L表示千分表测点到刀架转动中心的距离，单位：mm。