CN105290968B - 一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法 - Google Patents

一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，属于机械制造领域。分为竖直方向和水平方向的标定调整，在竖直方向采用相对于工件主轴回转中心偏心布置的中心冲刻划标定板，水平方向对心主要获取工件主轴在特定位置相对于机床X轴参考点的坐标。整个对心过程使用的标定板和标定半球采用简单几何体组成，加工难度小、加工精易于控制、且对人工装夹调整要求低，重复操作性好，可通过多次操作逐步减小误差；测量则采用常见的千分表和激光精密测微仪，安装调整灵活受机体布局影响小，通用性好，测量精度高。相对于采用对刀仪或其它专用设备，本方法具有操作简单、安装调试方便、造价成本低的优点。

Description

一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法。
背景技术
机床组成部件的运动精度和装配精度对零件的加工精度具有很大影响。随着制造技术的提高，当前数控机床所采用的各组成部件都可以保证具有较高的运动精度，但是高精度运动部件并非高精度机床的唯一保障，机床的安装和调试精度往往更具决定意义。数控卧式磨抛机床编程时，无论是采用绝对编程、增量式编程还是混合编程，都要求夹持工件的主轴中心与工具系统的中心是对心精确的，机床做加工运动时二者可以具有较高的相对位置精度。通常情况下购买的数控卧式精密磨抛机床，都是厂家借助于成本昂贵、超高精度的仪器设备，并依靠具有多年安装调试经验的工人师傅经长时间调整对心好的，但是自制卧式精密磨抛机床时，为了确保机床具有较高加工精度，通常需要更简单实用的机床工件主轴和工具系统的对心方法。
发明内容
本发明提供一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，以解决目前存在的定位复杂、需要用昂贵、超高精度的仪器设备的问题。
本发明采用的技术方案是，包括下列步骤：
步骤一、建立机床坐标系X-Z-B-C，其中X轴与机床工件主轴运动方向相平行，Z轴与机床工具系统运动方向相平行，B轴为机床转台转动轴，C轴为机床工件主轴转动轴；
步骤二、机床各轴回参考点后，调整转台使工具系统轴与Z轴平行，将标定板安装在工具系统上，用千分表Ⅰ辅助检测使标定板上平面与X轴平行：
步骤三、将中心冲通过磁力底座，相对于工件主轴回转轴心，偏心吸附在工件主轴吸盘端面上，调整工具系统与中心冲的相对位置，使中心冲冲头能够刻划到标定板前平面；
步骤四、中心冲随机床工件主轴偏心转动，并随X轴溜板直线移动，在标定板前平面上刻划出一系列圆形划痕；
步骤五、从工具系统上取下标定板，分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2，计算得到机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz；
步骤六、由步骤五中的机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz，调整工具系统高度修配调整板的尺寸，使工具系统轴和机床工件主轴等高，即完成在竖直方向对心标定；
步骤七、拆除上述标定板、刻划工具和千分表Ⅰ，在工具系统上安装标定半球Ⅰ和千分表Ⅱ，在工件主轴上安装标定半球Ⅱ，在X轴溜板上安装千分表Ⅲ，调整千分表Ⅱ和千分表Ⅲ的测杆高度和伸出长度，使测杆和工件主轴等高且平行，且工件主轴沿X轴运动时，千分表Ⅱ和千分表Ⅲ的红宝石测头，分别划过标定半球Ⅱ和标定半球Ⅰ的球面；
步骤八、在垂直于Z轴方向架设激光精密测微仪，使激光发射源与工件主轴、工具系统轴在同一平面内；
步骤九、工件主轴在X轴溜板上沿X轴运动，用激光精密测微仪测量千分表Ⅲ红宝石测头划过标定半球Ⅰ过程中，表盘示值最大时，千分表Ⅲ红宝石测头到激光精密测微仪的最小距离，记为D1；
步骤十、取下千分表Ⅲ，工件主轴继续沿X轴运动，在千分表Ⅱ红宝石测头划过标定半球Ⅱ过程中，表盘示值最大时，记录工件主轴相对于X轴参考点的坐标，记为X0；
步骤十一、保持激光精密测微仪不动，Z轴溜板向远离标定半球Ⅱ方向移动，直至千分表Ⅱ红宝石测头被激光束打到，用激光精密测微仪测量千分表Ⅱ红宝石测头到激光精密测微仪的最小距离，记为D2；
步骤十二、测量千分表Ⅱ红宝石测头、千分表Ⅲ红宝石测头的直径分别记为d1、d2,结合X0、D1、D2，计算出工具系统轴相对于X轴参考点的距离XZ：由机床坐标系得到此位置的坐标Xk：Xk＝XZ或Xk＝XZ，至此当工件主轴运动到坐标Xk，工件主轴和工具系统轴重合，对心完成。
本发明的一种实施方式是：所述步骤二在标定工具系统轴和工件主轴在竖直方向偏差时，用千分表Ⅰ辅助检测使标定板上平面与X轴平行，其步骤为：
(1)在X轴溜板上安装千分表Ⅰ，调整使千分表Ⅰ测杆竖直向下；
(2)调整Z轴溜板到千分表Ⅰ的距离和标定板在工具系统上的转角并锁定，使千分表Ⅰ红宝石测头与标定板上平面保持接触地划过；
(3)千分表Ⅰ随工件主轴沿X轴直线移动，观察千分表Ⅰ红宝石测头接触标定板上平面时指针变化情况；
(4)根据(3)中指针偏转，调整标定板在工具系统上的转角，直到千分表Ⅰ在测量过程中，表针偏转的幅度对应读数小于0.002～0.003mm，即认为标定板上平面与X轴平行。
本发明的一种实施方式是：所述步骤五中分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2，计算得到机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz，其步骤为：
(1)将标定板前平面上圆形划痕的上轮廓点和下轮廓点分别相连，得到两条平行的直线；
(2)划出步骤(1)中两条平行直线的中心线并延长与标定板前平面左棱边、标定板前平面右棱边相交，此中心线即为工件主轴运动轨迹线；
(3)量取上述步骤(2)中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2；
(4)则工具系统和机床工件主轴在竖直方向偏差
本发明所述的标定板后平面和标定板圆柱柄相互垂直，标定板圆柱柄轴线位于标定板后平面的对称中心上，标定板后平面和标定板圆柱柄轴线垂直度公差为：以标定板后平面棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板前平面与标定板后平面相互平行，平行度公差为，以标定板前平面棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板上平面的平面度公差为：以标定板上平面棱边为主参数，公差等级在IT6～IT7之间的对应公差值。
本发明所述的标定半球I或标定半球II的球面与标定半球圆柱柄同轴，同轴度公差值为，以标定半球球面直径为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定半球球面表面粗糙度为Ra0.100。
本发明提供的标定板和中心冲用于机床在竖直方向对心标定，标定半球Ⅰ和标定半球Ⅱ用于机床在水平方向对心标定。
本发明针对一种四轴精密卧式磨抛机床，构思了一种简单实用的对心方法，利用结构简单、制造方便、制造成本低的标定板和标定半球可以实现对机床工件主轴和工具系统精确对心。
本发明的优点在于：
1.采用简单几何体组成的标定板1和标定半球，加工难度小、加工精度易于控制、改型和修复方便、造价成本低；
2.采用常用千分表和激光精密测微仪15进行辅助测量，安装调整受机床布局影响小且测量精度度高，其对心方法具有一定的通用性；
3.本方法可作为现有专用对刀仪的补充，在一定条件下可实现对卧式磨抛机床快速和精确对心。
附图说明
图1为本发明所提供的对心方法竖直方向对心示意图；
图2为本发明所提供的对心方法水平方向对心示意图；
图3为本发明所提供的对心方法标定板示意图；
图4为本发明所提供的对心方法标定半球示意图；
图5为本发明所提供的对心方法竖直方向对心安装局部放大图；
图6为本发明所提供的对心方法竖直方向对心标定板装夹剖视图；
图7为本发明所提供的对心方法竖直方向对心计算原理图1；
图8为本发明所提供的对心方法竖直方向对心计算原理图2；
图9为本发明所提供的对心方法竖直方向对心计算原理图3；
图10为本发明所提供的对心方法竖直方向对心计算原理图4；
图11为本发明所提供的对心方法工具系统高度修配调整板；
图12为本发明所提供的对心方法水平方向对心安装局部放大图；
图13为本发明所提供的对心方法水平方向对心测量1调整局部放大图；
图14为本发明所提供的对心方法水平方向对心测量1示意图；
图15为本发明所提供的对心方法水平方向对心测量2调整示意图；
图16为本发明所提供的对心方法水平方向对心测量2调整局部放大图；
图17为本发明所提供的对心方法水平方向对心测量2示意图；
其中：标定板1、工具系统2、Z轴溜板3、床身4、X轴溜板5、主轴系统6、刻划工具7、千分表Ⅰ8、标定半球Ⅰ9、标定半球Ⅱ10、工具系统高度修配调整板11、转台12、千分表Ⅱ13、千分表Ⅲ14、激光精密测微仪15、机床X轴参考点16、标定板上平面101、标定板后平面102、标定板圆柱柄103、标定板左平面104、标定板前平面105、标定板前平面右棱边106、标定板前平面下棱边107、标定板前平面左棱边108、标定板前平面上棱边109、工具系统壳体201、工具系统底座202、螺栓203、工具系统主轴套筒204、螺栓205、轴承端盖206、工具系统轴207、弹性夹头208、弹性夹头螺帽209、轴承210、轴承211、紧固螺母212、工件主轴吸盘端面601、主轴吸盘气压表602、工件主轴箱603、中心冲701、磁力表座702、标定半球柱面901、标定半球圆柱柄902、标定半球球面903、千分表Ⅱ集中控制锁紧旋钮1301、千分表Ⅱ表体1302、千分表Ⅱ夹紧孔旋钮1303、千分表Ⅱ测杆1304、千分表Ⅱ红宝石测头1305、千分表Ⅲ磁力表座1401、千分表Ⅲ表体1402、千分表Ⅲ夹紧孔旋钮1403、千分表Ⅲ测杆1404、千分表Ⅲ红宝石测头1405。
具体实施方式
包括下列步骤：
步骤一、建立机床坐标系X-Z-B-C，其中X轴与机床工件主轴运动方向相平行，Z轴与机床工具系统2运动方向相平行，B轴为机床转台12转动轴，C轴为机床工件主轴转动轴；
步骤二、机床各轴回参考点后，调整转台使工具系统轴207与Z轴平行，将标定板1安装在工具系统2上，用千分表Ⅰ8辅助检测使标定板上平面101与X轴平行：
步骤三、将中心冲701通过磁力底座702，相对于工件主轴回转轴心，偏心吸附在工件主轴吸盘端面601上，调整工具系统2与中心冲701的相对位置，使中心冲701冲头能够刻划到标定板前平面105；
步骤四、中心冲701随机床工件主轴偏心转动，并随X轴溜板5直线移动，在标定板前平面105上刻划出一系列圆形划痕；
步骤五、从工具系统2上取下标定板1，分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边108的交点到标定板前平面下棱边107的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边106的交点到标定板前平面上棱边109的距离d2，计算得到机床工具系统轴207与工件主轴在竖直方向偏差dz；
步骤六、由步骤五中的机床工具系统轴207与工件主轴在竖直方向偏差dz，调整工具系统高度修配调整板11的尺寸，使工具系统轴207和机床工件主轴等高，即完成在竖直方向对心标定；
步骤七、拆除上述标定板1、刻划工具7和千分表Ⅰ8，在工具系统2上安装标定半球Ⅰ9和千分表Ⅱ13，在工件主轴上安装标定半球Ⅱ10，在X轴溜板5上安装千分表Ⅲ14，调整千分表Ⅱ13和千分表Ⅲ14的测杆高度和伸出长度，使测杆和工件主轴等高且平行，且工件主轴沿X轴运动时，千分表Ⅱ13和千分表Ⅲ14的红宝石测头，分别划过标定半球Ⅱ10和标定半球Ⅰ9的球面；
步骤八、在垂直于Z轴方向架设激光精密测微仪15，使激光发射源与工件主轴、工具系统轴207在同一平面内；
步骤九、工件主轴在X轴溜板5上沿X轴运动，用激光精密测微仪15测量千分表Ⅲ红宝石测头1405划过标定半球Ⅰ9过程中，表盘示值最大时，千分表Ⅲ红宝石测头1405到激光精密测微仪15的最小距离，记为D1；
步骤十、取下千分表Ⅲ14，工件主轴继续沿X轴运动，在千分表Ⅱ红宝石测头1305划过标定半球Ⅱ10过程中，表盘示值最大时，记录工件主轴相对于X轴参考点16的坐标，记为X0；
步骤十一、保持激光精密测微仪15不动，Z轴溜板3向远离标定半球Ⅱ10方向移动，直至千分表Ⅱ红宝石测头1305被激光束打到，用激光精密测微仪15测量千分表Ⅱ红宝石测头1305到激光精密测微仪15的最小距离，记为D2；
步骤十二、测量千分表Ⅱ红宝石测头1305、千分表Ⅲ红宝石测头1405的直径分别记为d1、d2,结合X0、D1、D2，计算出工具系统轴207相对于X轴参考点16的距离由机床坐标系得到此位置的坐标Xk：Xk＝XZ或Xk＝XZ，至此当工件主轴运动到坐标Xk，工件主轴和工具系统轴207重合，对心完成。
本发明的一种实施方式是：所述步骤二在标定工具系统轴207和工件主轴在竖直方向偏差时，用千分表Ⅰ8辅助检测使标定板上平面101与X轴平行，其步骤为：
(1)在X轴溜板5上安装千分表Ⅰ8，调整使千分表Ⅰ8测杆竖直向下；
(2)调整Z轴溜板3到千分表Ⅰ8的距离和标定板1在工具系统2上的转角并锁定，使千分表Ⅰ8红宝石测头与标定板上平面101保持接触地划过；
(3)千分表Ⅰ8随工件主轴沿X轴直线移动，观察千分表Ⅰ8红宝石测头接触标定板上平面101时指针变化情况；
(4)根据(3)中指针偏转，调整标定板1在工具系统2上的转角，直到千分表Ⅰ8在测量过程中，表针偏转的幅度对应读数小于0.002～0.003mm，即认为标定板上平面101与X轴平行。
本发明的一种实施方式是：所述步骤五中分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边108的交点到标定板前平面下棱边107的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边106的交点到标定板前平面上棱边109的距离d2，计算得到机床工具系统轴207与工件主轴在竖直方向偏差dz，其步骤为：
(1)将标定板前平面105上圆形划痕的上轮廓点和下轮廓点分别相连，得到两条平行的直线；
(2)划出步骤(1)中两条平行直线的中心线并延长与标定板前平面左棱边108、标定板前平面右棱边106相交，此中心线即为工件主轴运动轨迹线；
(3)量取上述步骤(2)中心线与标定板前平面左棱边108的交点到标定板前平面下棱边107的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边106的交点到标定板前平面上棱边109的距离d2；
(4)则工具系统2和机床工件主轴在竖直方向偏差
本发明所述的标定板1后平面102和标定板圆柱柄103相互垂直，标定板圆柱柄103轴线位于标定板后平面102的对称中心上，标定板后平面102和标定板圆柱柄103轴线垂直度公差为：以标定板后平面102棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板前平面105与标定板后平面102相互平行，平行度公差为：以标定板前平面105棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板上平面101的平面度公差为，以标定板上平面101棱边为主参数，公差等级在IT6～IT7之间的对应公差值。
本发明所述的标定半球I或标定半球II的球面903与标定半球圆柱柄902同轴，同轴度公差值为，以标定半球球面903直径为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定半球球面903表面粗糙度为Ra0.100。
本发明提供的标定板1和中心冲701用于机床在竖直方向对心标定，标定半球Ⅰ9和标定半球Ⅱ10用于机床在水平方向对心标定。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
该对心方法主要包括两部分，如图1所示的竖直方向标定和图2所示的水平方向标定。
在竖直方向标定时采用的标定板1如图3所示：标定板后平面102和标定板圆柱柄103轴线相互垂直，且标定板圆柱柄103轴线位于标定板后平面102的对称中心上，标定板后平面102和圆柱柄103垂直度公差为，以标定板后平面102棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板前平面105与标定板后平面102相互平行，平行度公差为，以标定板前平面105棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板上平面101的平面度公差为，以标定板上平面101棱边为主参数，公差等级在IT6～IT7之间的对应公差值。
标定半球球面903与标定半球圆柱柄902同轴，同轴度公差为，以标定半球球面903直径为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定半球球面903表面粗糙度为Ra0.100。
本发明在竖直方向标定时，标定安装示意图如图5和图6所示：标定板1通过弹性夹头208固定在工具系统2上，调整标定板1在工具系统2上的转角，使标定板上平面101与X轴平行，调整时用吸附在X轴溜板5上的千分表Ⅰ8检验水平度，其检测方法为：在X轴溜板5上安装千分表Ⅰ8，使千分表Ⅰ8测杆竖直向下；调整Z轴溜板3到千分表Ⅰ8的距离和标定板1在工具系统2上的转角后锁定，使千分表Ⅰ8红宝石测头划过调整板上平面101时保持接触；千分表Ⅰ8随工件主轴沿X轴直线移动，观察千分表Ⅰ8的红宝石测头接触调整板上平面101时指针变化情况；根据指针的偏转，调整标定板1在工具系统2上的转角，直到千分表Ⅰ8在测量过程中表针摆动幅度对应读数小于0.002～0.003mm，即认为标定板上平面101与X轴平行。标定板上平面101与X轴调整平行后，将中心冲701安装在磁力表座702上，将磁力表座702吸附在工件主轴吸盘端面601上，调整磁力表座702使中心冲701相对于工件主轴回转中心偏置；调整Z轴溜板3的位置，使中心冲701随X轴溜板5移动时能够刻划到标定板前平面105。锁定工具系统2和转台10，中心冲701随工件主轴偏心旋转并随X轴溜板5直线移动，运动过程中中心冲701刻划标定板前平面105产生如图7、图8、图9、图10所示的圆形划痕。刻划结束后取下标定板1，利用划线工具把标定板1上一系列圆形划痕上沿轮廓点、下沿轮廓点分别相连，得到2条平行直线；划出2平行直线的中心线并延长与标定板前平面左棱边108、标定板前平面右棱边106相交，此中心线即为工件主轴运动轨迹线；量取中心线与标定板前平面左棱边108的交点到标定板前平面下棱边107的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边106的交点到标定板前平面上棱边109的距离d2。在图7、图8、图9、图10设标定板1与机床X轴夹角为α时对应的弦长为dx、标定板前平面右棱边106长度值的一半为dh，若工具系统2与工件主轴等高，则主轴运动轨迹过标定板前平面105的对称中心，为理想轮廓中线；若工具系统2与工件主轴有高度差，则划痕轮廓中线与理想轮廓中线的距离，为工件主轴与工具系统2在竖直方向的偏差dz。如图7、图8所示标定板1相对机床X轴逆时针偏转α角度时：如图7所示当轮廓中线高于理想轮廓中线时：d1＝dh+dx+dz，d2＝dh+dx-dz则如图8所示当轮廓中线低于理想轮廓中线时：d1＝dh+dx-dz，d2＝dh+dx+dz则如图9、图10所示标定板1相对机床X轴顺时针偏转α角度时：如图9所示当轮廓中线高于理想轮廓中线时：d1＝dh-dx+dz，d2＝dh-dx-dz则如图10所示当轮廓中线低于理想轮廓中线时：d1＝dh dxdz，d2＝dh dx|dz则综上所述，当测量中心线与标定板前平面左棱边108的交点到标定板前平面下棱边107的距离d1、中心线与标定板前平面右棱边106的交点到标定板前平面上棱边109的距离d2时，划痕轮廓中线与理想轮廓中线的距离，即工件主轴和工具系统2在竖直方向偏差
通过上述标定获得工件主轴和工具系统2在竖直方向偏差dz，当机床工件主轴低于工具系统2时，磨削如图11所示的工具系统高度修配调整板11；当机床工件主轴高于工具系统2时添加调整垫片，使机床工件主轴和工具系统2等高。
本发明在水平方向标定时，标定安装如图12所示：标定半球Ⅰ9和标定半球Ⅱ10，分别通过工具系统2上的弹性夹头208和工件主轴上的真空吸盘固定，千分表Ⅲ14安装X轴溜板5上，千分表Ⅱ13安装在工具系统2上。调整千分表Ⅱ13和千分表Ⅲ14的测杆高度和伸出长度，使测杆和工件主轴等高且平行，使工件主轴沿X轴运动时，千分表Ⅱ13和千分表Ⅲ14的红宝石测头，分别划过定半球Ⅱ10和标定半球Ⅰ9的球面。装夹完成后，在垂直于Z轴方向架设激光精密测微仪15，使激光发射源与工件主轴、工具系统轴207在同一平面内。X轴溜板5沿X轴运动，获取千分表Ⅲ红宝石测头1405划过标定半球Ⅰ9，表盘最大示值的位置如图13所示。如图14所示用激光精密测微仪15，测取千分表Ⅲ14最大示值时，千分表Ⅲ红宝石测头1405到激光精密测微仪15的最小距离D1。取下千分表Ⅲ14，使X轴溜板5沿X轴运动，获取千分表Ⅱ红宝石测头1305划过标定半球Ⅱ10，表盘最大示值时系统布局如图15和图16所示，记录工件主轴相对于X轴参考点16的坐标X0。在整个过程中保持激光精密测微仪15不动，Z轴溜板3向远离标定半球Ⅱ10方向移动，直至千分表Ⅱ红宝石测头1305被激光束打到；用激光精密测微仪15测量千分表Ⅱ红宝石测头1305到激光精密测微仪15的最小距离，记为D2，如图17所示。根据千分表厂家提供或用螺旋测微仪测量千分表Ⅱ红宝石测头1305直径d1和千分表Ⅲ红宝石测头1405直径d2。如图15所示在千分表Ⅱ红宝石测头1305划过标定半球Ⅱ10表盘最大示值时，若机床X轴参考点16位于工件主轴右侧，计算工具系统轴207相对于机床X轴参考点16的距离Xz：
若图15中机床X轴参考点17位于工件主轴左侧，计算工具系统轴207相对于机床X轴参考点17的距离Xz：
并结合机床坐标系获得该位置对应的坐标值Xk：若该位置处于坐标系X轴正半轴Xk＝XZ，若该位置处于坐标系X轴负半轴Xk＝XZ。
通过上述步骤工件主轴和工具系统2在竖直方向等高；在水平方向当机床回参考点后，使工具系统轴207与Z轴平行，将工件主轴运动到计算得到的坐标值Xk，此时工件主轴和工具系统轴207重合，即完成了工具系统2和机床工件主轴的对心。
整个标定过程中，调整使工具系统轴207与Z轴平行后，转台锁定，工具系统2只在Z轴上直线移动以调整与工件主轴的相对位置。根据机床运动分辨率，可改变标定板1的尺寸和中心冲701相对于工件主轴回转轴的偏心量，并借助显微镜等设备观察划痕，多次测量可逐步提高工件主轴与工具系统2的对心精度。

Claims (5)

1.一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤一、建立机床坐标系X-Z-B-C，其中X轴与机床工件主轴运动方向相平行，Z轴与机床工具系统运动方向相平行，B轴为机床转台转动轴，C轴为机床工件主轴转动轴；
步骤二、机床各轴回参考点后，调整转台使工具系统轴与Z轴平行，将标定板安装在工具系统上，用千分表Ⅰ辅助检测使标定板上平面与X轴平行：
步骤三、将中心冲通过磁力底座，相对于工件主轴回转轴心，偏心吸附在工件主轴吸盘端面上，调整工具系统与中心冲的相对位置，使中心冲冲头能够刻划到标定板前平面；
步骤四、中心冲随机床工件主轴偏心转动，并随X轴溜板直线移动，在标定板前平面上刻划出一系列圆形划痕；
步骤五、从工具系统上取下标定板，分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2，计算得到机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz；
步骤六、由步骤五中的机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz，调整工具系统高度修配调整板的尺寸，使工具系统轴和机床工件主轴等高，即完成在竖直方向对心标定；
步骤七、拆除上述标定板、刻划工具和千分表Ⅰ，在工具系统上安装标定半球Ⅰ和千分表Ⅱ，在工件主轴上安装标定半球Ⅱ，在X轴溜板上安装千分表Ⅲ，调整千分表Ⅱ和千分表Ⅲ的测杆高度和伸出长度，使测杆和工件主轴等高且平行，且工件主轴沿X轴运动时，千分表Ⅱ和千分表Ⅲ的红宝石测头，分别划过标定半球Ⅱ和标定半球Ⅰ的球面；
步骤八、在垂直于Z轴方向架设激光精密测微仪，使激光发射源与工件主轴、工具系统轴在同一平面内；
步骤九、工件主轴在X轴溜板上沿X轴运动，用激光精密测微仪测量千分表Ⅲ红宝石测头划过标定半球Ⅰ过程中，表盘示值最大时，千分表Ⅲ红宝石测头到激光精密测微仪的最小距离，记为D1；
步骤十、取下千分表Ⅲ，工件主轴继续沿X轴运动，在千分表Ⅱ红宝石测头划过标定半球Ⅱ过程中，表盘示值最大时，记录工件主轴相对于X轴参考点的坐标，记为X0；
步骤十一、保持激光精密测微仪不动，Z轴溜板向远离标定半球Ⅱ方向移动，直至千分表Ⅱ红宝石测头被激光束打到，用激光精密测微仪测量千分表Ⅱ红宝石测头到激光精密测微仪的最小距离，记为D2；
步骤十二、测量千分表Ⅱ红宝石测头、千分表Ⅲ红宝石测头的直径分别记为d1、d2,结合X0、D1、D2，计算出工具系统轴相对于X轴参考点的距离XZ：XZ＝|X0|±|D2+a1/2-D1-a2/2|，由机床坐标系得到此位置的坐标Xk：Xk＝XZ或Xk＝XZ，至此当工件主轴运动到坐标Xk，工件主轴和工具系统轴重合，对心完成。
2.根据权利要求1所述一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，其特征在于：所述步骤二在标定工具系统轴和工件主轴在竖直方向偏差时，用千分表Ⅰ辅助检测使标定板上平面与X轴平行，其步骤为：
(1)在X轴溜板上安装千分表Ⅰ，调整使千分表Ⅰ测杆竖直向下；
(2)调整Z轴溜板到千分表Ⅰ的距离和标定板在工具系统上的转角并锁定，使千分表Ⅰ红宝石测头与标定板上平面保持接触地划过；
(3)千分表Ⅰ随工件主轴沿X轴直线移动，观察千分表Ⅰ红宝石测头接触标定板上平面时指针变化情况；
(4)根据(3)中指针偏转，调整标定板在工具系统上的转角，直到千分表Ⅰ在测量过程中，表针偏转的幅度对应读数小于0.002～0.003mm，即认为标定板上平面与X轴平行。
3.根据权利要求1所述一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，其特征在于：所述步骤五中分别连接划痕的上轮廓点和下轮廓点，划出它们的中心线即为工件主轴运动轨迹线，量取中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2，计算得到机床工具系统轴与工件主轴在竖直方向偏差dz，其步骤为：
(1)将标定板前平面上圆形划痕的上轮廓点和下轮廓点分别相连，得到两条平行的直线；
(2)划出步骤(1)中两条平行直线的中心线并延长与标定板前平面左棱边、标定板前平面右棱边相交，此中心线即为工件主轴运动轨迹线；
(3)量取上述步骤(2)中心线与标定板前平面左棱边的交点到标定板前平面下棱边的距离d1和中心线与标定板前平面右棱边的交点到标定板前平面上棱边的距离d2；
(4)则机床工具系统轴和工件主轴在竖直方向偏差dz：
4.根据权利要求1所述一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，其特征在于：所述的标定板后平面和标定板圆柱柄相互垂直，标定板圆柱柄轴线位于标定板后平面的对称中心上，标定板后平面和标定板圆柱柄轴线垂直度公差为：以标定板后平面棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板前平面与标定板后平面相互平行，平行度公差为，以标定板前平面棱边为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定板上平面的平面度公差为：以标定板上平面棱边为主参数，公差等级在IT6～IT7之间的对应公差值。
5.根据权利要求1所述一种卧式精密磨抛机床工件主轴与工具系统的对心方法，其特征在于：所述的标定半球I或标定半球II的球面与标定半球圆柱柄同轴，同轴度公差值为，以标定半球球面直径为主参数，公差等级在IT5～IT6之间的对应公差值；标定半球球面表面粗糙度为Ra0.100。
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