CN105479271A - 一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置，包括套设于连接轴用于安装各单元的安装部件，以及周向安装在安装部件上的固定顶杆单元和可调顶杆单元，可调顶杆单元用于推动连接轴使连接轴与固定顶杆单元产生挤压，实现连接轴的轴向定位和径向定位，并使得连接轴在轴向定位和径向定位后三个位移传感器与球状连接件的球心重合。本发明的球心对中定位装置，通过两个固定顶杆单元和一个可调顶杆单元对连接轴进行径向定位，通过可调顶杆单元与连接轴定位孔的配合对连接轴进行轴向定位，相较现有的球心对中方法而言，其操作过程简单，同时实现球状连接件的对中与传感器的保护功能。

Description

一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置
技术领域
本发明属于五轴数控机床刀具运动精度检测技术领域，具体涉及一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置。
背景技术
五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测仪是一种在五轴数控机床RTCP功能开启后实时同步检测刀具球头空间位移误差与位姿的装置。如图1和图2所示，专利号为“201410811379.4”、专利名称为“一种五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构”的发明专利，公开的误差同步检测机构对五轴数控机床进行RTCP测试的工作原理如下：首先将该检测机构通过连接螺栓固定于待检测机床工作台上，并通过联轴器将机床刀轴与检测机构中的摆动轴45连接；然后开启机床RTCP功能，使刀轴旋转中心点沿设定轨迹行走，刀具绕某一轴产生的摆角将由摆动轴45传递到心轴43，心轴43的转动量由固定在球状连接件44上的第二光电编码器41测得；刀轴行走过程中会使球状连接件44沿空间各轴向产生位移，从而挤压位移测量单元中的接触板，接触板产生的位移量则由另一侧与接触板接触的位移传感器测得；而由机床两转动轴引起球状连接件44绕Z轴的转动会传递到连接轴56，其转动量则由与连接轴56紧固连接的第一光电编码器51测得。如此，便可将五轴数控机床的刀具球头产生的摆角量、转动量以及空间三轴向微位移量由两个光电编码器与三个位移传感器实时同步测得。
其中，为了能使位移传感器34准确的获取球状连接件44沿各轴向产生的位移，同时更有效的保证检测机构对基准球空间位置误差的可测范围相对初始球心位置具有较好的正负对称性，在检测实验前需使球状连接件44的球心与三个位移传感器的交点重合。常用的球心对中方法是，在三个位移传感器构成的局部坐标系中，首先将球头沿Y方向反复调整，直至X向传感器输出值最大；然后沿Z方向反复调整，直至X向传感器输出值最大，此时X向传感器轴线通过球心；最后沿X向反复调整，直至Z向传感器的输出最大，此时，球状连接件44的球心与三个传感器交点重合。但是这种球心对中方法需反复调整球状连接件，并时刻观察传感器的输出值，其过程繁杂、效率低、精度差。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置以便快速、准确的使球状连接件的球心与三个传感器交点重合。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置，包括套设于连接轴用于安装各单元的安装部件，以及周向安装在安装部件上的固定顶杆单元和可调顶杆单元，可调顶杆单元用于推动连接轴使连接轴与固定顶杆单元产生挤压，实现连接轴的轴向定位和径向定位，并使得连接轴在轴向定位和径向定位后三个位移传感器与球状连接件的球心重合。
优选地，所述安装部件包括定位环，定位环活动套设于连接轴，定位环上设有用于安装固定顶杆单元和可调顶杆单元的定位槽，定位槽沿定位环的径向设置。
优选地，所述安装部件还包括活动套设于连接轴的内定位环，内定位环与定位环为同心圆环，内定位环的外圆周面与固定顶杆单元和可调顶杆单元抵接。
优选地，所述固定顶杆单元包括固定顶杆、第一顶杆组件和紧定螺丝，固定顶杆安装在第一顶杆组件上，其根部与第一顶杆组件配合进行轴向限位，端部与连接轴相对，紧定螺丝与固定顶杆的根部相对且紧定螺丝与第一顶杆组件螺纹配合，通过旋转紧定螺丝将固定顶杆固定在第一顶杆组件上。
优选地，所述第一顶杆组件包括相连的第一顶杆座和第一凹座，第一凹座在它们的连接处内凹形成用于容纳固定顶杆根部的空腔，固定顶杆的端部穿设于第一顶杆座，其根部的尺寸大于第一顶杆座上通孔的尺寸。
优选地，所述可调顶杆单元包括可滑动安装在第二顶杆组件上的可调顶杆，调节螺丝与第二顶杆组件螺纹配合，用于推动可调顶杆与连接轴接触；第二顶杆组件上还设有固定螺丝，固定螺丝与第二顶杆组件螺纹配合，用于固定可调顶杆。
优选地，所述第二顶杆组件包括相连的第二顶杆座和第二凹座，调节螺丝穿设于第二凹座，可调顶杆穿设于第二顶杆座，且调节螺丝的轴线与可调顶杆的轴线重合，固定螺丝安装在第二顶杆座上与可调顶杆垂直。
优选地，所述连接轴上设有定位孔，可调顶杆单元的可调顶杆的端部可插入定位孔对连接轴进行轴向定位。
优选地，所述定位孔包括上定位孔和下定位孔，下定位孔位于上定位孔的下方。
优选地，所述固定顶杆单元的数量为二，可调顶杆单元和两个固定顶杆单元三者间的夹角互为120°。
本发明的有益效果是：本发明所提供的球心对中定位装置，通过两个固定顶杆单元和一个可调顶杆单元对连接轴进行径向定位，通过可调顶杆单元与连接轴定位孔的配合对连接轴进行轴向定位，使用过程仅需重复完成可调顶杆与定位孔的对准以及螺丝的拧紧与拧松即可，相较现有的球心对中方法而言，其操作过程简单，同时实现球状连接件的对中与传感器的保护功能。
附图说明
图1是现有技术中五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构的立体结构图；
图2是现有技术中五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构的剖视图；
图3是本发明球心对中定位装置的安装示意图；
图4是本发明球心对中定位装置的爆炸图；
图5是本发明球心对中定位装置的剖视图；
图6是本发明固定顶杆单元的剖视图；
图7是本发明可调顶杆单元的剖视图。
附图标记说明：1、安装部件；11、内定位环；12、定位环；13、定位槽；2、固定顶杆单元；21、固定顶杆；22、紧定螺丝；23、第一顶杆座；24、第一凹座；3、可调顶杆单元；31、可调顶杆；32、调节螺丝；33、第二顶杆座；34、第二凹座；35、固定螺丝；56、连接轴；61、上定位孔；62、下定位孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图3和图4所示，本发明的用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置包括安装部件1、两个结构相同的固定顶杆单元2和一个可调顶杆单元3；安装部件1是用于对各单元进行定位、安装的结构件，固定顶杆单元2用于对五轴机床误差同步检测机构的连接轴56进行径向定位，可调顶杆单元3用于对连接轴56进行径向定位和轴向定位。
安装部件1包括定位环12和内定位环11，定位环12和连接轴56是上述五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构中的零件，其中定位环12活动套设于连接轴56，定位环12上设有安装孔及三个互成120°的定位槽13，定位槽13沿定位环12的径向设置；安装孔位于定位槽13中，内六角螺栓穿过安装孔将固定顶杆单元2和可调顶杆单元3固定在定位环12上，定位槽13使得固定顶杆单元2和可调顶杆单元3三者周向安装在定位环12上，两两之间的夹角均为120°；内定位环11也活动套设于连接轴56，它和定位环12为同心圆环，连接轴56可相对于定位环12和内定位环11移动；内定位环11外圆周面与固定顶杆单元和可调顶杆单元抵接，使得固定顶杆单元2和可调顶杆单元3位于同一圆周上。
如图6所示，固定顶杆单元包括固定顶杆21、第一顶杆组件和紧定螺丝22，固定顶杆21安装在第一顶杆组件上，其端部与连接轴56相对，紧定螺丝22与固定顶杆21的根部相对且紧定螺丝22与第一顶杆组件螺纹配合，通过旋转紧定螺丝22可将固定顶杆21固定在第一顶杆组件上；第一顶杆组件包括通过螺栓相连的第一顶杆座23和第一凹座24，第一凹座24在它们的连接处内凹形成用于容纳固定顶杆21根部的空腔，固定顶杆21的端部穿设于第一顶杆座23，固定顶杆21的根部的尺寸大于第一顶杆座23上通孔的尺寸，从而实现固定顶杆21的轴向限位，。
如图7所示，可调顶杆单元包括可调顶杆31、第二顶杆组件、调节螺丝32和固定螺丝35，可调顶杆31穿设于第二顶杆组件，两者之间可滑动连接，调节螺丝32与第二顶杆组件螺纹配合，用于推动可调顶杆31与连接轴56接触；固定螺丝35安装在第二顶杆组件上；第二顶杆组件的结构与第一顶杆组件的结构类似，包括通过螺栓相连的第二顶杆座33和第二凹座34，调节螺丝32穿设于第二凹座34，可调顶杆31穿设于第二顶杆座33，且调节螺丝32的轴线与可调顶杆31的轴线重合，第二顶杆座33的侧面上开设有用于固定螺丝35穿过的螺孔，固定螺丝35安装在该螺孔中与可调顶杆31垂直，用于固定可调顶杆31。
如图5所示，连接轴56上设有定位孔，定位孔和可调顶杆31配合以实现连接轴56的定位和脱离保护，定位孔包括上定位孔61和下定位孔62，下定位孔62位于上定位孔61的下方，它们分别设于连接轴56外圆周面上铣削加工后的平面上，以避免可调顶杆31的端部挤压上定位孔和下定位孔时与下连接轴发生点接触造成定位不准。
在本实施例中，固定螺丝35采用波珠螺丝，波珠螺丝作为可以提供压力和准确定位的元件，其端部设有与弹簧连接的钢珠，主要通过螺纹锁紧，可以提高可调顶杆31的轴向定位精度，为了进一步保证连接轴56径向定位和轴向定位的可靠性，固定顶杆21的端部为平面，可调顶杆31的端部为圆台，当然也可以为其他具有定位功能的结构。
以下对上述球心对中定位装置的使用过程作进一步的详细描述，以表示其工作原理和优点：
该球心对中定位装置的使用过程分为两个环节：定位环节和保护环节。定位环节用于五轴数控机床进行RTCP实验前，以保证三个位移传感器与球状连接件的球心重合；保护环节用于五轴数控机床完成RTCP实验后，以防止三个位移传感器长期受球状连接件及其安装部件的挤压而受到损伤。
定位环节：固定顶杆单元的位置、上定位孔的位置以及固定顶杆的长度通过事先计算，可以保证连接轴在轴向定位和径向定位后三个位移传感器与球状连接件的球心重合；首先，分别拧紧两个固定顶杆单元的紧定螺丝，使两个固定顶杆呈轴对称关系；然后，使可调顶杆单元的可调顶杆与连接轴的上定位孔对齐，并拧紧调节螺丝，推动可调顶杆与连接轴接触，使连接轴与两个固定顶杆的端面产生挤压力，从而实现连接轴的轴向和径向定位。完成球心对中，然后通过五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构的安装部件固定好连接轴的位置，最后拧松各个螺丝即可。
保护环节：五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构在测量完成后，再次拧紧两个固定顶杆单元的紧定螺丝，使两个固定顶杆呈轴对称关系，同时，使可调顶杆单元的可调顶杆对准连接轴上的下定位孔后拧紧其后的调节螺丝，使连接轴、球状连接件及其安装部件整体上移以脱离位移传感器，并对其运动进行约束。
需要说明的是，如图1和图3所示，本发明的两个固定顶杆单元2和一个可调顶杆单元3与五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构的三个空间位移测量装置互相交错安装在定位环12上，从而该球心对中定位装置并不会影响五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构的正常使用。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置，其特征在于：包括套设于连接轴(56)用于安装各单元的安装部件，以及周向安装在安装部件上的固定顶杆单元和可调顶杆单元，可调顶杆单元用于推动连接轴(56)使连接轴(56)与固定顶杆单元产生挤压，实现连接轴(56)的轴向定位和径向定位，并使得连接轴(56)在轴向定位和径向定位后三个位移传感器与球状连接件的球心重合。
2.根据权利要求1所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述安装部件包括定位环(12)，定位环(12)活动套设于连接轴(56)，定位环(12)上设有用于安装固定顶杆单元和可调顶杆单元的定位槽(13)，定位槽(13)沿定位环(12)的径向设置。
3.根据权利要求2所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述安装部件还包括活动套设于连接轴(56)的内定位环(11)，内定位环(11)与定位环(12)为同心圆环，内定位环(11)的外圆周面与固定顶杆单元和可调顶杆单元抵接。
4.根据权利要求1所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述固定顶杆单元包括固定顶杆(21)、第一顶杆组件和紧定螺丝(22)，固定顶杆(21)安装在第一顶杆组件上，其根部与第一顶杆组件配合进行轴向限位，端部与连接轴(56)相对，紧定螺丝(22)与固定顶杆(21)的根部相对且紧定螺丝(22)与第一顶杆组件螺纹配合，通过旋转紧定螺丝(22)将固定顶杆(21)固定在第一顶杆组件上。
5.根据权利要求4所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述第一顶杆组件包括相连的第一顶杆座(23)和第一凹座(24)，第一凹座(24)在它们的连接处内凹形成用于容纳固定顶杆(21)根部的空腔，固定顶杆(21)的端部穿设于第一顶杆座(23)，其根部的尺寸大于第一顶杆座(23)上通孔的尺寸。
6.根据权利要求1所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述可调顶杆单元包括可滑动安装在第二顶杆组件上的可调顶杆(31)，调节螺丝(32)与第二顶杆组件螺纹配合，用于推动可调顶杆(31)与连接轴(56)接触；第二顶杆组件上还设有固定螺丝(35)，固定螺丝(35)与第二顶杆组件螺纹配合，用于固定可调顶杆(31)。
7.根据权利要求6所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述第二顶杆组件包括相连的第二顶杆座(33)和第二凹座(34)，调节螺丝(32)穿设于第二凹座(34)，可调顶杆(31)穿设于第二顶杆座(33)，且调节螺丝(32)的轴线与可调顶杆(31)的轴线重合，固定螺丝(35)安装在第二顶杆座(33)上与可调顶杆(31)垂直。
8.根据权利要求1所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述连接轴(56)上设有定位孔，可调顶杆单元的可调顶杆(31)的端部可插入定位孔对连接轴(56)进行轴向定位。
9.根据权利要求8所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述定位孔包括上定位孔(61)和下定位孔(62)，下定位孔(62)位于上定位孔(61)的下方。
10.根据权利要求1所述的球心对中定位装置，其特征在于：所述固定顶杆单元的数量为二，可调顶杆单元和两个固定顶杆单元三者间的夹角互为120°。
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