CN108919746B - 一种转摆台的热误差测试与分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转摆台的热误差测试与分析方法，属于数控机床误差测试领域。针对目前没有关于转摆台热误差测试和分析方法的现状，本发明在转摆台传动部件等热源处布置温度传感器；使用激光干涉仪加回转轴校准装置的方式测试转台热机和降温过程中的定位误差；使用角摆仪测试摆台热机和降温过程中的定位误差；在转摆台测试过程中记录各温度传感器数值；最后通过转摆台定位误差和温度的变化量来衡量其热误差水平。该策略的优点在于：(1)解决了目前没有针对转摆台热误差测试方法的问题；(2)提供了一种转摆台热误差的测试和分析方法，为其热误差分析、建模和补偿提供了基础。

Description

一种转摆台的热误差测试与分析方法
技术领域
本发明属于数控机床误差测试技术领域，具体为一种转摆台的热误差测试与分析方法。
背景技术
随着数控机床加工精度越来越高，热误差已经成为影响机床加工精度的主要因素之一。数控机床热误差测试是研究热误差机理、建模和补偿的基础。因此国内外学者进行了大量研究。
Srinivasa等基于激光球杆仪(LBB)测试得出了主轴热误差，并与电容传感器测量结果一致，该方法的优点为可得出主轴中心空间坐标与主轴方向的余弦。Wen-Yuh Jywe等基于电涡流传感器建立了主轴热偏移直接测量系统。清华大学提出了一种使用三路单光束干涉仪的主轴热误差非接触式测量方法。商鹏等提出了一种基于双球球杆仪(DBB)的主轴热误差测试方法，该方法在几何误差和热误差分离算法的基础上，建立了主轴热漂移的数学模型，最终的得出主轴三个方向的热漂移误差。崔良玉提出了一种基于电涡流传感器的五点法主轴热误差测试方法，可测试出主轴三个方向的热漂移及X和Y方向的角度偏差。孙军等提出了一种基于温度传感器和激光干涉仪的进给轴温度和热误差测试方法。
在专利“一种机床主轴热误差的测试系统及测试方法”，申请号：201210219768.9中给出了基于温度传感器和距离传感器的主轴误差测试系统。在专利“基于铣削小孔的数控机床切削热误差测试和评价方法”，申请号：201310562312中给出了一种基于加工试件的机床加工过程中综合热误差测试和评价方法。在专利“模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法”，申请号：201010292286中提出了主轴在模拟工况载荷加载情况下，其热误差的测试方法。
通过对机床热误差测试现状的研究发现：目前的方法均针对机床主轴和直线进给轴热误差，或者机床综合热误差等进行测试和研究，而没有关于转摆台热误差的测试和分析方法。
发明内容
针对目前没有关于转摆台热误差的测试和分析方法的现状，本发明提出了基于温度和定位误差的热误差测试及分析方法。
本发明的技术方案：
一种转摆台的热误差测试与分析方法，步骤如下：
第一步，温度传感器布置
在转摆台传动部件等热源附近布置温度传感器，用于检测测试过程中的温升情况；在远离热源的床身布置温度传感器，用于检测测试过程中环境温度变化对机床温度的影响；
第二步，转台热误差测试
使用激光干涉仪加回转轴校准装置的方式对转台的定位误差进行测试；激光头通过三脚架固定在机床外部，角度干涉镜通过磁力表座固定在主轴上，回转轴校准装置通过定心辅助工具安装在转台中心；
转台定位误差的测试过程如下：
(1)转台经过5°越程后，停止在0°位置，在该位置清零，并作为测试起点；
(2)转台向正方向，以固定步距测试各个位置的定位误差，测试终点为360°；
转台热误差的测试过程如下：
在转台冷态时测试一次定位误差，之后转台进行热机，具体方式为：在设定范围内，以设定的速度进行往复运动；在热机过程中每隔一段时间进行一次转台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；待定位误差和温度稳定后，转台停止在0°位置降温；在降温过程中每隔一段时间进行一次转台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；
第三步，摆台热误差测试
使用角摆仪对摆台的定位误差进行测试，将角摆仪测量头竖直安装到转摆台的工作台上；
摆台定位误差的测试过程如下：
(1)摆台首先转至负向极限位置，之后向正向转5°，在该位置清零，并作为测试起点；
(2)摆台向正方向，以固定步距测试各个位置的定位误差，测试终点为正向极限位置；
摆台热误差的测试过程如下：
在摆台冷态时测试一次定位误差。之后摆台进行热机，具体方式为：在设定范围内，以设定的速度进行往复运动。在热机过程中每隔一段时间进行一次摆台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值。待定位误差和温度稳定后，摆台停止在0°位置降温。在降温过程中每隔一段时间进行一次摆台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值。
第四步，转摆台热误差数据处理及分析
转摆台的热误差通过测试过程中定位误差的变化量和温度的变化量来衡量。定位误差和温度的处理方法如下：
(1)为了得出定位误差的变化量，将各组定位误差数据均减去冷态时的测试数据。
(2)为了得出温度的变化量，将各温度数据均减去它们冷态时的温度值
误差和温度数据的分析方法为：在测试过程中定位误差和温度变化较大，则说明该转摆台的热误差较大。
本发明的有益效果：
(1)测试得到的转摆台热误差数据，可为热误差分析、建模和补偿提供数据基础。
(2)在应用转摆台加工时，可根据热误差测试结果预判能否满足精度要求，减小废品率。
本发明与现有方法相比，具有如下优点：基于转摆台不同热状态下的定位误差和温度数据对其热误差进行评估和分析，解决了目前没有针对转摆台热误差测试和分析方法的问题。
附图说明
图1为转摆台热误差测试及分析流程图。
图2为温度传感器布置图。
图3为转台定位误差测试示意图。
图4为转台定位误差曲线。
图5为温度曲线。
具体实施方式
下面以某型转摆台式五轴加工中心的C轴转台为例，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
第一步，温度传感器布置
根据该转摆台的传动方式，将温度传感器(1)布置在转台底部左侧面，温度传感器(2)布置在转台底部右侧面，温度传感器(3)布置在转台上端面固定部分，温度传感器(4)布置在机床远离热源的Z轴立柱上，具体如图2所示。
第二步，转台热误差测试
使用激光干涉仪加回转轴校准装置的方式对转台的定位误差进行测试。激光头通过三脚架固定在机床外部，角度干涉镜通过磁力表座固定在主轴上，回转轴校准装置通过定心辅助工具安装在转台中心，具体如图3所示。转台定位误差的测试范围为机械坐标0°～360°，测试步距45°，越程5°。具体的CNC程序如表1所示。
表1定位误差测试的CNC程序
Figure GDA0002489007760000051
在转台冷态时进行一次定位误差测试。之后转台在90°～270°之间，以7200°/min的进给速度，进行热机。热机的CNC程序如表2所示。热机过程中每10分钟测试一次定位误差，并记录测试时温度传感器(1)～(4)的数值，温度记录格式如表3所示。本次热机持续40分钟，之后转台停在0°位置降温20分钟。
表2热机的CNC程序
Figure GDA0002489007760000061
表3温度数据记录表
Figure GDA0002489007760000062
第三步，数据处理
为了更清晰的表示定位误差的变化，将各组定位误差数据均减去冷态时的测试数据，如图4所示。同理将测试的各温度数据减去它们冷态时的温度值，如图5所示。

Claims (1)

1.一种转摆台的热误差测试与分析方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，温度传感器布置
在热源附近布置温度传感器，用于检测测试过程中的温升情况；在远离热源的床身布置温度传感器，用于检测测试过程中环境温度变化对机床温度的影响；
第二步，转台热误差测试
使用激光干涉仪加回转轴校准装置的方式对转台的定位误差进行测试；激光头通过三脚架固定在机床外部，角度干涉镜通过磁力表座固定在主轴上，回转轴校准装置通过定心辅助工具安装在转台中心；
转台定位误差的测试过程如下：
(1)转台经过5°越程后，停止在0°位置，在该位置清零，并作为测试起点；
(2)转台向正方向，以固定步距测试各个位置的定位误差，测试终点为360°；
转台热误差的测试过程如下：
在转台冷态时测试一次定位误差，之后转台进行热机，具体方式为：在设定范围内，以设定的速度进行往复运动；在热机过程中每隔一段时间进行一次转台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；待定位误差和温度稳定后，转台停止在0°位置降温；在降温过程中每隔一段时间进行一次转台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；
第三步，摆台热误差测试
使用角摆仪对摆台的定位误差进行测试，将角摆仪测量头竖直安装到转摆台的工作台上；
摆台定位误差的测试过程如下：
(1)摆台首先转至负向极限位置，之后向正向转5°，在该位置清零，并作为测试起点；
(2)摆台向正方向，以固定步距测试各个位置的定位误差，测试终点为正向极限位置；
摆台热误差的测试过程如下：
在摆台冷态时测试一次定位误差，之后摆台进行热机，具体方式为：在设定范围内，以设定的速度进行往复运动；在热机过程中每隔一段时间进行一次摆台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；待定位误差和温度稳定后，摆台停止在0°位置降温；在降温过程中每隔一段时间进行一次摆台的定位误差测试，并记录测试时各温度传感器的数值；
第四步，转摆台热误差数据处理及分析
转摆台的热误差通过测试过程中定位误差的变化量和温度的变化量来衡量；定位误差和温度的处理方法如下：
(1)为了得出定位误差的变化量，将各组定位误差数据均减去冷态时的测试数据；
(2)为了得出温度的变化量，将各温度数据均减去它们冷态时的温度值
误差和温度数据的分析方法为：在测试过程中定位误差和温度变化较大，则说明该转摆台的热误差较大。
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