CN110411347B - 数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法 - Google Patents

数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法 Download PDF

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CN110411347B CN201910742223.8A CN201910742223A CN110411347B CN 110411347 B CN110411347 B CN 110411347B CN 201910742223 A CN201910742223 A CN 201910742223A CN 110411347 B CN110411347 B CN 110411347B
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Abstract

本发明公开数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法,检测装置包括光具座，所述光具座上设有机床模拟机构，机床模拟机构包括基准台，基准台上设有第一传感器和第二传感器，机床模拟机构上设有相互垂直的第一光栅尺和第二光栅尺，光具座上设有振动记录仪和上位机；检测方法包括以下步骤：水平调节、传感器固定、接线、数据设定、偏摆瞬心的坐标计算、重复操作。本发明检测装置通过对光具座、基准台和光栅尺的水平调节，以增加检测装置的精准度，避免在检测过程中，检测装置的不稳定性给检测的结果带来影响，有利于提高检测的精准度；本发明检测方法实现对数控机床工作台偏摆瞬心、俯仰瞬心和滚转瞬心的确定，有利于提高机床的加工精度。

Description

数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及数控机床领域，具体是数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法。
背景技术
数控机床待加工点放置在工作台上，而数控机床工作台运动的位置是由安装在工作台床身侧面上的光栅测量系统来记录测量的，待加工点所在位置与数控机床测量系统轴线不在同一条直线上，不符合阿贝原则。而且，数控机床工作台在每个方向上都是依靠两根导轨共同支撑的,导轨系统之间制造，安装以及摩擦等影响，使得工作台沿导轨运动时不仅存在平移运动，而且存在由于小角度误差引起的附加旋转运动，因此工作台的瞬时旋转中心是时变的。在导轨系统偏摆、俯仰、滚转等角运动误差的作用下，存在由于阿贝误差引起的定位误差，直接影响机床的定位与加工精度。
由于导轨系统偏摆角误差引起的旋转中心称为偏摆瞬心，导轨系统俯仰角误差引起的旋转中心称为俯仰瞬心，导轨系统滚转角误差引起的旋转中心称为滚转瞬心。在现有的机床阿贝误差补偿方法中的阿贝偏移量是以一个固定值进行计算的，但由于工作台的瞬时旋转中心是时变的，因此在各旋转瞬心作用下的阿贝偏移量也是时变的，为了对由于阿贝误差引起的数控机床工作台定位误差进行精确的补偿，有必要设计一套确定数控机床各瞬时旋转中心的确定方法及检测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置及其检测方法，通过对光具座、基准台和光栅尺的水平调节，以增加检测装置的精准度，避免在检测过程中，检测装置的不稳定性给检测的结果带来影响，有利于提高检测的精准度；通过检测装置实现对数控机床工作台在XOY平面内的偏摆瞬心位置的检测，对YOZ平面内的俯仰瞬心位置的检测，对XOZ平面内的滚转瞬心位置的检测，从而精准的计算阿贝偏移，有利于提高机床的加工精度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置,检测装置包括光具座，所述光具座上设有机床模拟机构，机床模拟机构包括基准台，基准台上设有第一传感器和第二传感器，第一传感器和第二传感器均设有三向速度传感器，机床模拟机构上设有相互垂直的第一光栅尺和第二光栅尺，光具座上设有振动记录仪和上位机。
进一步的，所述光具座包括工作台，工作台的下方设有阵列分布的支撑脚架，支撑脚架上设有调节螺杆，调节螺杆上转动连接有调节块，调节块与工作台接触。
进一步的，所述机床模拟机构位于工作台上，机床模拟机构包括第一支撑件，第一支撑件包括第一底板，第一底板上设有对称分布的第一支撑块，第一支撑块上分布有第一滑轨。
进一步的，所述第一底板的一端设有第一电机，第一底板上设有第一支撑板，第一支撑板上设有第一转动连接孔，第一电机的输出轴上转动连接有第一丝杆，第一丝杆的一端与第一电机的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第一转动连接孔内转动。
所述第一支撑件上设有第二支撑件，第二支撑件包括第二底板，第二底板上设有对称分布的第二支撑块，第二支撑块上设有第二滑轨，第二底板的下方设有位于第一滑轨上滑动的第一滑块。
所述第二底板的下方设有第一驱动块，第一驱动块上设有与第一丝杆配合的第一螺纹孔。
所述第二底板的一侧设有第二电机，第二底板上设有第二支撑板，第二支撑板上设有第二转动连接孔，第二电机的输出轴上紧固连接有第二丝杆，第二丝杆的一端与第二电机的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第二转动连接孔内转动。
所述第一电机和第二电机均为伺服电机。
所述第二支撑件上设有基准件，基准件包括基准台，基准台下方设有阵列分布的第二滑块，第二滑块通过螺杆固定在基准台的下方，第二滑块位于第二滑轨上滑动。
所述基准台的下方设有第二驱动块，第二驱动块上设有与第二丝杆配合的第二螺纹孔。
进一步的，所述第一光栅尺固定在第二支撑块的一侧，第二光栅尺固定在第一支撑块的一侧。
进一步的，所述振动记录仪固定在工作台上，振动记录仪上设有USB接线口，振动记录仪通过USB接线口与接线配合与上位机连接。
所述上位机内安装有TOPVIEW数据采集软件。
所述振动记录仪上依次设有第一传感器接线通道、第二传感器接线通道、第三传感器接线通道、第四传感器接线通道。
所述第一传感器接线通道、第二传感器接线通道与第一传感器的速度接线端口连接，第三传感器接线通道、第四传感器接线通道与第二传感器的速度接线端口连接。
数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法，检测方法包括以下步骤：以第二丝杆的延伸方向为X轴，以第一丝杆的延伸方向为Y轴，以垂直于X轴、Y轴的方向为Z轴。
S1：水平调节
1)光具座的水平调节
采用十字水平仪对光具座的水平进行调节。
2)基准台水平调节
采用磁座千分表对基准台的水平进行调节。
3)光栅尺水平调节
4)采用磁座千分表对光栅尺的水平进行调节。
S2：传感器固定
将第一传感器和第二传感器固定在基准台上。
S3：接线
将第一传感器的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道、第二传感器接线通道连接，将第二传感器的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道、第四传感器接线通道连接；
振动记录仪与上位机之间通过USB接线连接；
将第一电机和第二电机分别与第二光栅尺和第一光栅尺电性连接，通过第一光栅尺和第二光栅尺的位移来记录基准台的实际移动位置。
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器和第二传感器分别位于基准台上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)；
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器和第二传感器在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，同时设定采样频率为400Hz；
设定基准台的运动速度为Vmm/s，以运动行程为沿X轴运动200mm为例，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存。
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure GDA0002795519310000051
则：
Figure GDA0002795519310000052
Figure GDA0002795519310000053
获得偏摆瞬心的位置坐标。
S6:重复操作
改变基准台的运动速度Vmm/s的数值，V的值为1、2、3……20mm/s,重复步骤S4至S5，获得偏摆瞬心的位置，确定基准台在不同运动速度下，沿X轴运动过程中各偏摆瞬心的位置。
进一步的，所述水平调节，工作台上放置有十字水平仪，且沿X轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块。
进一步的，所述水平调节，将磁座千分表吸在工作台上，将表针与基准台接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机驱动基准台位于第二支撑件上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台和第二滑块之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动；
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机驱动基准台沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台和第二滑块之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
进一步的，所述水平调节，将磁座千分表放置在基准台上，表针与第一光栅尺的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机驱动基准件沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺固定在第二支撑块的一侧；
将磁座千分表放置在基准台上，表针与第二光栅尺的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机驱动第二支撑件沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺固定在第一支撑块的一侧。
本发明的有益效果：
1、本发明检测装置通过对光具座、基准台和光栅尺的水平调节，以增加检测装置的精准度，避免在检测过程中，检测装置的不稳定性给检测的结果带来影响，有利于提高检测的精准度；
2、本发明检测方法通过检测装置实现对数控机床工作台在XOY平面内的偏摆瞬心位置的检测，对YOZ平面内的俯仰瞬心位置的检测，对XOZ平面内的滚转瞬心位置的检测，从而精准的计算阿贝偏移，有利于提高机床的加工精度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明检测装置结构示意图；
图2是本发明光具座结构示意图；
图3是本发明检测装置部分结构放大示意图；
图4是本发明检测装置部分结构放大示意图；
图5是本发明检测装置部分结构放大示意图；
图6是本发明检测装置部分结构放大示意图；
图7是本发明检测装置部分结构放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
数控机床工作台瞬时旋转中心的检测装置,检测装置包括光具座1，如图1所示，光具座1上设有机床模拟机构2，机床模拟机构2包括基准台241，基准台241上设有第一传感器3和第二传感器4，第一传感器3和第二传感器4均设有三向速度传感器，机床模拟机构2上设有相互垂直的第一光栅尺5和第二光栅尺6，光具座1上设有振动记录仪7和上位机8。
光具座1包括工作台11，如图2所示，工作台11的下方设有阵列分布的支撑脚架12，支撑脚架12上设有调节螺杆13，调节螺杆13上转动连接有调节块14，调节块14与工作台11接触。
机床模拟机构2位于工作台11上，机床模拟机构2包括第一支撑件21，如图3所示，第一支撑件21包括第一底板211，第一底板211上设有对称分布的第一支撑块212，第一支撑块212上分布有第一滑轨214。
第一底板211的一端设有第一电机22，第一底板211上设有第一支撑板25，第一支撑板25上设有第一转动连接孔251，第一电机22的输出轴上转动连接有第一丝杆220，第一丝杆220的一端与第一电机22的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第一转动连接孔251内转动。
第一支撑件21上设有第二支撑件23，第二支撑件23包括第二底板231，第二底板231上设有对称分布的第二支撑块232，第二支撑块232上设有第二滑轨233，第二底板231的下方设有位于第一滑轨214上滑动的第一滑块234。
第二底板231的下方设有第一驱动块235，如图4所示，第一驱动块235上设有与第一丝杆220配合的第一螺纹孔236。
第二底板231的一侧设有第二电机27，第二底板231上设有第二支撑板26，第二支撑板26上设有第二转动连接孔261，第二电机27的输出轴上紧固连接有第二丝杆270，第二丝杆270的一端与第二电机27的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第二转动连接孔261内转动。
第一电机22和第二电机27均为伺服电机。
第二支撑件23上设有基准件24，基准件24包括基准台241，基准台241下方设有阵列分布的第二滑块242，第二滑块242通过螺杆固定在基准台241的下方，第二滑块242位于第二滑轨233上滑动。
基准台241的下方设有第二驱动块235，第二驱动块243上设有与第二丝杆270配合的第二螺纹孔244。
第一光栅尺5固定在第二支撑块232的一侧，第二光栅尺6固定在第一支撑块212的一侧。
振动记录仪7固定在工作台11上，如图7所示，振动记录仪7上设有USB接线口71，振动记录仪7通过USB接线口71与接线配合与上位机8连接。
上位机8内安装有TOPVIEW数据采集软件。
振动记录仪7上依次设有第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73、第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75。
第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73与第一传感器3的速度接线端口连接，第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75与第二传感器4的速度接线端口连接。
数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法，检测方法包括以下步骤：以第二丝杆270的延伸方向为X轴，以第一丝杆220的延伸方向为Y轴，以垂直于X轴、Y轴的方向为Z轴。
S1：水平调节
1)光具座1的水平调节
将十字水平仪放置在工作台11上，且沿X轴或Y轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块14，使得十字水平仪上的两个气泡位于正中间的位置，则光具座1处于水平位置。
2)基准台241水平调节
将磁座千分表吸在工作台11上，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机27驱动基准台241位于第二支撑件23上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，磁座千分表放置的位置不会影响基准台241的移动。
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机22驱动基准台241沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
5)光栅尺水平调节
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第一光栅尺5的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机27驱动基准件24沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺5的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺5固定在第二支撑块232的一侧；
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第二光栅尺6的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机22驱动第二支撑件23沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺6下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺6固定在第一支撑块212的一侧。
S2：传感器固定
将第一传感器3和第二传感器4固定在基准台241上。
S3：接线
将第一传感器3的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73连接，将第二传感器4的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75连接。
振动记录仪7与上位机8之间通过USB接线连接。
将第一电机22和第二电机27分别与第二光栅尺6和第一光栅尺5电性连接，通过第一光栅尺5和第二光栅尺6的位移来记录基准台241的实际移动位置。
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器3和第二传感器4分别位于基准台241上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)。
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器3和第二传感器4在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，同时设定采样频率为400Hz。
设定基准台241的运动速度为Vmm/s，以运动行程为沿X轴运动200mm为例，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存。
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure GDA0002795519310000121
则：
Figure GDA0002795519310000122
Figure GDA0002795519310000123
获得偏摆瞬心的位置坐标。
S6:重复操作
改变基准台241的运动速度Vmm/s的数值，V的值为1、2、3……20mm/s,重复步骤S4至S5，获得偏摆瞬心的位置，确定基准台241在不同运动速度下，沿X轴运动过程中各偏摆瞬心的位置。
S1-S6是以检测XOY平面的偏摆瞬心位置为例，YOZ平面内的俯仰瞬心位置，XOZ平面内的滚转瞬心位置，采用同样的方法进行检测。
实施例1
S1：水平调节
1)光具座1的水平调节
将十字水平仪放置在工作台11上，且沿X轴或Y轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块14，使得十字水平仪上的两个气泡位于正中间的位置，则光具座1处于水平位置。
2)基准台241水平调节
将磁座千分表吸在工作台11上，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机27驱动基准台241位于第二支撑件23上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，磁座千分表放置的位置不会影响基准台241的移动。
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机22驱动基准台241沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
6)光栅尺水平调节
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第一光栅尺5的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机27驱动基准件24沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺5的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺5固定在第二支撑块232的一侧；
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第二光栅尺6的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机22驱动第二支撑件23沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺6下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺6固定在第一支撑块212的一侧。
S2：传感器固定
将第一传感器3和第二传感器4通过胶水固定在基准台241上。
S3：接线
将第一传感器3的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73连接，将第二传感器4的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75连接。
振动记录仪7与上位机8之间通过USB接线连接。
将第一电机22和第二电机27分别与第二光栅尺6和第一光栅尺5电性连接，通过第一光栅尺5和第二光栅尺6的位移来记录基准台241的实际移动位置。
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器3和第二传感器4分别位于基准台241上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)。
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器3和第二传感器4在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数分别为3.2873、3.32、3.3156，同时设定采样频率为400Hz。
设定基准台241的运动速度为1mm/s，以运动行程为沿X轴运动200mm为例，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存。
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure GDA0002795519310000141
则：
Figure GDA0002795519310000151
Figure GDA0002795519310000152
获得偏摆瞬心的位置坐标。
实施例2
S1：水平调节
1)光具座1的水平调节
将十字水平仪放置在工作台11上，且沿X轴或Y轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块14，使得十字水平仪上的两个气泡位于正中间的位置，则光具座1处于水平位置。
2)基准台241水平调节
将磁座千分表吸在工作台11上，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机27驱动基准台241位于第二支撑件23上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，磁座千分表放置的位置不会影响基准台241的移动。
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机22驱动基准台241沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
7)光栅尺水平调节
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第一光栅尺5的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机27驱动基准件24沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺5的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺5固定在第二支撑块232的一侧；
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第二光栅尺6的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机22驱动第二支撑件23沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺6下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺6固定在第一支撑块212的一侧。
S2：传感器固定
将第一传感器3和第二传感器4通过胶水固定在基准台241上。
S3：接线
将第一传感器3的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73连接，将第二传感器4的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75连接。
振动记录仪7与上位机8之间通过USB接线连接。
将第一电机22和第二电机27分别与第二光栅尺6和第一光栅尺5电性连接，通过第一光栅尺5和第二光栅尺6的位移来记录基准台241的实际移动位置。
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器3和第二传感器4分别位于基准台241上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)。
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器3和第二传感器4在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数分别为3.2873、3.32、3.3156，同时设定采样频率为400Hz。
设定基准台241的运动速度为10mm/s，以运动行程为沿X轴运动200mm为例，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存。
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure GDA0002795519310000171
则：
Figure GDA0002795519310000172
Figure GDA0002795519310000173
获得偏摆瞬心的位置坐标。
实施例3
S1：水平调节
1)光具座1的水平调节
将十字水平仪放置在工作台11上，且沿X轴或Y轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块14，使得十字水平仪上的两个气泡位于正中间的位置，则光具座1处于水平位置。
2)基准台241水平调节
将磁座千分表吸在工作台11上，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机27驱动基准台241位于第二支撑件23上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，磁座千分表放置的位置不会影响基准台241的移动。
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台241接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机22驱动基准台241沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台241和第二滑块242之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
8)光栅尺水平调节
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第一光栅尺5的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机27驱动基准件24沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺5的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺5固定在第二支撑块232的一侧；
将磁座千分表放置在基准台241上，表针与第二光栅尺6的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机22驱动第二支撑件23沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺6下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺6固定在第一支撑块212的一侧。
S2：传感器固定
将第一传感器3和第二传感器4通过胶水固定在基准台241上。
S3：接线
将第一传感器3的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道72、第二传感器接线通道73连接，将第二传感器4的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道74、第四传感器接线通道75连接。
振动记录仪7与上位机8之间通过USB接线连接。
将第一电机22和第二电机27分别与第二光栅尺6和第一光栅尺5电性连接，通过第一光栅尺5和第二光栅尺6的位移来记录基准台241的实际移动位置。
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器3和第二传感器4分别位于基准台241上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)。
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器3和第二传感器4在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数分别为3.2873、3.32、3.3156，同时设定采样频率为400Hz。
设定基准台241的运动速度为20mm/s，以运动行程为沿X轴运动200mm为例，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存。
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure GDA0002795519310000201
则：
Figure GDA0002795519310000202
Figure GDA0002795519310000203
获得偏摆瞬心的位置坐标。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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。

Claims (4)

1.数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法，检测方法基于瞬时旋转中心的检测装置完成,检测装置包括光具座(1)，其特征在于，所述光具座(1)上设有机床模拟机构(2)，机床模拟机构(2)包括基准台(241)，基准台(241)上设有第一传感器(3)和第二传感器(4)，第一传感器(3)和第二传感器(4)均设有三向速度传感器，机床模拟机构(2)上设有相互垂直的第一光栅尺(5)和第二光栅尺(6)，光具座(1)上设有振动记录仪(7)和上位机(8)；
所述光具座(1)包括工作台(11)，工作台(11)的下方设有阵列分布的支撑脚架(12)，支撑脚架(12)上设有调节螺杆(13)，调节螺杆(13)上转动连接有调节块(14)，调节块(14)与工作台(11)接触；
所述机床模拟机构(2)位于工作台(11)上，机床模拟机构(2)包括第一支撑件(21)，第一支撑件(21)包括第一底板(211)，第一底板(211)上设有对称分布的第一支撑块(212)，第一支撑块(212)上分布有第一滑轨(214)；
所述第一底板(211)的一端设有第一电机(22)，第一底板(211)上设有第一支撑板(25)，第一支撑板(25)上设有第一转动连接孔(251)，第一电机(22)的输出轴上转动连接有第一丝杆(220)，第一丝杆(220)的一端与第一电机(22)的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第一转动连接孔(251)内转动；
所述第一支撑件(21)上设有第二支撑件(23)，第二支撑件(23)包括第二底板(231)，第二底板(231)上设有对称分布的第二支撑块(232)，第二支撑块(232)上设有第二滑轨(233)，第二底板(231)的下方设有位于第一滑轨(214)上滑动的第一滑块(234)；
所述第二底板(231)的下方设有第一驱动块(235)，第一驱动块(235)上设有与第一丝杆(220)配合的第一螺纹孔(236)；
所述第二底板(231)的一侧设有第二电机(27)，第二底板(231)上设有第二支撑板(26)，第二支撑板(26)上设有第二转动连接孔(261)，第二电机(27)的输出轴上紧固连接有第二丝杆(270)，第二丝杆(270)的一端与第二电机(27)的输出轴紧固连接，另一端通过轴承位于第二转动连接孔(261)内转动；
所述第一电机(22)和第二电机(27)均为伺服电机；
所述第二支撑件(23)上设有基准件(24)，基准件(24)包括基准台(241)，基准台(241)下方设有阵列分布的第二滑块(242)，第二滑块(242)通过螺杆固定在基准台(241)的下方，第二滑块(242)位于第二滑轨(233)上滑动；
所述基准台(241)的下方设有第二驱动块(235)，第二驱动块(243)上设有与第二丝杆(270)配合的第二螺纹孔(244)；
所述第一光栅尺(5)固定在第二支撑块(232)的一侧，第二光栅尺(6)固定在第一支撑块(212)的一侧；
所述振动记录仪(7)固定在工作台(11)上，振动记录仪(7)上设有USB接线口(71)，振动记录仪(7)通过USB接线口(71)与接线配合与上位机(8)连接；
所述上位机(8)内安装有TOPVIEW数据采集软件；
所述振动记录仪(7)上依次设有第一传感器接线通道(72)、第二传感器接线通道(73)、第三传感器接线通道(74)、第四传感器接线通道(75)；
所述第一传感器接线通道(72)、第二传感器接线通道(73)与第一传感器(3)的速度接线端口连接，第三传感器接线通道(74)、第四传感器接线通道(75)与第二传感器(4)的速度接线端口连接；
检测方法检测方法包括以下步骤：以第二丝杆(270)的延伸方向为X轴，以第一丝杆(220)的延伸方向为Y轴，以垂直于X轴、Y轴的方向为Z轴；
S1：水平调节
1)光具座(1)的水平调节
采用十字水平仪对光具座(1)的水平进行调节；
2)基准台(241)水平调节
采用磁座千分表对基准台(241)的水平进行调节；
3)光栅尺水平调节
4)采用磁座千分表对光栅尺的水平进行调节；
S2：传感器固定
将第一传感器(3)和第二传感器(4)固定在基准台(241)上；
S3：接线
将第一传感器(3)的X和Y方向上的速度接线端口分别与第一传感器接线通道(72)、第二传感器接线通道(73)连接，将第二传感器(4)的X和Y方向上的速度接线端口分别与第三传感器接线通道(74)、第四传感器接线通道(75)连接；
振动记录仪(7)与上位机(8)之间通过USB接线连接；
将第一电机(22)和第二电机(27)分别与第二光栅尺(6)和第一光栅尺(5)电性连接，通过第一光栅尺(5)和第二光栅尺(6)的位移来记录基准台(241)的实际移动位置；
S4：数据设定
坐标原点的设定，设定第一传感器(3)和第二传感器(4)分别位于基准台(241)上的A点和B点，A点和B点在XOY平面内的坐标分别为A(xA,yA)和B(xB,yB)；
打开上位机上的TOPVIEW振动速度数据采集软件，设定第一传感器(3)和第二传感器(4)在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的通道系数，同时设定采样频率为400Hz；
设定基准台(241)的运动速度为Vmm/s，运动行程为沿X轴运动200mm时，则采集软件的采样长度为40K，同步触发基准台(241)和上位机的采集软件，运行完200mm位移后将采集到的速度数据以.txt的格式进行保存，传感器在A、B两点分别在X轴和Y轴方向上的速度VAx、VAy、VBx、VBy，将速度数据VAx、VAy、VBx、VBy进行保存；
S5：偏摆瞬心的坐标计算
设偏摆瞬心坐标为OP(x,y)，根据刚体平面运动求速度瞬心的理论，列线性方程组：
Figure FDA0002795519300000041
则：
Figure FDA0002795519300000042
Figure FDA0002795519300000043
获得偏摆瞬心的位置坐标；
S6:重复操作
改变基准台(241)的运动速度Vmm/s的数值，V的值为1、2、3……20mm/s,重复步骤S4至S5，获得偏摆瞬心的位置，确定基准台(241)在不同运动速度下，沿X轴运动过程中各偏摆瞬心的位置。
2.根据权利要求1所述的数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法,其特征在于，所述光具座(1)的水平调节，工作台(11)上放置有十字水平仪，且沿X轴方向放置，观测气泡的位置，转动调节块(14)。
3.根据权利要求1所述的数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法,其特征在于，所述基准台(241)水平调节，将磁座千分表吸在工作台(11)上，将表针与基准台(241)接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第二电机(27)驱动基准台(241)位于第二支撑件(23)上沿X轴方向运动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，读数变大、变小或不变，不变时，在X轴方向处于水平状态，读数变大和变小时，在读数小的一侧的下方、基准台(241)和第二滑块(242)之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动；
改变磁座千分表放置的位置，将表针与基准台(241)接触，调节磁座千分表，使得表针上的读数显示为：“0”，第一电机(22)驱动基准台(241)沿Y轴方向移动，移动的速度小于3cm/s，且匀速移动，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧的下方、基准台(241)和第二滑块(242)之间增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动。
4.根据权利要求1所述的数控机床工作台瞬时旋转中心的检测方法,其特征在于，所述光栅尺水平调节，将磁座千分表放置在基准台(241)上，表针与第一光栅尺(5)的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第二电机(27)驱动基准件(24)沿X轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第一光栅尺(5)的下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第一光栅尺(5)固定在第二支撑块(232)的一侧；
将磁座千分表放置在基准台(241)上，表针与第二光栅尺(6)的上表面接触，且调节至磁座千分表的读数为：“0”，第一电机(22)驱动第二支撑件(23)沿Y轴方向匀速移动，且移动的速度小于2.5cm/s，移动过程中观察磁座千分表的读数变化，在读数小的一侧、第二光栅尺(6)下方增加薄片，至千分表的读数在-0.005-+0.005mm之间摆动，将第二光栅尺(6)固定在第一支撑块(212)的一侧。
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