CN111966043B - 一种机床转台综合热误差检测装置及安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种机床转台综合热误差检测装置及安装方法，该检测装置主要分为传感器模块和基准圆台模块，传感器模块包括磁力表座、电涡流传感器和数据采集系统，基准圆台模块包括底座、定位销、周向定位销、底板、支撑筒和顶板；基准圆台模块通过定位销和螺纹连接与转台固定，传感器模块通过测量基准圆台模块的精密表面热机前后位移变化得到转台的径向跳动、轴向跳动热误差和回转轴线倾斜度热误差；实现对机床转台由于热效应引起的径向跳动热误差、轴向跳动热误差和回转轴线倾斜度热误差的测量，为进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进转台精度的提高；本发明可应用于机床转台综合热误差检测场合。

Description

一种机床转台综合热误差检测装置及安装方法
技术领域
本发明涉及一种误差检测装置及方法，特别是一种机床转台综合热误差检测装置与安装方法。
背景技术
机床是广泛应用于机械制造领域的工作母机，机床转台用于在零件加工时与直线轴配合运动以提高加工效率和精度。由于电机生热和轴承摩擦生热等原因，转台不可避免的产生径向跳动热误差和轴向跳动热误差以及回转轴线倾斜度热误差。
目前使用较为广泛的转台热误差检测装置主要是球杆仪、R-test仪器和激光干涉仪。其中球杆仪测量需要很好的安装精度，装置成本较高且安装复杂；由于直线轴与旋转轴联动时直线轴误差的存在，R-test方法需要事先对机床直线轴误差进行补偿；激光干涉仪测量精度高，但是成本昂贵且设备安装和测量过程复杂。同时，传统测量方法在测量误差时，通常一次测量只能测得一种误差，且传统测量方法难以同时测量转台的空间误差，在分次测量空间热误差时也存在由于安装和测量过程复杂而产生的测量效率低和安装调试步骤繁琐的问题。综上所述，因此需要开发一种新的机床转台综合热误差检测装置与方法。
发明内容
为克服现有技术的不足，解决现有技术中装置不易操作、成本高、测量效率低的问题，本发明旨在提出一种机床转台综合热误差检测装置与方法，采用该装置能够对转台径向跳动热误差、轴向跳动热误差以及回转轴线倾斜度热误差进行测量，为进一步的误差补偿提供原始数据，促进了转台精度的提高。
为此，本发明采用的技术方案是，机床转台综合热误差检测装置，主要分为传感器模块和基准圆台模块，传感器模块包括磁力表座、电涡流传感器和数据采集系统，基准圆台模块包括底座、定位销、周向定位销、底板、支撑筒和顶板。
所述磁力表座与电涡流传感器吸附在主轴上；所述数据采集系统与计算机相连，可通过测试软件实时显示传感器测得的数据；所述底座和顶板的侧面和顶面边缘经过精密加工以保证其精度；所述底座通过定位销与工作台径向固定，再由底座长孔与工作台T型槽进行螺纹连接；所述周向定位销与底座和底板相连接，辅助底板进行周向定位；所述底板通过定位销与底座径向固定，再由底座与底板上螺纹孔进行螺纹连接；所述支撑筒通过过盈配合与顶板和底板的凸台连接，并且顶板和底板由支撑筒两端螺纹孔螺纹连接辅助固定；定位销可根据不同机床转台中心孔进行配做，使得测量装置具有普遍适用性。
机床转台综合热误差检测方法，利用前述装置实现，测量步骤如下：转动转台，同时利用电涡流位移传感器对底座和顶板边缘进行径向和轴向位移检测，并拟合出底座和顶板边缘的圆弧线，进而得到转台的拟合轴线，热机之后再进行测量，最后根据热误差计算公式求出转台径向跳动热误差、轴向跳动热误差以及回转轴线倾斜度热误差。
具体步骤细化如下：
定位检测装置：利用定位销定位底座和底板，使机床工作台、底座和底板三者轴线重合，用螺栓和T型螺母固定底座和工作台，并用螺栓固定底座和底板，完成检测装置定位；
安装传感器模块：在固定在主轴的四个磁力表座上装夹电涡流位移传感器，并使传感器悬于底座与顶板的平面测量区域和圆柱面测量区域；
初始工况测量：将转台旋转至0°位置，停止15s用于传感器位移测量，使转台每次转动分度角度α后停止15s直至转回初始位置，重复测量三次；
热机：使转台以恒定转速运转，每隔1h重复上一步骤操作；
记录传感器位移变化，每个转动角度测得的15s数据取其均值，再计算转动三圈的平均值作为该转动角度的测量位移，利用最小二乘法得到第i次热机前后测量顶板和底座测量的误差圆心{(x1i-1,y1i-1),(x2i-1,y2i-1)}和 {(x1i,y1i),(x2i,y2i)}，再将第i次热机顶板和底座上每个点距离各自圆心的距离做差，顶板和底座差的最大值即为各自的径向跳动热误差dr1i,dr2i；
通过取第i次热机前后测得的顶板和底座轴向位移差的最大值得到跳动热误差dz1i,dz2i；
已知顶板与底座测量面高度差为h，则第i次热机前后旋转轴轴线可用矢量分别表示为vi-1＝(x1i-1-x2i-1,y1i-1-y2i-1,h)，vi＝(x1i-x2i,y1i-y2i,h)，则回转轴轴线倾斜度热误差即为θi＝acos(vi-1·vi/|vi-1|·|vi|)；
直至i次与i-1次热误差的差值均小于i-1次的热误差的20％后结束测量。
有益效果
本发明提出了圆台状的误差测量装置，结合电涡流位移传感器，实现多误差的同时测量，使其测量具有高效性和精确性，能够同时测量两平面的空间热误差，克服了其他装置成本高、安装复杂、难以同时测量多个误差的问题。
附图说明
图1为装置测量示意图，图中：1-电涡流传感器，2-磁力表座，3-周向定位销，4-底座，5-底板，6-支撑筒，7-顶板。
图2为本发明基准圆台模块的示意图，图中：3-周向定位销，4-底座，5-底板，6-支撑筒，7-顶板，8-定位销。
图3为底座与底板连接图，图中：3-周向定位销，4-底座，5-底板，8-定位销。
图4为支撑筒与底板和顶板配合图，图中：5-底板，6-支撑筒，7-顶板。
图5为数据测量流程图。
图6为各项热误差计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出详细说明：
参照图1至图4，本发明基于一种机床转台综合热误差检测装置，主要分为传感器模块和基准圆台模块，传感器模块包括电涡流传感器1、磁力表座2、和数据采集系统，基准圆台模块包括周向定位销3、底座4、底板5、支撑筒 6和顶板7和定位销8；所述磁力表座2与电涡流传感器1吸附在主轴上；所述数据采集系统与计算机相连，可通过测试软件实时显示传感器测得的数据；所述底座4和顶板7的侧面和顶面边缘经过精密加工以保证其精度；所述底座4通过定位销8与工作台径向固定，再由底座4长孔与工作台T型槽进行螺纹连接；所述底板5通过定位销8与底座4径向固定，再由底座4与底板5上螺纹孔进行螺纹连接；所述支撑筒通过过盈配合与顶板7和底板5 的凸台连接，并且顶板7和底板5由支撑筒两端螺纹孔螺纹连接辅助固定。
参照图6，机床转台综合热误差检测装置的检测方法，其特征是，具体步骤细化如下：
定位检测装置：利用定位销8定位底座4和底板5，使机床工作台、底座4 和底板5三者轴线重合，用螺栓和T型螺母固定底座4和工作台，并用螺栓固定底座4和底板5，完成检测装置定位；
参照图1，安装传感器模块：在固定在主轴的四个磁力表座2上装夹电涡流位移传感器，并使传感器悬于底座4与顶板7的平面测量区域和圆柱面测量区域；
初始工况测量：将转台旋转至0°位置，停止15s用于传感器位移测量，使转台每次转动分度角度α后停止15s直至转回初始位置，重复测量三次；
热机：使转台以恒定转速运转，每隔1h重复上一步骤操作；
记录传感器位移变化，每个转动角度测得的15s数据取其均值，再计算转动三圈的平均值作为该转动角度的测量位移，利用最小二乘法得到第i次热机前后测量顶板7和底座4测量的误差圆心{(x1i-1,y1i-1),(x2i-1,y2i-1)}和 {(x1i,y1i),(x2i,y2i)}，再将第i次热机顶板7和底座4上每个点距离各自圆心的距离做差，顶板7和底座4差的最大值即为各自的径向跳动热误差dr1i,dr2i；
通过取第i次热机前后测得的顶板7和底座4轴向位移差的最大值得到跳动热误差dz1i,dz2i；
已知顶板7与底座4测量面高度差为h，则第i次热机前后旋转轴轴线可用矢量分别表示为vi-1＝(x1i-1-x2i-1,y1i-1-y2i-1,h)，vi＝(x1i-x2i,y1i-y2i,h)，则回转轴轴线倾斜度热误差即为θi＝acos(vi-1·vi/|vi-1|·|vi|)；
直至i次与i-1次热误差的差值均小于i-1次的热误差的20％后结束测量；
发明解决的技术问题是实现对机床转台转台的径向跳动、轴向跳动热误差和回转轴线倾斜度热误差的检测，为进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进转台精度的提高。

Claims (3)

1.一种机床转台综合热误差检测装置，由装置本体构成，其特征在于：所述装置包括传感器模块和基准圆台模块，其中：
所述传感器模块包括磁力表座、电涡流传感器和数据采集系统，所述磁力表座与电涡流传感器吸附在主轴上；所述数据采集系统与计算机相连，可通过测试软件实时显示传感器测得的数据；
所述基准圆台模块包括底座、定位销、周向定位销、底板、支撑筒和顶板；所述底座和顶板的侧面和顶面边缘经过精密加工以保证其精度；所述底座通过定位销与工作台定位，再由底座长孔与工作台T型槽进行螺纹连接；所述底板通过定位销与底座径向固定，再由底座与底板上螺纹孔进行螺纹连接；所述周向定位销与底座和底板相连接，辅助底板进行周向定位；所述支撑筒通过过盈配合与顶板和底板的凸台连接，并且顶板和底板由支撑筒两端螺纹孔螺纹连接辅助固定；定位销可根据不同机床转台中心孔进行配做，使得测量装置具有普遍适用性。
2.采用权利要求1所述的机床转台综合热误差检测装置的安装方法，其安装步骤如下：
1)安装基准圆台模块：利用定位销定位底座和底板，使机床工作台、底座和底板三者轴线重合，用螺栓和T型螺母固定底座和工作台，并用螺栓固定底座和底板，完成检测装置定位安装；
2)安装传感器模块：在固定于主轴的四个磁力表座上装夹电涡流位移传感器，并使传感器悬于底座与顶板的平面测量区域和圆柱面测量区域。
3.采用权利要求1所述装置实现机床转台综合热误差检测方法，其检测步骤如下:
1)初始工况测量：将转台旋转至0°位置，停止数秒用于传感器位移测量，再使转台每次转动分度角度α后停止数秒直至转回初始位置，重复测量三次；
2)热机：使转台以恒定转速运转，每隔1h重复步骤1)操作；
3)记录传感器位移变化，计算三次测量的平均值，再将热机测量结果与初始工况测量结果做差，得到顶板和底座的径向和轴向热位移,并利用最小二乘法得到热机前后顶板和底座测量的圆心，通过误差计算公式得到两个平面的径向跳动热误差和轴向跳动热误差以及回转轴线倾斜度热误差；
4)直至本次与上一次热误差的差值均小于上一次的热误差的20％后结束测量。
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