CN114193232A - 重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置及方法。主要解决现有的测量方法中更换测量方向需要重新调整量具、铣头行程因干涉运行不完整、不可同时考察XYZ三方向的数值波动情况的问题。其特征在于：所述主体（4）前端连接有测量球杯（5），主体（4）外表面分别固定有X、Y、Z方向的杠杆表（2），且杠杆表（2）的测针分别位于测量球杯（5）上对应的位置；所述测量球杯（5）前端通过锥面与球头检棒（1）接触。该测量装置的指示表在测量过程中固定，通过一次调整后可在铣头整个工作范围内连续移动，且在XYZ三方向同时进行数据采集，从而完成rtcp精度的测量。

Description

重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及机械领域，具体说是一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置及方法。

背景技术

重型落体镗铣床在其滑枕前端面安装叉形正交双摆角铣头来构成五轴联动机床。当机床处于五轴刀尖跟随功能（即rtcp）调试阶段时，需要对机床在刀轴方向改变的同时刀尖点在空间中保持不变的能力进行评估。

按照iso 10791-6 2014附件中AK1、AK2、AK4项目所描述（或GB/T39953-2021），机床开启rtcp功能后，让其运行规定的刀轴姿态变换动作，在此过程中，分别在XYZ三个方向上对刀尖点的最大值与最小值的差值即为rtcp精度。通常三个方向的波动值都应在1mm以内，该值可在一定程度上间接预测机床五轴工作精度。该项精度数值受到机床几何精度、数控系统插补精度及运动链测量精度、热补偿等因素影响。

针对标准中的AK1、AK2、AK4项目，按照标准中提及平头测针配球头检棒的测量方法，每运行一个项目都需要分别在X、Y、Z（径向、轴向、切向）方向进行测量，同时，每更换一次测量方向需要重新摆放安夹找正百分表。虽然此检测也可由球杆仪完成，但仍需重新设置球杆仪。同时，铣头在进行连续大范围摆角时，为避免球头检棒与表头干涉，按照传统平头测针配球头检棒的方法，无法一次在摆角头A或B轴的整个工作范围（至少为±90°）内进行连续测量。在此条件下通常只能连续考察Z轴方向变化量，无法同时考察XY方向的变化量。通过铣头叼表打标定球的方式虽然可以大范围测量，但表随铣头转过，人员观察需要随表方位而动，不易读数、安夹，需要安夹找正、调试程序。

发明内容

为了克服现有的测量方法中更换测量方向需要重新调整量具、铣头行程因干涉运行不完整、不可同时考察XYZ三方向的数值波动情况的不足，本发明提供一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置及方法，该测量装置的指示表在测量过程中固定，通过一次调整后可在铣头整个工作范围内连续移动，且在XYZ三方向同时进行数据采集，从而完成iso 10791-6 2014附件中项目AK1、AK2、AK4的测量内容。

本发明的技术方案是：一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，包括主体，所述主体通过双面磁力表座固定在弯板上，其特征在于：所述主体前端连接有测量球杯，主体外表面分别固定有X、Y、Z方向的杠杆表，且杠杆表的测针分别位于测量球杯上对应的位置；所述测量球杯前端通过锥面与球头检棒接触。

所述主体包括底座，底座上连接有外壳，底座内部设有推杆，且推杆的前端伸出外壳后连接测量球杯；所述推杆外表面设有凸台，凸台与底座之间设有推杆弹簧。

所述推杆内部设有防坠弹簧，防坠弹簧两端分别连接有防坠挡销，其中一个防坠挡销位于推杆后端面上，另一个防坠挡销位于位于测量球杯右侧内部的端面上。

所述测量球杯右端面设有内凹的锥面。

所述杠杆表包括X向杠杆表、Y向杠杆表、Z向杠杆表，分别固定在主体外表面对应的刻线处，其中X向杠杆表和Y向杠杆表的测针分别与测量球杯外圆面接触，Z向杠杆表与测量球杯左端面接触。

一种利用所述重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1：利用对刀仪检测球头检棒中的球头与锥柄的同轴度，测出以球头的球心为参考点的刀长；

S2：将球头检棒放入铣头主轴，复检球头与铣头主轴的同轴度，复检刀长数据，无误后将刀长数据输入控制器；

S3：通过双面磁力表座将主体固定在弯板上，按照主体上的刻线找正方位，使刻线分别与机床X、Y、Z轴对应，检测主体上推杆右端面的平面度；

S4：检测推杆与球头检棒的同轴度，初次将编程零点X、Y清零；

S5：将测量球杯通过防坠挡销和防坠弹簧连接到主体上；

S6：使球头与测量球杯的锥面贴合并压缩测量球杯，压缩量a不小于2mm；

S7：将X向杠杆表、Y向杠杆表、Z向杠杆表固定在主体上，并使测针分别与测量球杯的对应位置接触，使表处理于量程中间，编程零点X、Y、Z清零；

S8：打开机床五轴刀尖跟随功能，按要求运行刀轴变换动作数控程序，X向杠杆表、Y向杠杆表、Z向杠杆表即可测量五轴刀尖跟随功能X、Y、Z三个方向的精度。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，通过测量球杯及浮动贴合可调心的球头检棒，将处于rtcp状态下运动的球头的移动转化为测量球杯的移动，并将移动距离转化为XYZ三个方向杠杆表的读数，从而测量出rtcp精度。

由于测量球杯的另一侧为铣头腾出了空间，通过一次调整后可在铣头整个工作范围内连续移动（A±92°，C±180°），对rtcp精度在同时三个方向上进行测量；测量过程中不需要反复调整工装，只需将杠杆表对0即可完成整个测量，完成测量的工作的效率高；适应摆角铣头的工作范围可适当扩大，可以通过调整球头检棒末端直径及测量球杯前端直径进行调整。该装置还可以适应其他应用场景：五轴落地镗铣及龙门铣调试中测量铣头运动链参数，机床加工前确认五轴rtcp精度，并且立卧两种状态均可使用。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是沿图1中A-A的剖视图；

图3是主体及测量球杯的主视图；

图4是沿图3中的F向视图。

图中1-球头检棒，1.1-球头，1.2-十字调心机构，1.3-锥柄，2-杠杆表，2.1-X向杠杆表，2.2-Y向杠杆表，2.3-Z向杠杆表，3-双面磁力表座，4-主体，4.1-底座，4.2-外壳，4.3-推杆弹簧，4.4-推杆，4.5-顶丝，4.6-万向表杆，4.7-防坠弹簧，4.8-防坠挡销，5-测量球杯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图4所示，一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，包括主体4，所述主体4通过双面磁力表座3固定在弯板上，所述主体4包括底座4.1，底座4.1上通过螺钉连接有外壳4.2，底座4.1内部为空腔，空腔内设有推杆4.4，推杆4.4的前端伸出外壳4.2，推杆4.4中部外表面设有凸台，凸台在轴向上位于底座4.1右端面与外壳4.2内部的左端面之间，且凸台与底座4.1之间设有推杆弹簧4.3，在自由状态下，推杆弹簧4.3将推杆4.4向右侧压缩，使凸台右端面与外壳4.2接触。所述推杆4.4前端伸出外壳4.2与测量球杯5接触，推杆4.4内部设有轴向的空腔，空腔内设有防坠弹簧4.7，防坠弹簧4.7两端分别连接有防坠挡销4.8，其中一个防坠挡销4.8位于推杆4.4后端面上，另一个防坠挡销4.8位于位于测量球杯5右侧内部的端面上，从而将测量球杯5连接在推杆4.4上。

所述主体4外表面分别设有与铣头主轴X、Y、Z方向对应的刻线，刻线处固定有杠杆表2，分别为X向杠杆表2.1、Y向杠杆表2.2、Z向杠杆表2.3，其中X向杠杆表2.1和Y向杠杆表2.2的T型测针分别与测量球杯5外圆面接触，Z向杠杆表2.3与测量球杯5左端面接触。杠杆表2的表座插入主体4内部，通过顶丝4.5固定，表座上通过万向表杆4.6连接杠杆表。

所述球头检棒1包括锥柄1.3，锥柄1.3左侧连接有球头杆，球杆杆端部为球头1.1，球头杆与锥柄1.3之间设有十字调心机构1.2，即球头杆插入锥柄1.3左端的中心孔中，锥柄1.3后端通过轴向螺钉将球头检棒拉紧，十字调心机构1.2螺钉端头顶在球头杆外壁上。十字调心机构1.2由正、侧两个方向共四颗螺钉组成。通过调节四颗螺钉径向位置来调整球头杆的径向位置，从而调整球头1.1与锥柄1.3的同轴度。所述测量球杯5右端面设有内凹的锥面，球头1.1与锥面接触。

一种利用所述的重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1：将球头检棒1的锥柄1.3固定在对刀仪上，用指示标表打球头1.1外圆，调整十字调心机构1.2使球头1.1球心与锥柄1.3对中，即球头1.1与主轴对中，要求同轴度在0.005mm以内，在对刀仪上测出以球头1.1的球心为参考点的刀长。

S2：将球头检棒1放入铣头主轴，用指示标表打球头1.1外圆，复检球头1.1与铣头主轴的同轴度，再次调整十字调心机构1.2使球头1.1球心与主轴对中，要求同轴度在0.005mm以内，更新刀长数据，无误后将刀长数据输入控制器。

S3：通过双面磁力表座3将主体4粗略固定在弯板上，按照主体4上的刻线找正方位，使刻线分别与机床X、Y、Z轴对应；拉正推杆4.4，检测推杆4.4右端面的平面度，要求平面度不大小0.01mm，固定主体4。

S4：检测推杆4.4与球头检棒1的同轴度，要求同轴度不大小0.1mm，初次将编程零点X、Y清零。

S5：将测量球杯5通过防坠挡销4.8和防坠弹簧4.7连接到主体4上。

S6：开动机床Z轴向测量球杯5方移动球头检棒1，球头1.1落入测量球杯5前端的锥面中，测量此时球杯自动定心。然后令球头检棒1.1再向测量球杯5方向移动一段距离后停止，此时测量球杯5的后端面与推杆4.4前端面保持贴合且推杆弹簧4.3受到一定程度的压缩，压缩量a不小于2mm，即保证推杆4.4在Z轴方向要至少还有2mm的压缩空间。此时推杆弹簧4.3提供与球头检棒1移动反方向力，使测量球杯5与球头1.1、推杆4.4与测量球杯5在Z方向均浮动贴合。

S7：将Z向杠杆表2.3固定在主体4上，通过调节4.5顶丝及4.6万向表杆，使测针与测量球杯5端面接触，测针轴线尽量与端面保持平行，压缩测针使表处量程中间，编程零点Z清零；

将X向杠杆表2.1、Y向杠杆表2.2固定在主体4上，同样通过调节4.5顶丝及4.6万向表杆，使测针分别与测量球杯5外圆面接触，测针轴线尽量与测量球杯外圆面保持平等，压缩测针使表处理于量程中间，编程零点X、Y再次清零。

S8：打开机床rtcp，铣头摆角、球头1.1在XYZ方向移动均会转化为测量球杯5的移动，X向杠杆表2.1、Y向杠杆表2.2、Z向杠杆表2.3即可测量rtcp在X、Y、Z三个方向的精度。

运行程序，铣头按iso 10791-6 2014附件中项目AK1、AK2、AK4做固定动作，过程中记录各表示数的最大值与最小值，他们的差值即为对应方向的rtcp精度。

Claims (6)

1.一种重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，包括主体（4），所述主体（4）通过双面磁力表座（3）固定在弯板上，其特征在于：所述主体（4）前端连接有测量球杯（5），主体（4）外表面分别固定有X、Y、Z方向的杠杆表（2），且杠杆表（2）的测针分别位于测量球杯（5）上对应的位置；所述测量球杯（5）前端通过锥面与球头检棒（1）接触。

2.根据权利要求1所述的重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，其特征在于：所述主体（4）包括底座（4.1），底座（4.1）上连接有外壳（4.2），底座（4.1）内部设有推杆（4.4），且推杆（4.4）的前端伸出外壳（4.2）后连接测量球杯（5）；所述推杆（4.4）外表面设有凸台，凸台与底座（4.1）之间设有推杆弹簧（4.3）。

3.根据权利要求2所述的重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，其特征在于：所述推杆（4.4）内部设有防坠弹簧（4.7），防坠弹簧（4.7）两端分别连接有防坠挡销（4.8），其中一个防坠挡销（4.8）位于推杆（4.4）后端面上，另一个防坠挡销（4.8）位于位于测量球杯（5）右侧内部的端面上。

4.根据权利要求3所述的重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，其特征在于：所述测量球杯（5）右端面设有内凹的锥面。

5.根据权利要求4所述的重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置，其特征在于：所述杠杆表（2）包括X向杠杆表（2.1）、Y向杠杆表（2.2）、Z向杠杆表（2.3），分别固定在主体（4）外表面对应的刻线处，其中X向杠杆表（2.1）和Y向杠杆表（2.2）的测针分别与测量球杯（5）外圆面接触，Z向杠杆表（2.3）与测量球杯（5）左端面接触。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述重型落地镗铣床五轴刀尖跟随功能精度测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：利用对刀仪检测球头检棒（1）中的球头（1.1）与锥柄（1.3）的同轴度，测出以球头（1.1）的球心为参考点的刀长；

S2：将球头检棒（1）放入铣头主轴，复检球头（1.1）与铣头主轴的同轴度，复检刀长数据，无误后将刀长数据输入控制器；

S3：通过双面磁力表座（3）将主体（4）固定在弯板上，按照主体（4）上的刻线找正方位，使刻线分别与机床X、Y、Z轴对应，检测主体（4）上推杆（4.4）右端面的平面度；

S4：检测推杆（4.4）与球头检棒（1）的同轴度，初次将编程零点X、Y清零；

S5：将测量球杯（5）通过防坠挡销（4.8）和防坠弹簧（4.7）连接到主体（4）上；

S6：使球头（1.1）与测量球杯（5）的锥面贴合并压缩测量球杯（5），压缩量a不小于2mm；

S7：将X向杠杆表（2.1）、Y向杠杆表（2.2）、Z向杠杆表（2.3）固定在主体（4）上，并使测针分别与测量球杯（5）的对应位置接触，使表处理于量程中间，编程零点X、Y、Z清零；

S8：打开机床五轴刀尖跟随功能，按要求运行刀轴变换动作数控程序，X向杠杆表（2.1）、Y向杠杆表（2.2）、Z向杠杆表（2.3）即可测量五轴刀尖跟随功能X、Y、Z三个方向的精度。

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