CN116619134A - 一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，本申请通过将标准棒安装在机床电主轴上的液压刀柄上，标准棒上设有检测球，检测支架上对应检测球安装位移传感器，检测时让机床电主轴带动标准棒转动，位移传感器采集机床电主轴不同转速下的x向、y向和z向动态位移误差的实时数据，对得到的实时数据进行同步动态误差分析和异步动态误差分析，根据同步动态误差分析的结果可以得到机床电主轴的加工能力与精度情况，根据异步动态误差分析的结果可以得到机床电主轴加工的加工件表面粗糙度，一次检测得到主轴加工精度和加工件表明粗糙度，提高了检测效率。

Description

一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域。

背景技术

卧式加工中心主轴的性能是加工品质的主要体现，加工件特别是复杂零部件形状精度、圆度、表面粗糙度等与主轴的性能密切相关，只有在主轴真实的加工转速下测量主轴精度，对加工件的品质管控才具有意义。目前对于卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测仅能检测主轴的回转误差，无法根据回转误差同时得到主轴的主轴加工精度和加工件表明粗糙度，需要分别进行检测，检测效率低。

发明内容

为了解决现有技术中无法同时得到主轴加工精度和加工件表明粗糙度的技术问题，本发明提供了一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，底座11上安装调节支架15，调节支架15上安装连接机构，连接机构上安装检测支架5，检测支架5上设有静电刷12，穿过静电刷12设有标准棒3，标准棒3的一端安装在机床电主轴1上的液压刀柄2上，标准棒3上设有检测球8，检测球8位于检测支架5内，检测支架5上对应检测球8设有位移传感器4，位移传感器4连接数据分析计算机系统。

所述检测支架5上对应检测球8在X、Y和Z轴方向上分别安装位移传感器4。

所述连接机构包括连接架6、螺纹杆13、手轮9和移动架14，连接架6安装在调节支架15上，螺纹杆13与连接架6螺纹连接，手轮9安装在螺纹杆13上，螺纹杆13的前端转动安装移动架14，移动架14与连接架6滑动配合安装。

所述调节支架15为十字滑台。

所述底座11为磁力底座。

所述检测球8的数量为两个。

一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测方法，包括以下步骤：

S1.将卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置安装在机床上；

S2.控制标准棒3在不同的转速下进行转动；

S3.利用位移传感器4采集标准棒3上的两个检测球8在机床电主轴1不同转速下的x向、y向和z向动态位移误差的实时数据；

S4.根据位移传感器4采集到的实时数据进行分析。

所述步骤S4.对采集到的实时数据进行分析包括以下步骤：

S4-1.对机床电主轴1进行同步动态误差分析；

S4-1-1.计算机床电主轴1的倾斜误差，计算式如下：

式中：r₀为选取的基圆半径，L_d为同一方向上的相邻位移传感器4的中心距、ΔR₁(θ)和ΔR₂(θ)为位移传感器4测得的位移数据；

S4-1-2.根据机床电主轴1的倾斜误差计算式绘制倾斜误差极坐标图；

S4-1-3.根据倾斜误差极坐标图进行倾斜同步误差计算，计算式如下：

式中：Σβ（θ）为极坐标图中对应角度θ的所有β（θ）的和、n为机床电主轴的旋转圈数，n≥20；

S4-1-4.利用T_sync（θ）的计算结果绘制机床电主轴1的倾斜同步误差极坐标图；

S4-1-5.根据同步误差极坐标图计算倾斜同步误差值，计算式如下：

式中：R_csc为倾斜同步误差极坐标图的最小外接圆半径、R_ISC为倾斜同步误差极坐标图的最大内切圆半径；

S4-2.对机床电主轴1进行异步动态误差分析；

S4-2-1.计算机床电主轴1的倾斜异步误差，计算式如下：

S4-2-2.根据T_asyn（θ）的计算式绘制机床电主轴1的倾斜异步误差极坐标图；

S4-2-3.根据倾斜异步误差极坐标图计算倾斜异步误差值，计算式如下：

式中：R（θ）_max为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最大距离、R（θ）_min为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最小距离。

本发明与现有技术相比存在的优点是：

本申请通过将标准棒安装在机床电主轴上的液压刀柄上，标准棒上设有检测球，检测支架上对应检测球安装位移传感器，检测时让机床电主轴带动标准棒转动，位移传感器采集机床电主轴不同转速下的x向、y向和z向动态位移误差的实时数据，对得到的实时数据进行同步动态误差分析和异步动态误差分析，根据同步动态误差分析的结果可以得到机床电主轴的加工能力与精度情况，根据异步动态误差分析的结果可以得到机床电主轴加工的加工件表面粗糙度，一次检测得到主轴加工精度和加工件表明粗糙度，提高了检测效率。

附图说明

图1是本发明一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置的立体图。

图2是本发明一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法的横向倾斜误差检测原理图。

图3是本发明一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法的竖向倾斜误差检测原理图。

图4是本发明一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置及方法的机床电主轴总误差、同步误差与异步误差极坐标示意图。

图5是机床电主轴总误差、同步误差与异步误差极坐标的最小二乘圆。

图6是机床电主轴总误差、同步误差与异步误差极坐标的最小外接圆。

图7是机床电主轴总误差、同步误差与异步误差极坐标的最大内切圆。

图中：1、机床电主轴；2、液压刀柄；3、标准棒；4、位移传感器；5、检测支架；6、连接架；7、支撑支架；8、检测球；9、手轮；10、开关；11、底座；12、静电刷；13、螺纹杆；14、移动架；15、调节支架。

具体实施方式

本发明提供的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，如图1所示，底座11上安装支撑支架7，底座11为磁力底座，底座11上设有开关10，通过开关10控制底座11是否带有磁力，使得底座11是否安装在机床的床鞍上或从机床上拆卸，磁力底座为公知常识，故在此不做过多赘述，支撑支架7上安装调节支架15，调节支架15为十字滑台，调节支架15上安装连接机构，连接机构包括连接架6、螺纹杆13、手轮9和移动架14，连接架6安装在调节支架15上，螺纹杆13与连接架6螺纹连接，手轮9安装在螺纹杆13上，螺纹杆13的前端转动安装移动架14，移动架14与连接架6滑动配合安装，通过拨动手轮9，使得螺纹杆13转动，进而使得移动架14沿连接架6前后滑动，通过调节支架15能够调节连接架6的竖面位置，连接架6上安装检测支架5，检测支架5上设有静电刷12，穿过静电刷12设有标准棒3，标准棒3的一端安装在机床电主轴1上的液压刀柄2上，通过静电刷12避免标准棒3转动的时候带电，标准棒3上设有两个检测球8，检测球8位于检测支架5内，检测支架5上对应检测球8在X、Y和Z轴方向上分别安装位移传感器4，位移传感器4连接数据分析计算机系统，数据分析计算机系统还与机床连接。

对应标准棒3轴向的位移传感器4用于检测标准棒3竖向的位移量；对应检测球8在X方向上的两个位移传感器4用于对检测球8在X方向的同步动态误差和异步动态误差进行分析；对应检测球8在Y方向上的两个位移传感器4用于对得到检测球8在Y方向的同步动态误差和异步动态误差进行分析，根据得到的两组同步动态误差分析结果和异步动态分析结果能够得到机床电主轴1的加工能力和加工精度以及加工的加工件表明的粗糙程度。

一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测方法，利用一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置进行以下步骤：

S1.将卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置安装在机床上，保证标准棒3、机床电主轴1和液压刀柄2同轴度一致；

S2.通过机床电主轴1控制标准棒3在不同的转速下进行转动；

S3.利用位移传感器4采集标准棒3上的两个检测球8在机床电主轴1不同转速下的x向、y向和z向动态位移误差的实时数据；

S4.根据位移传感器4采集到的实时数据进行分析；

S4-1.对机床电主轴1进行同步动态误差分析；

S4-1-1.计算机床电主轴1的倾斜误差，倾斜误差运动：在一个相对于轴平均线成一角度方向上的误差运动，如图2、3所示的EAC(t)和EBC(t)，可通过同时测量沿轴平均线上相隔一定距离的两个截面的径向误差运动进行评定，计算式如下：

式中：r₀为选取的基圆半径，L_d为同一方向上的相邻位移传感器4的中心距、ΔR₁(θ)和ΔR₂(θ)为位移传感器4测得的位移数据。

总误差、同步误差与异步误差极坐标之间的关系如图4所示。

S4-1-2.根据机床电主轴1的倾斜误差计算式绘制倾斜误差极坐标图；

S4-1-3.根据倾斜误差极坐标图进行倾斜同步误差计算，计算式如下：

式中：Σβ（θ）为极坐标图中对应角度θ的所有β（θ）的和、n为机床电主轴的旋转圈数，n≥20；主轴一直在旋转，选区机床电主轴旋转过程中连续旋转的至少20圈的测试结果；

S4-1-4.利用T_sync（θ）的计算结果绘制机床电主轴1的倾斜同步误差极坐标图；

S4-1-5.根据同步误差极坐标图计算倾斜同步误差值，计算式如下：

如图5-7所示，式中：R_csc为以倾斜同步误差极坐标图的最小二乘圆心作的倾斜同步误差极坐标图的最小外接圆半径、R_ISC为以倾斜同步误差极坐标图的最小二乘圆心作的倾斜同步误差极坐标图的最大内切圆半径。

由于两个位移传感器4的中心距固定，所以通过倾斜误差可以预测主轴在实际加工中产生偏摆运动的幅度。

S4-2.对机床电主轴1进行异步动态误差分析；

S4-2-1.计算机床电主轴1的倾斜异步误差，计算式如下：

S4-2-2.根据T_asyn（θ）的计算式绘制机床电主轴1的倾斜异步误差极坐标图；

S4-2-3.根据倾斜异步误差极坐标图计算倾斜异步误差值，计算式如下：

式中：R（θ）_max为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最大距离、R（θ）_min为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最小距离。

通过同步动态误差分析结果可以得到机床电主轴1的加工能力与精度情况；通过异步动态误差分析结果可以得到机床电主轴1进行加工的加工件的表面粗糙程度。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，底座（11）上安装调节支架（15），调节支架（15）上安装连接机构，连接机构上安装检测支架（5），检测支架（5）上设有静电刷（12），穿过静电刷（12）设有标准棒（3），标准棒（3）的一端安装在机床电主轴（1）上的液压刀柄（2）上，标准棒（3）上设有检测球（8），检测球（8）位于检测支架（5）内，检测支架（5）上对应检测球（8）设有位移传感器（4），位移传感器（4）连接数据分析计算机系统。

2.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，所述检测支架（5）上对应检测球（8）在X、Y和Z轴方向上分别安装位移传感器（4）。

3.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，所述连接机构包括连接架（6）、螺纹杆（13）、手轮（9）和移动架（14），连接架（6）安装在调节支架（15）上，螺纹杆（13）与连接架（6）螺纹连接，手轮（9）安装在螺纹杆（13）上，螺纹杆（13）的前端转动安装移动架（14），移动架（14）与连接架（6）滑动配合安装。

4.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，所述调节支架（15）为十字滑台。

5.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，所述底座（11）为磁力底座。

6.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置，其特征在于，所述检测球（8）的数量为两个。

7.利用权利要求1-6所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置安装在机床上；

S2.控制标准棒（3）在不同的转速下进行转动；

S3.利用位移传感器（4）采集标准棒（3）上的两个检测球（8）在机床电主轴（1）不同转速下的x向、y向和z向动态位移误差的实时数据；

S4.根据位移传感器（4）采集到的实时数据进行分析。

8.根据权利要求7所述的利用权利要求1-6所述的一种卧式加工中心主轴倾斜动态误差检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S4-1.对机床电主轴（1）进行同步动态误差分析；

S4-1-1.计算机床电主轴（1）的倾斜误差，计算式如下：

,

式中：r₀为选取的基圆半径，L_d为同一方向上的相邻位移传感器（4）的中心距、ΔR₁(θ)和ΔR₂(θ)为位移传感器(4)测得的位移数据；

S4-1-2.根据机床电主轴（1）的倾斜误差计算式绘制倾斜误差极坐标图；

S4-1-3.根据倾斜误差极坐标图进行倾斜同步误差计算，计算式如下：

,

式中：Σβ（θ）为极坐标图中对应角度θ的所有β（θ）的和、n为机床电主轴的旋转圈数，n≥20；

S4-1-4.利用T_sync（θ）的计算结果绘制机床电主轴（1）的倾斜同步误差极坐标图；

S4-1-5.根据同步误差极坐标图计算倾斜同步误差值，计算式如下：

,

式中：R_csc为倾斜同步误差极坐标图的最小外接圆半径、R_ISC为倾斜同步误差极坐标图的最大内切圆半径；

S4-2.对机床电主轴（1）进行异步动态误差分析；

S4-2-1.计算机床电主轴（1）的倾斜异步误差，计算式如下：

,

S4-2-2.根据T_asyn（θ）的计算式绘制机床电主轴（1）的倾斜异步误差极坐标图；

S4-2-3.根据倾斜异步误差极坐标图计算倾斜异步误差值，计算式如下：

,

式中：R（θ）_max为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最大距离、R（θ）_min为倾斜异步误差极坐标图中沿径向方向距离坐标原点的最小距离。