CN117900909A - 一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,属于高端智能加工设备调试技术领域,本发明为了解决现有智能立式车削加工机床中不具备在线对机床的测量系统进行调试的功能,导致机床的辅助加工时间较长,加工效率较低以及加工误差较大的问题,本发明所述调试方法首先测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线的同轴度;再利用安装在滑枕上的标定检具对刀具测量系统及工件测量系统进行坐标位置标定,通过标定后的坐标位置作为后续刀具测量和工件测量的参考坐标系,并将后续所用刀具和工件测点的长度对应输入到系统中,使其可以在后续在机床自动对刀和自动工件测量进行自主补偿测量的目的。
Description
技术领域
本发明属于高端智能加工设备调试技术领域,具体涉及一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法。
背景技术
目前在数控立式车床加工过程中大都采用人工对刀,人工进行工件测量的方式进行操作,这样机床在加工过程中根据工件的形状及加工工序的不同,需要机床多次停机进行人工对刀的操作,同时伴随多次的人工对工件的测量,直接导致机床的辅助加工时间较长,加工效率较低,同时在人工对刀及采用量检具对工件尺寸测量过程中由于操作人员技术水平不同,测量结果与实际值也有较大误差,甚至出现不合格零件,尤其是大型零件的生产周期长,成本较高,出现不合格零件会对企业造成较大的损失。
随着我国机床制造水平的提升,我国在智能立式车削机床产品的研发中取得了较大的进展,但是现有的智能立式车削机床产品仍然不具备在线对机床的测量系统进行调试的功能,这就导致智能立式车削机床产品在实际使用时仍会存在上述缺陷,影响了智能立式车削机床产品的加工精度的同时也会影响其加工效率,因此研发一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法来提高机床的自动化切削来降低人工参与的加工误差是很符合实际需要的。
发明内容
本发明为了解决现有智能立式车削加工机床中不具备在线对机床的测量系统进行调试的功能,导致机床的辅助加工时间较长,加工效率较低以及加工误差较大的问题,进而提供一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法;
一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,所述方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度,并在保证二者之间的同轴度满足调试要求,记录测量数值,作为后续机床标定的X轴参考零点位置;
步骤2:在机床对工作台端面及径向进行自车削加工基础上,将标定检具安装在滑枕下端,并且以工作台上端面作为Z向坐标标定零点,以工作台回转轴线作为X向坐标标定零点,对标定检具在机床现有的坐标系下进行中心及底部的坐标位置标定;
步骤3:利用步骤2中安装后的标定检具对机床刀具测量系统及机床工件测量系统进行坐标位置标定,并记录标定数据;
步骤4:完成上述标定过程后,控制机床Z轴回到参考点,数控系统显示的机床Z向坐标值加上标定检具自滑枕下端面值底端一段的长度值即为机床滑枕下端面至工作台上端面的距离,此时机床Z向坐标为刀具安装的Z向零点坐标,滑枕下方再更换为工件测头或车削刀具时,只需将其长度输入到数控系统的刀具列表中,数控系统可根据标定程序进行刀具或者测头的自动测量和加工;
进一步地,所述步骤1中测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度是依靠千分表实现的,首先将千分表的磁力表座吸附在机床工作台上,待千分表固定完毕后,将千分表的指针指向滑枕1低端中心的内孔壁上,并对千分表进行调零,待千分表指针调零后缓慢回转工作台,读取千分表的示数,并不断调整机床X方向的坐标位置及Y方向的坐标位置,使表针的读数在X轴方向的两侧表针示数不变,在Y方向的两侧表针示数≤0.01mm,此时将机床滑枕的水平坐标进行记录,此坐标为后续机床标定的X轴参考零点位置:
进一步地,所述步骤2中的标定检具由安装座和下端检验棒两部分组成,所述安装座的顶端与滑枕底部中心处的定位中心孔对应配合设置,安装座插设在滑枕底部的定位中心孔并与滑枕拆卸连接,所述下端检验棒的顶端插设在安装座的底端,且安装座的轴线、下端检验棒的轴线和滑枕1的轴线三者共线设置,下端检验棒与安装座拆卸连接;
进一步地,所述安装座的底端中心处加工有连接孔,连接孔的内壁上沿周向等距有两个顶丝螺纹孔,每个顶丝螺纹孔中插设有一个顶丝,且每个顶丝与安装座螺纹连接,所述下端检验棒的顶端设有连接柱,且连接柱与安装座底端的连接孔配合设置,下端检验棒顶端的连接柱插设在安装座底端的连接孔中,且安装座通过两个顶丝实现与下端检验棒拆卸连接;
进一步地,所述下端检验棒底端的中心处设有测量柱,且测量柱底端为第一测量面,测量柱的前侧为第二测量面,测量柱的左侧为第三测量面,测量柱的右侧为第四测量面;
进一步地,所述步骤3中对机床刀具测量系统进行位置标定时需利用刀具测头标定块,刀具测头标定块安装在机床右侧横梁下方,利用标定检具与刀具测头标定块对机床刀具测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面、第一测量面和第三测量面分别与刀具测头标定块在(X+、Z-、X-)方向所对应面进行接触,接触过程中用手轮缓慢调整,在测头信号触发后停止机床轴的运动,并记录相应的坐标值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出刀具测头标定块与机床工作台零点之间的位置关系;
进一步地,所述步骤3中对机床工件测量系统进行位置标定时需利用工件测头标定块,工件测头标定块安装在机床左侧横梁下方,利用标定检具与工件测头标定块对机床工件测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面、第一测量面和第三测量面分别与工件测头标定块在(X+、Z-、X-)方向所对应面并通过量块进行测量滑枕中心与标定块各面的间隙值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出工件测头标定块与机床工作台零点之间的位置关系;
本申请相对于现有技术所产生的有益效果:
本申请提出的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,依据智能立式车削机床的结构布局特点,采用一种创新的方法在机床坐标系下,依据统一的坐标零点对刀具测量系统及工件测量系统进行标定,标定后机床可实现自动对工件进行尺寸测量、自动对刀具进行测量并进行自动加工,实现机床在加工过程中无人员参与,通过利用标定检具对刀具测量系统及工件测量系统的标定可以保证每次机床在自动换刀时,换刀点的初始定位一至,为实现自动对刀确定了准确的定位基础,使后续机床自动对刀时可以根据预先的标定位置配合刀具长度实现准确对刀工作,避免了因人工测量工作时造成的加工时间较长,加工效率较低以及加工误差较大的情况发生。
本申请涉及的一种智能立式车削机床的在线测量系统调试方法已经在相关样机中进行测试,机床经过调试后可满足其自动加工的功能,并且加工精度及加工效率显著提高,可以实现机床无人参与的自动加工工作。
附图说明
图1为本申请步骤1中进行测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间同轴度的测量主视示意图;
图2为本申请步骤1中进行测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间同轴度的测量侧视示意图;
图3为本申请中所述标定检具的结构示意图;
图4为本申请中所述标定检具的仰视示意图;
图5为本申请中步骤3中利用标定检具对机床刀具测量系统及机床工件测量系统进行标定的主视示意图;
图6为本申请中步骤3中利用标定检具对机床刀具测量系统及机床工件测量系统进行标定的侧视示意图;
图7为本申请中利用标定检具对机床刀具测量系统进行位置标定时标定检具的运动示意图;
图8为本申请中利用标定检具对机床工件测量系统进行位置标定时标定检具的运动示意图;
图9为本申请中机床坐标系下标定机床在线测量系统的位置关系示意图;
图10为本申请所述机床中工件在线测量系统的测头标定示意图;
图11为本申请所述机床中工件在线测量示意图;
图12为本申请所述机床中外圆车刀在线测量示意图;
图13为本申请所述机床中内孔车刀在线测量示意图;
图14为本申请所述机床的加工示意图;
图中1滑枕、2千分表、3工作台、4安装座、5下端检验棒、6工件测头标定块、7刀具测头标定块、8工件测头、9外圆车刀、10内孔车刀、11工件和12量块。
具体实施方式
具体实施方式一:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式中提供了一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,所述方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度,并在保证二者之间的同轴度满足调试要求,记录测量数值,作为后续机床标定的X轴参考零点位置;
步骤2:在机床对工作台端面及径向进行自车削加工基础上,将标定检具安装在滑枕下端,并且以工作台上端面作为Z向坐标标定零点,以工作台回转轴线作为X向坐标标定零点,对标定检具在机床现有的坐标系下进行中心及底部的坐标位置标定;
步骤3:利用步骤2中安装后的标定检具对机床刀具测量系统及机床工件测量系统进行坐标位置标定,并记录标定数据;
步骤4:完成上述标定后,将机床的Z轴运动到机床的Z轴参考点,即滑枕向机床上方向运动的最高点,此时数控系统显示的机床Z向坐标值加上特殊标定检具自滑枕下端面至底端一段的长度L值,即为机床滑枕下端面至工作台上端面的距离,此时机床Z向坐标为刀具安装的Z向零点坐标,将标定检具取下,更换为测头或者刀具时,以滑枕中心和滑枕下端面为基准,采用卷尺进行测量,并将相应数值输入到数控系统的刀具列表中,机床可根据程序自动完成刀具标定或者测头的标定。
具体实施方式二:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式与具体实施方式一中的步骤1进行进一步限定,所述步骤1中测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度是依靠千分表2实现的,首先将千分表2的磁力表座吸附在机床工作台3上,待千分表2固定完毕后,将千分表2的指针指向滑枕1低端中心的内孔壁上,并对千分表2进行调零,待千分表2指针调零后缓慢回转工作台3,读取千分表2的示数,并不断调整机床X方向的坐标位置及Y方向的坐标位置,使表针的读数在X轴方向的两侧表针示数不变,在Y方向的两侧表针示数≤0.01mm,此时将机床滑枕的水平坐标进行记录,此坐标为后续机床标定的X轴参考零点位置。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式中,通过千分表2对机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度进行测量的过程中,在移动X轴位置时找到二者在X方向的同心位置,针对于二者在Y方向的同心位置则需要在机床装配调试阶段,通过调整机床零件在这个方向的尺寸(刀架溜板厚度或者立柱前后位置)来保证刀具安装中心与工作台中心在Y方向的同心。
具体实施方式三:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式是对具体实施方式二中的步骤2进行进一步限定,所述步骤2中的标定检具由安装座4和下端检验棒5两部分组成,所述安装座4的顶端与滑枕1底部中心处的定位中心孔对应配合设置,安装座4插设在滑枕1底部的定位中心孔并与滑枕1拆卸连接,所述下端检验棒5的顶端插设在安装座4的底端,且安装座4的轴线、下端检验棒5的轴线和滑枕1的轴线三者共线设置,下端检验棒5与安装座4拆卸连接。其它方法步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式是对具体实施方式三中的安装座4进行进一步限定,所述安装座4的底端中心处加工有连接孔,连接孔的内壁上沿周向等距有两个顶丝螺纹孔,每个顶丝螺纹孔中插设有一个顶丝,且每个顶丝与安装座4螺纹连接,所述下端检验棒5的顶端设有连接柱,且连接柱与安装座4底端的连接孔配合设置,下端检验棒5顶端的连接柱插设在安装座4底端的连接孔中,且安装座4通过两个顶丝实现与下端检验棒5拆卸连接。其它方法步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式五:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式是对具体实施方式一中的下端检验棒5进行进一步限定,所述下端检验棒5底端的中心处设有测量柱,且测量柱底端为第一测量面F,测量柱的前侧为第二测量面E,测量柱的左侧为第三测量面G,测量柱的右侧为第四测量面H。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
结合具体实施方式三至具体实施方式五说明,本申请所述的标定检具由上安装座4及下端检验棒5两部分组成,其中上安装座4的上端与机床刀具安装接口相同,可按刀具安装方式安装在机床滑枕下端,实现上安装座的定位及锁紧。上安装座4下端具有和下端检验棒5安装接口,并且该接口可实现下端检验棒5可沿圆周转动,达到其标定的基本要求。下端检验棒5下方为圆—方结构形式,此结构可以实现其进行坐标标定的功能。特殊标定检具的各尺寸在加工装配后在三坐标测量机上进行尺寸的测量,在标定的过程中按检测的尺寸进行坐标偏置换算;
将标定检具安装在机床滑枕下方的过程中,需要借助千分表对检具在工作台中心位置进行检测以及E面与机床X轴的平行度,上安装座4下端具有和下端检验棒5安装接口通过顶丝进行固定,该接口可实现下端检验棒5可沿圆周转动,便于调整同心度及各面对机床X轴的平行度及垂直度等精度,检测精度后将顶丝锁死,同时测量特殊标定检具与工作台之间的距离K,可采用塞量块等方式进行测量,将此距离K进行坐标换算,即算出特殊标定检具下端面在工作台端面的坐标参考零点;
在利用标定检具对刀具测量系统及工件测量系统进行坐标位置标定过程中,利用标定检具下方的方型结构的直面及底面对刀具测量探头的(X+、X-、Z-)三个方向的坐标进行标定,标定基准为工作台的上端面及工作台的回转轴线,获得刀具测量探头的三个相对坐标值。采用同样方法对工件测量系统的标定块的(X+、X-、Z-)三个方向的坐标进行标定,标定基准为工作台的上端面及工作台的回转轴线,获得工件测量系统标定块的三个相对坐标值,标定出机床滑枕在Z轴参考点时滑枕下端面距工作台上端面的坐标值,该坐标值即为刀具或测头的安装零点,只需将其长度输入到数控系统的刀具列表中,数控系统可根据标定程序进行刀具或者测头的自动测量和加工。
具体实施方式六:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式是对具体实施方式一中的步骤3进行进一步限定,所述步骤3中对机床刀具测量系统进行位置标定时需利用刀具测头标定块7,刀具测头标定块7安装在机床右侧横梁下方,利用标定检具与刀具测头标定块7对机床刀具测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面H、第一测量面F和第三测量面G分别与刀具测头标定块7在X+、Z-、X-方向所对应面进行接触,接触过程中用手轮缓慢调整,在测头信号触发后停止机床轴的运动,并记录相应的坐标值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出刀具测头标定块7与机床工作台零点之间的位置关系。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:结合说明书附图1至附图14说明,本实施方式是对具体实施方式一中的步骤3进行进一步限定,所述步骤3中对机床工件测量系统进行位置标定时需利用工件测头标定块6,工件测头标定块6安装在机床左侧横梁下方,利用标定检具与工件测头标定块6对机床工件测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面H、第一测量面F和第三测量面G分别与工件测头标定块6在(X+、Z-、X-)方向所对应面并通过量块进行测量滑枕中心与标定块各面的间隙值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出工件测头标定块6与机床工作台零点之间的位置关系。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
结合具体实施方式六和具体实施方式七说明,工件测量测头标定块6的侧面为刚性,需要借助量块进行滑枕中心与标定块各面的间隙值,并进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出工件测量测头标定块与机床工作台零点之间的位置关系;
机床的工件测头8一般安装在刀库中,可由程序控制实现滑枕自动在刀库中进行抓取,初次使用工件测头时,同样需要将滑枕中心运动到工作台中心的X0坐标,然后利用千分表进行检验,千分表底部的磁力座吸附在工作台上,指针指向工件测头底部的宝石头外圆,回转工作台,检验工件测头的宝石头外圆与工作台回转轴线的同心度,测头结构中也可以微调其在X、Y平面的位置,满足同心要求。工件测量的测头每次使用时,需按照图10所示方式进行测头与工件测头标定块6的标定,完成测头在机床坐标系位置的标定,这样做是为了消除由于测头与机床滑枕重复安装的定位误差引起的精度变化,故每次都需要重新标定。标定后即可对工件进行测量,同样地工件在上机床后也应有大致的尺寸,如高度及直径,测头可根据坐标位置换算进行工件尺寸测量;
在利用下端检验棒5和量块对测头标定块6进行标定时,首先选择标准尺寸的高精度量块,使量块的一面紧贴6的待测量面,然后通过慢移动机床X轴,使下端检验棒5缓慢向量块的外侧面靠近,靠近过程中用手不断轻轻推动量块滑动,使滑块沿6测量面能够微动,直至量块不能推动为止,此时按尺寸链上的尺寸进行换算,将刀具安装中心偏置到待测量表面,并将坐标进行记录;
车刀每次更换后也同样需要进行测量对刀,此步骤与上述工件测头8的测量方式相同,根据车刀刀型的不同,普遍使用的外圆车刀和内孔车刀的测量方式如图12和图13所示,值得注意的是内孔加工刀具与外圆加工刀具标定方向相反。
本发明已以较佳实施案例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例,但是凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明技术方案范围。
Claims (7)
1.一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度,并在保证二者之间的同轴度满足调试要求,记录测量数值,作为后续机床标定的X轴参考零点位置;
步骤2:在机床对工作台端面及径向进行自车削加工基础上,将标定检具安装在滑枕下端,并且以工作台上端面作为Z向坐标标定零点,以工作台回转轴线作为X向坐标标定零点,对标定检具在机床现有的坐标系下进行中心及底部的坐标位置标定;
步骤3:利用步骤2中安装后的标定检具对机床刀具测量系统及机床工件测量系统进行坐标位置标定,并记录标定数据;
步骤4:完成上述标定过程后,控制机床Z轴回到参考点,数控系统显示的机床Z向坐标值加上标定检具自滑枕下端面值底端一段的长度值即为机床滑枕下端面至工作台上端面的距离,此时机床Z向坐标为刀具安装的Z向零点坐标,滑枕下方再更换为工件测头或车削刀具时,只需将其长度输入到数控系统的刀具列表中,数控系统可根据标定程序进行刀具或者测头的自动测量和加工。
2.根据权利要求1所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述步骤1中测量机床滑枕中心安装刀具的定位中心孔的轴线与工作台回转的中心线二者之间的同轴度是依靠千分表(2)实现的,首先将千分表(2)的磁力表座吸附在机床工作台(3)上,待千分表(2)固定完毕后,将千分表(2)的指针指向滑枕(1)低端中心的内孔壁上,并对千分表(2)进行调零,待千分表(2)指针调零后缓慢回转工作台(3),读取千分表(2)的示数,并不断调整机床X方向的坐标位置及Y方向的坐标位置,使表针的读数在X轴方向的两侧表针示数不变,在Y方向的两侧表针示数≤0.01mm,此时将机床滑枕的水平坐标进行记录,此坐标为后续机床标定的X轴参考零点位置。
3.根据权利要求2所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述步骤2中的标定检具由安装座(4)和下端检验棒(5)两部分组成,所述安装座(4)的顶端与滑枕(1)底部中心处的定位中心孔对应配合设置,安装座(4)插设在滑枕1底部的定位中心孔并与滑枕(1)拆卸连接,所述下端检验棒(5)的顶端插设在安装座(4)的底端,且安装座(4)的轴线、下端检验棒(5)的轴线和滑枕1的轴线三者共线设置,下端检验棒(5)与安装座(4)拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述安装座(4)的底端中心处加工有连接孔,连接孔的内壁上沿周向等距有两个顶丝螺纹孔,每个顶丝螺纹孔中插设有一个顶丝,且每个顶丝与安装座(4)螺纹连接,所述下端检验棒(5)的顶端设有连接柱,且连接柱与安装座(4)底端的连接孔配合设置,下端检验棒(5)顶端的连接柱插设在安装座(4)底端的连接孔中,且安装座(4)通过两个顶丝实现与下端检验棒(5)拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述下端检验棒(5)底端的中心处设有测量柱,且测量柱底端为第一测量面(F),测量柱的前侧为第二测量面(E),测量柱的左侧为第三测量面(G),测量柱的右侧为第四测量面(H)。
6.根据权利要求5所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述步骤3中对机床刀具测量系统进行位置标定时需利用刀具测头标定块(7),刀具测头标定块(7)安装在机床右侧横梁下方,利用标定检具与刀具测头标定块(7)对机床刀具测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面(H)、第一测量面(F)和第三测量面(G)分别与刀具测头标定块(7)在(X+、Z-、X-)方向所对应面进行接触,接触过程中用手轮缓慢调整,在测头信号触发后停止机床轴的运动,并记录相应的坐标值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出刀具测头标定块(7)与机床工作台零点之间的位置关系。
7.根据权利要求6所述的一种智能立式车削加工机床在线测量系统调试方法,其特征在于:所述步骤3中对机床工件测量系统进行位置标定时需利用工件测头标定块(6),工件测头标定块(6)安装在机床左侧横梁下方,利用标定检具与工件测头标定块(6)对机床工件测量系统进行位置标定过程如下:手动开动机床使得标定检具底端的测量柱中的第四测量面(H)、第一测量面(F)和第三测量面(G)分别与工件测头标定块(6)在(X+、Z-、X-)方向所对应面并通过量块进行测量滑枕中心与标定块各面的间隙值,同时按照标定检具下端方头的X1、X2尺寸,进行坐标换算,即采用滑枕中心位置进行坐标标定,可得出工件测头标定块(6)与机床工作台零点之间的位置关系。
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