CN117900910A - 一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法，涉及机床主轴头角度测量的技术领域，测量装置包括安装在机床本体的主轴头上的基准方形件、夹持部；安装在机床本体上的升降机构、设在升降机构上的二级检测机构；二级检测机构包括二级承接框、球形万向节、转动球体，转动球体的顶部设有圆杆；圆杆顶部设有可转动的承接环，承接环的顶部设有套接头，套接头内底面截面积与基准方形件的表面积一致，套接头的截面积自下而上逐渐扩大；圆杆自下而上依次设有第一滑动块、第二滑动块，固定环；二级承接框上设置有与第一滑动块配合的第一向检测件、与第二滑动块配合的第二向检测件。本申请具有提升工作人员对主轴头姿态角测量时效率的效果。

Description

一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及主轴头姿态角测量的技术领域，尤其是涉及一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法。

背景技术

目前，五轴机床是指在一台机床上至少有五个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），而且可在计算机数控 (CNC) 系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴联动数控机床具备较大的刚性需求，尤其在航天军工等领域。由于五轴联动机床机械结构复杂，存在大量加工、装配误差，因此，对于五轴联动机床，需要通过精确测量主轴头的姿态角等信息，对机床结构误差加以标定和补偿，以达到高精度加工的要求。

公开号为CN106392773A的中国发明专利，公开了一种五轴联动机床主轴头姿态角的测量装置及测量方法，包括：安装在五轴联动机床的主轴头上的基准装置和安装在五轴联动机床的工作台上的检测装置；基准装置包括基准平面和垂直于基准平面设置的夹持部，夹持部插置在五轴联动机床的主轴头的刀柄中；检测装置包括紧固连接在五轴联动机床的工作台上的基板，在基板上紧固连接垂直于基板的固定部，固定部与垂直于基板设置的长度计紧固连接。

检测装置在检测过程中，工作人员需要对基板进行调整，使得基本边缘与机床的X轴、Y轴平行，而后再通过长度计对基准平面进行测量，整个测量过程中步骤较为复杂，因此工作人员对主轴头姿态角测量时的效率较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，提升工作人员对主轴头姿态角测量时的效率。

本发明的第二个目的在于提出一种五轴联动机床主轴头姿态角测量方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，装置包括安装在机床本体的主轴头上的基准方形件，所述基准方形件上设置有夹持部，所述夹持部插置在所述五轴联动机床的所述主轴头的刀柄中；还包括安装在机床本体上的升降机构、设置在升降机构上的二级检测机构；所述二级检测机构包括安装在升降机构上的二级承接框，所述二级承接框的内部固接有球形万向节，所述球形万向节的内部转动安装有转动球体，所述转动球体的顶部固接有圆杆；所述圆杆的顶部安装有可相对圆杆水平转动的承接环，所述承接环的顶部安装有压力传感器，所述压力传感器的顶部安装有套接头，所述套接头的底部为方形体，其中套接头内底面的水平截面积与基准方形件底部表面积一致，所述套接头的顶部成型为正圆的环状体，所述套接头的截面积自下而上逐渐扩大；所述圆杆自下而上依次固接有第一滑动块、第二滑动块，固定环；所述二级承接框相对的两个侧壁上设置有与第一滑动块配合的第一向检测件，另外两个相对的侧壁上设置有与第二滑动块配合的第二向检测件；所述第一向检测件包括安装在二级承接框其中一个侧壁上的第一电机，所述第一电机的输出轴穿设在二级承接框的两个侧壁上，所述第一电机输出端的端部设置有位于二级承接框外侧的第一滚轮，所述第一电机的输出轴上成型有第一弧形件；所述第一弧形件上开设有沿其长度方向延伸的第一滑动口，所述第一滑动块可沿第一滑动口滑动；所述第二向检测件包括安装在二级承接框另一个侧壁上的第二电机，所述第二电机的转动轴线与第一电机的转动轴线垂直，所述第二电机的输出轴的端部设置位于二级承接框外侧的第二滚轮，所述第二电机的输出端安装有第二弧形件，所述第二弧形件位于第一弧形件的外部；所述第二弧形件上开设有沿其长度方向延伸的第二滑动口，所述第二滑动块可沿第二滑动口滑动；所述第一弧形件和第二弧形件均与转动球体同球心；所述二级承接框的外侧壁上设置有与第一滚轮配合的第一传感器；所述二级承接框的外侧壁上设置有与第二滚轮配合的第二传感器。

通过采用上述技术方案，当需要对刀柄相对机床本体工作台面的位置进行检测时，通过升降机构带动二级检测机构上移，便可使套接头顶部的环状体环绕在基准方形件的外侧，由于套接头的内底面与基准方形件相匹配，套接头在上移的过程中在纵向平面内可能会进行转动，此时第一向检测件和第二向检测件便可对套接头转动的角度进行检测，并将其与基准方形件初始的角度进行对比，得到此时基准方形件的具体角度。

在实施例中，所述固定环上安装有检测承接环转动路径的角度检测件；所述圆杆上套设有位于固定环和承接环之间的第一扭簧，所述第一扭簧的顶部安装在承接环的底部，所述第一扭簧的底部安装在固定环；所述固定环的外弧面上设置有水平设置的延伸框，所述延伸框内固定安装有导向杆，所述导向杆的轴线与圆杆的轴线垂直，所述导向杆上滑动套设有推动块，所述推动块背离圆杆的一侧设置有套设在导向杆上的第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别与推动块和延伸框内壁抵接；所述推动块上顶面安装有顶部滚轮，所述顶部滚轮的轴线与承接环的轴线垂直，且所述顶部滚轮的测量部与承接环的外弧面接触，所述推动块的底部设置有与顶部滚轮连接的顶部传感器。

在实施例中，所述固定环上设置有调节件，所述固定环上开设有弧形开孔，所述弧形开孔与固定环同轴设置，所述调节件包括固定连接在承接环底部的连接竖杆，所述连接竖杆穿设在弧形开孔内，所述圆杆上转动套设有推动板，所述连接竖杆与推动板的侧壁抵接，所述推动板背离圆杆的一端通过螺栓安装在固定环上。

在实施例中，所述二级承接框的外侧设置有两个压紧件，所述压紧件分别与第一传感器和第二传感器配合；所述压紧件包括安装在二级承接框外侧的转动板，所述二级承接框上设置有安装钩，所述安装钩位于转动板背离对应的第二滚轮的一侧，所述转动板的底端与安装钩之间设置有第三弹簧。

在实施例中，所述机床本体内部设置有固定板，升降机构包括安装在固定底部的底部电机，所述底部电机的输出端安装第一锥齿轮，所述固定板的底部转动安装有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述第二锥齿轮上螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆穿设在固定板上；所述螺纹杆的顶部安装有可沿机床本体滑动的升降板。

在实施例中，所述升降机构上设置有一级检测机构，所述二级检测机构安装在一级检测机构上，所述一级检测机构包括安装在升降机构上的一级承接框，所述一级承接框的内部设置有滑动座，所述滑动座与一级承接框的侧壁均为间隔设置，所述滑动座与一级承接框固接；所述滑动座的侧壁上水平开设有第一贯通孔，所述滑动座上水平开设有第二贯通孔，所述第二贯通孔低于第一贯通孔，且所述第二贯通孔与第一贯通孔的延伸方向垂直；所述一级承接框内侧壁上设置有水平延伸的横杆，横杆设置四个，其中两个横杆穿设在第一贯通孔内，另两个横杆穿设在第二贯通孔内，所述横杆的两端均套设有位于滑动座外侧的滑动环，所述滑动环背离滑动座的一侧均设置有第二弹簧；所述一级承接框相邻的两个外侧壁上分别安装有两个水平设置的位移传感器，两个所述位移传感器的轴线垂直，所述位移传感器的输出端穿设在一级承接框上，且自由端处于滑动座的外侧壁抵接。

在实施例中，所述滑动座上对应滑动环处成型有阶梯槽，所述滑动环位于阶梯槽内。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种五轴联动机床主轴头姿态角测量方法，该方法包括：将基准方形件安装在五轴联动机床的主轴头上，并将夹持部插置在主轴头的刀柄中。

S1.启动升降机构，使二级检测机构上升与基准方形件接触。

S2.当二级检测机构的承接环与基准方形件接触时，压力传感器感受到接触力并将其转换为电信号输出。

S3.根据压力传感器的输出信号，判断承接环是否与基准方形件抵接。

S4.通过第一向检测件和第二向检测件分别检测转动球体的水平和垂直方向上的位移。

S5.根据第一向检测件和第二向检测件的输出信号，计算得到转动球体在水平和垂直方向上的位移误差。

S6.通过位移传感器检测滑动座在水平方向上的位移，并根据其输出信号计算得到滑动座的位移误差。

S7.根据套接头底部的水平截面积与基准方形件底部表面积之间的误差值、转动球体在水平和垂直方向上的位移误差以及滑动座的位移误差，综合计算出五轴联动机床主轴头的姿态角误差。

S8.根据计算出的姿态角误差，对五轴联动机床进行相应的调整，以实现对工件的精确定位和加工。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的五轴联动机床主轴头姿态角测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例用于表示一级检测机构与二级检测机构相对位置的结构示意图。

图3是本发明实施例用于表示二级检测机构的结构示意图。

图4是本发明实施例用于表示二级检测机构的爆炸示意图。

图5是本发明实施例用于表示调节件的爆炸示意图。

附图标记说明：

10、机床本体；11、主轴头；12、基准方形件；13、夹持部；20、升降机构；21、固定板；22、底部电机；23、第一锥齿轮；24、第二锥齿轮；25、螺纹杆；26、升降板；30、一级检测机构；31、一级承接框；32、滑动座；321、第一贯通孔；322、第二贯通孔；323、阶梯槽；33、横杆；34、滑动环；35、第二弹簧；36、位移传感器；40、二级检测机构；41、二级承接框；42、球形万向节；421、转动球体；43、圆杆；431、第一滑动块；432、第二滑动块；433、固定环；434、承接环；435、压力传感器；44、套接头；45、第一向检测件；451、第一电机；452、第一弧形件；453、第一滑动口；454、第一滚轮；455、第一传感器；46、第二向检测件；461、第二电机；462、第二弧形件；463、第二滑动口；464、第二滚轮；465、第二传感器；47、角度检测件；471、第一扭簧；472、延伸框；473、导向杆；474、推动块；475、第一弹簧；476、顶部滚轮；477、顶部传感器；48、调节件；481、连接竖杆；482、弧形开孔；483、推动板；484、螺栓；49、压紧件；491、转动板；492、安装钩；493、第三弹簧。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置。参照图1-5，五轴联动机床主轴头姿态角测量装置包括：机床本体10、安装在机床本体10的主轴头11上的基准方形件12，基准方形件12上设置有夹持部13，夹持部13插置在机床本体10的主轴头11的刀柄中。

还包括安装在机床本体10上的升降机构20、设置在升降机构20上的一级检测机构30、设置在一级检测机构30上的二级检测机构40。

其中二级检测机构40包括二级承接框41，二级承接框41的内部固接有球形万向节42，球形万向节42的内部转动安装有转动球体421，转动球体421的顶部固接有圆杆43。

圆杆43的顶部安装有可相对圆杆43进行水平转动的承接环434，承接环434的顶部安装有压力传感器435，压力传感器435的顶部安装有套接头44，套接头44的底部为方形体，其中套接头44内底面的水平截面积与基准方形件12底部表面积一致，套接头44的顶部成型为正圆的环状体，套接头44的截面积自下而上逐渐扩大。

圆杆43自下而上依次固接有第一滑动块431、第二滑动块432，固定环433；二级承接框41相对的两个侧壁上设置有与第一滑动块431配合的第一向检测件45，另外两个相对的侧壁上设置有与第二滑动块432配合的第二向检测件46。

当需要对刀柄相对机床本体10工作台面的位置进行检测时，通过升降机构20带动二级检测机构40上移，便可使套接头44顶部的环状体环绕在基准方形件12的外侧，由于套接头44的内底面与基准方形件12相匹配，套接头44在上移的过程中在纵向平面内可能会进行转动，此时第一向检测件45和第二向检测件46便可对套接头44转动的角度进行检测，并将其与基准方形件12初始的角度进行对比，得到此时基准方形件12的具体角度。

第一向检测件45包括安装在二级承接框41其中一个侧壁上的第一电机451，第一电机451的输出轴穿设在二级承接框41的两个侧壁上，第一电机451输出端的端部设置有位于二级承接框41外侧的第一滚轮454，第一电机451的输出轴上成型有第一弧形件452；第一弧形件452上开设有沿其长度方向延伸的第一滑动口453，第一滑动块431可沿第一滑动口453滑动。

第二向检测件46包括安装在二级承接框41另一个侧壁上的第二电机461，第二电机461的转动轴线与第一电机451的转动轴线垂直，第二电机461的输出轴的端部设置位于二级承接框41外侧的第二滚轮464，第二电机461的输出端安装有第二弧形件462，第二弧形件462位于第一弧形件452的外部；第二弧形件462上开设有沿其长度方向延伸的第二滑动口463，第二滑动块432可沿第二滑动口463滑动；第一弧形件452和第二弧形件462均与转动球体421同球心。

二级承接框41的外侧壁上设置有与第一滚轮454配合的第一传感器455；二级承接框41的外侧壁上设置有与第二滚轮464配合的第二传感器465。

具体在检测时，当套接头44上移与基准方形件12配合贴近时，此时套接头44带动圆杆43进行移动，而圆杆43上的第一滑动块431沿第一滑动口453进行滑动，圆杆43上的第二滑动块432沿第二滑动口463进行滑动，因此第一电机451输出轴配合的第一滚轮454进行转动，并且第一传感器455检测出第一滚轮454的转动角度；第二电机461输出轴配合的第二滚轮464进行转动，并且第二传感器465检测出第二滚轮464的转动角度。

其中，第一传感器455和第二传感器465可以为角度传感器，以第一传感器455为例进行说明：

当套接头44沿第二弧形件462进行滑动时，此时第二弧形件462沿第一电机451输出轴进行转动，第二弧形件462带动第一滚轮454进行转动，此时第一传感器455测得第一滚轮454的转动角度。

在本发明的一些实施例中，固定环433上安装有检测承接环434转动路径的角度检测件47；圆杆43上套设有位于固定环433和承接环434之间的第一扭簧471，第一扭簧471的顶部安装在承接环434的底部，第一扭簧471的底部安装在固定环433；固定环433的外弧面上设置有水平设置的延伸框472，延伸框472内固定安装有导向杆473，导向杆473的轴线与圆杆43的轴线垂直，导向杆473上滑动套设有推动块474，推动块474背离圆杆43的一侧设置有套设在导向杆473上的第一弹簧475，第一弹簧475的两端分别与推动块474和延伸框472内壁抵接。

推动块474上顶面安装有顶部滚轮476，顶部滚轮476的轴线与承接环434的轴线垂直，且顶部滚轮476的测量部与承接环434的外弧面接触，推动块474的底部设置有与顶部滚轮476连接的顶部传感器477。

通过升降机构20带动二级检测机构40上移，便可使套接头44顶部的环状体环绕在基准方形件12的外侧，由于套接头44的内底面与基准方形件12相匹配，套接头44在上移的过程中也可能发生水平方向的转动，具体的，当套接头44在进行水平转动时，同步带动承接环434进行转动，而承接环434则带动顶部滚轮476进行转动，此时顶部传感器477则检测到顶部滚轮476转动的角度，进而得到承接环434以及套接头44转动的角度，最终得到基准方形件12相对预设位置之间存在的角度差。

并且当套接头44与基准方形件12分离后，套接头44便受到第一扭簧471的压力，使得套接头44回复至初始位置，方便进行下一次检测。

当承接环434受力发生转动时，此时顶部滚轮476同步发生转动，由于顶部传感器477检测到顶部滚轮476的转动角度，此时可通过圆的周长公式C=2πr来计算承接环434的转动角度。具体的，首先通过顶部滚轮476的转动角度以及顶部滚轮476的半径计算得出顶部滚轮476的转动周长，该顶部滚轮476的转动周长即为承接环434的转动轴承，其次通过承接环434的转动轴承与承接环434的半径即可得出承接环434的转动角度。

在本发明的一些实施例中，固定环433上设置有调节件48，固定环433上开设有弧形开孔482，弧形开孔482与固定环433同轴设置，调节件48包括固定连接在承接环434底部的连接竖杆481，连接竖杆481穿设在弧形开孔482内，圆杆43上转动套设有推动板483，连接竖杆481与推动板483的侧壁抵接，推动板483背离圆杆43的一端通过螺栓484安装在固定环433上。

由于第一扭簧471使用一段时间后，可能会存在疲劳现象，为了提高使用效果，设置有调节件48，可对第一扭簧471的松紧状态进行调整。具体的，当需要第一扭簧471的松紧程度进行调整时，可将螺栓484进行取下，而后对推动板483进行局部转动，使得第一扭簧471顶部的承接环434相对固定环433进行转动，最后将螺栓484旋入至固定环433底部即可。

在本发明的一些实施例中，二级承接框41的外侧设置有两个压紧件49，压紧件49分别与第一传感器455和第二传感器465配合。

压紧件49包括安装在二级承接框41外侧的转动板491，二级承接框41上设置有安装钩492，安装钩492位于转动板491背离对应的第二滚轮464的一侧，转动板491的底端与安装钩492之间设置有第三弹簧493。

通过设置两个压紧件49，使得第一传感器455和第二传感器465分别与对应的第一滚轮454和第二滚轮464接触良好。这样可以确保传感器能够准确地检测到滚轮的位置和运动状态，从而提高了整个系统的稳定性和可靠性。同时，由于压紧件49包括转动板491和第三弹簧493，当滚轮与传感器接触时，转动板491可以发生一定的转动，从而减小了摩擦力，降低了磨损，延长了设备的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，机床本体10内部设置有固定板21，升降机构20包括安装在固定底部的底部电机22，底部电机22的输出端安装第一锥齿轮23，固定板21的底部转动安装有与第一锥齿轮23啮合的第二锥齿轮24，第二锥齿轮24上螺纹连接有螺纹杆25，螺纹杆25穿设在固定板21上；螺纹杆25的顶部安装有可沿机床本体10滑动的升降板26。

通过底部电机22驱动第一锥齿轮23旋转，进而带动第二锥齿轮24转动。由于第二锥齿轮24与螺纹杆25螺纹连接，所以当第二锥齿轮24转动时，螺纹杆25会上下移动。螺纹杆25的顶部安装有升降板26，因此螺纹杆25的上下移动会使升降板26沿机床本体10滑动。这样，就可以实现机床本体10内部的升降运动，方便对工件进行加工和调整。

升降机构20上设置有一级检测机构30，二级检测机构40安装在一级检测机构30上，一级检测机构30包括安装在升降机构20上的一级承接框31，一级承接框31的内部设置有滑动座32，滑动座32与一级承接框31的侧壁均为间隔设置，滑动座32与一级承接框31固接。

滑动座32的侧壁上水平开设有第一贯通孔321，滑动座32上水平开设有第二贯通孔322，第二贯通孔322低于第一贯通孔321，且第二贯通孔322与第一贯通孔321的延伸方向垂直。

一级承接框31内侧壁上设置有水平延伸的横杆33，横杆33设置四个，其中两个横杆33穿设在第一贯通孔321内，另两个横杆33穿设在第二贯通孔322内，横杆33的两端均套设有位于滑动座32外侧的滑动环34，滑动环34背离滑动座32的一侧均设置有第二弹簧35。

一级承接框31相邻的两个外侧壁上分别安装有两个水平设置的位移传感器36，两个位移传感器36的轴线垂直，位移传感器36的输出端穿设在一级承接框31上，且自由端处于滑动座32的外侧壁抵接。

通过设置一级检测机构30和二级检测机构40，可以实现对基准方形件12的位置和角度进行检测。具体来说，滑动座32与一级承接框31的侧壁间隔设置，可以使得滑动座32在升降机构20运动过程中具有一定的自由度，给滑动座32平移留下一定的空间，而且通过设置位移传感器36，可以检测到滑动座32相对一级承接框31的位置，得到基准方形件12的位置。位移传感器36的使用，可以实时监测滑动座32的位置变化，从而为升降机构20的控制提供了重要的反馈信息。可以提高升降机构20的运动控制精度和稳定性，降低故障率，提高设备的可靠性和使用寿命。

滑动座32上对应滑动环34处成型有阶梯槽323，滑动环34位于阶梯槽323内。其中阶梯槽323的设置可以起到对滑动环34进行定位的作用，提高滑动环34相对定位座的位置的稳定性。

一种五轴联动机床主轴头11姿态角测量方法，将基准方形件12安装在五轴联动机床的主轴头11上，并将夹持部13插置在主轴头11的刀柄中。

S1.启动升降机构20，使二级检测机构40上升与基准方形件12接触。

S2.当二级检测机构40的承接环434与基准方形件12接触时，压力传感器435感受到接触力并将其转换为电信号输出。

S3.根据压力传感器435的输出信号，判断承接环434是否与基准方形件12抵接。

S4.通过第一向检测件45和第二向检测件46分别检测转动球体421的水平和垂直方向上的位移。

S5.根据第一向检测件45和第二向检测件46的输出信号，计算得到转动球体421在水平和垂直方向上的位移误差。

S6.通过位移传感器36检测滑动座32在水平方向上的位移，并根据其输出信号计算得到滑动座32的位移误差。

S7.根据套接头44底部的水平截面积与基准方形件12底部表面积之间的误差值、转动球体421在水平和垂直方向上的位移误差以及滑动座32的位移误差，综合计算出五轴联动机床主轴头11的姿态角误差。

S8.根据计算出的姿态角误差，对五轴联动机床进行相应的调整，以实现对工件的精确定位和加工。

一种五轴联动机床主轴头11姿态角测量方法的效果：非接触式五轴联动机床主轴头11姿态角检测方法，相较于传统的接触式测量方法，具有以下优点：由于采用了非接触式测量，不会对主轴头11和基准方形件12产生磨损，从而提高了测量精度和装置的使用寿命。通过综合计算套接头44底部的水平截面积与基准方形件12底部表面积之间的误差值、转动球体421在水平和垂直方向上的位移误差以及滑动座32的位移误差，可以得到更准确的五轴联动机床主轴头11的姿态角误差，从而提高了工件的加工精度。此外，该方法还具有较高的实时性和稳定性，保证加工过程的稳定性和可靠性。该方法的实施不会增加机床的复杂性，相反，由于联动轴数越少，机床结构越简单，因此，这种方法的实施将有助于提高机床的运行效率和维护便利性。

此外，本发明不限于上述的实施例，还包含各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解本发明而进行了详细说明的实施例，不限定一定要具备所说明的全部构成。另外，可以将某一实施例的结构的一部分替换成其它实施例的结构，另外，也可以在某一实施例的结构中加上其它实施例的结构。另外，对各实施例的结构的一部分，可以进行其它结构的增加、删除、替换。

Claims (8)

1.一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，包括安装在机床本体(10)的主轴头(11)上的基准方形件(12)，所述基准方形件(12)上设置有夹持部(13)，所述夹持部(13)插置在所述五轴联动机床的所述主轴头(11)的刀柄中；

其特征在于：还包括安装在机床本体(10)上的升降机构(20)、设置在升降机构(20)上的二级检测机构(40)；

所述二级检测机构(40)包括安装在升降机构(20)上的二级承接框(41)，所述二级承接框(41)的内部固接有球形万向节(42)，所述球形万向节(42)的内部转动安装有转动球体(421)，所述转动球体(421)的顶部固接有圆杆(43)；

所述圆杆(43)的顶部安装有可相对圆杆(43)水平转动的承接环(434)，所述承接环(434)的顶部安装有压力传感器(435)，所述压力传感器(435)的顶部安装有套接头(44)，所述套接头(44)的底部为方形体，其中套接头(44)内底面的水平截面积与基准方形件(12)底部表面积一致，所述套接头(44)的顶部成型为正圆的环状体，所述套接头(44)的截面积自下而上逐渐扩大；

所述圆杆(43)自下而上依次固接有第一滑动块(431)、第二滑动块(432)，固定环(433)；所述二级承接框(41)相对的两个侧壁上设置有与第一滑动块(431)配合的第一向检测件(45)，另外两个相对的侧壁上设置有与第二滑动块(432)配合的第二向检测件(46)；

所述第一向检测件(45)包括安装在二级承接框(41)其中一个侧壁上的第一电机(451)，所述第一电机(451)的输出轴穿设在二级承接框(41)的两个侧壁上，所述第一电机(451)输出端的端部设置有位于二级承接框(41)外侧的第一滚轮(454)，所述第一电机(451)的输出轴上成型有第一弧形件(452)；所述第一弧形件(452)上开设有沿其长度方向延伸的第一滑动口(453)，所述第一滑动块(431)可沿第一滑动口(453)滑动；

所述第二向检测件(46)包括安装在二级承接框(41)另一个侧壁上的第二电机(461)，所述第二电机(461)的转动轴线与第一电机(451)的转动轴线垂直，所述第二电机(461)的输出轴的端部设置位于二级承接框(41)外侧的第二滚轮(464)，所述第二电机(461)的输出端安装有第二弧形件(462)，所述第二弧形件(462)位于第一弧形件(452)的外部；所述第二弧形件(462)上开设有沿其长度方向延伸的第二滑动口(463)，所述第二滑动块(432)可沿第二滑动口(463)滑动；所述第一弧形件(452)和第二弧形件(462)均与转动球体(421)同球心；

所述二级承接框(41)的外侧壁上设置有与第一滚轮(454)配合的第一传感器(455)；所述二级承接框(41)的外侧壁上设置有与第二滚轮(464)配合的第二传感器(465)。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述固定环(433)上安装有检测承接环(434)转动路径的角度检测件(47)；所述圆杆(43)上套设有位于固定环(433)和承接环(434)之间的第一扭簧(471)，所述第一扭簧(471)的顶部安装在承接环(434)的底部，所述第一扭簧(471)的底部安装在固定环(433)；所述固定环(433)的外弧面上设置有水平设置的延伸框(472)，所述延伸框(472)内固定安装有导向杆(473)，所述导向杆(473)的轴线与圆杆(43)的轴线垂直，所述导向杆(473)上滑动套设有推动块(474)，所述推动块(474)背离圆杆(43)的一侧设置有套设在导向杆(473)上的第一弹簧(475)，所述第一弹簧(475)的两端分别与推动块(474)和延伸框(472)内壁抵接；

所述推动块(474)上顶面安装有顶部滚轮(476)，所述顶部滚轮(476)的轴线与承接环(434)的轴线垂直，且所述顶部滚轮(476)的测量部与承接环(434)的外弧面接触，所述推动块(474)的底部设置有与顶部滚轮(476)连接的顶部传感器(477)。

3.根据权利要求2所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述固定环(433)上设置有调节件(48)，所述固定环(433)上开设有弧形开孔(482)，所述弧形开孔(482)与固定环(433)同轴设置，所述调节件(48)包括固定连接在承接环(434)底部的连接竖杆(481)，所述连接竖杆(481)穿设在弧形开孔(482)内，所述圆杆(43)上转动套设有推动板(483)，所述连接竖杆(481)与推动板(483)的侧壁抵接，所述推动板(483)背离圆杆(43)的一端通过螺栓(484)安装在固定环(433)上。

4.根据权利要求1所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述二级承接框(41)的外侧设置有两个压紧件(49)，所述压紧件(49)分别与第一传感器(455)和第二传感器(465)配合；

所述压紧件(49)包括安装在二级承接框(41)外侧的转动板(491)，所述二级承接框(41)上设置有安装钩(492)，所述安装钩(492)位于转动板(491)背离对应的第二滚轮(464)的一侧，所述转动板(491)的底端与安装钩(492)之间设置有第三弹簧(493)。

5.根据权利要求1所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述机床本体(10)内部设置有固定板(21)，升降机构(20)包括安装在固定底部的底部电机(22)，所述底部电机(22)的输出端安装第一锥齿轮(23)，所述固定板(21)的底部转动安装有与第一锥齿轮(23)啮合的第二锥齿轮(24)，所述第二锥齿轮(24)上螺纹连接有螺纹杆(25)，所述螺纹杆(25)穿设在固定板(21)上；所述螺纹杆(25)的顶部安装有可沿机床本体(10)滑动的升降板(26)。

6.根据权利要求1所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述升降机构(20)上设置有一级检测机构(30)，所述二级检测机构(40)安装在一级检测机构(30)上，所述一级检测机构(30)包括安装在升降机构(20)上的一级承接框(31)，所述一级承接框(31)的内部设置有滑动座(32)，所述滑动座(32)与一级承接框(31)的侧壁均为间隔设置，所述滑动座(32)与一级承接框(31)固接；

所述滑动座(32)的侧壁上水平开设有第一贯通孔(321)，所述滑动座(32)上水平开设有第二贯通孔(322)，所述第二贯通孔(322)低于第一贯通孔(321)，且所述第二贯通孔(322)与第一贯通孔(321)的延伸方向垂直；

所述一级承接框(31)内侧壁上设置有水平延伸的横杆(33)，横杆(33)设置四个，其中两个横杆(33)穿设在第一贯通孔(321)内，另两个横杆(33)穿设在第二贯通孔(322)内，所述横杆(33)的两端均套设有位于滑动座(32)外侧的滑动环(34)，所述滑动环(34)背离滑动座(32)的一侧均设置有第二弹簧(35)；

所述一级承接框(31)相邻的两个外侧壁上分别安装有两个水平设置的位移传感器(36)，两个所述位移传感器(36)的轴线垂直，所述位移传感器(36)的输出端穿设在一级承接框(31)上，且自由端处于滑动座(32)的外侧壁抵接。

7.根据权利要求6所述的一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置，其特征在于：所述滑动座(32)上对应滑动环(34)处成型有阶梯槽(323)，所述滑动环(34)位于阶梯槽(323)内。

8.一种五轴联动机床主轴头姿态角测量方法，其特征在于：利用权利要求1-7中任一项所述的五轴联动机床主轴头姿态角测量装置进行测量；将基准方形件安装在五轴联动机床的主轴头上，并将夹持部插置在主轴头的刀柄中；

S1.启动升降机构，使二级检测机构上升与基准方形件接触；

S2.当二级检测机构的承接环与基准方形件接触时，压力传感器感受到接触力并将其转换为电信号输出；

S3.根据压力传感器的输出信号，判断承接环是否与基准方形件抵接；

S4.通过第一向检测件和第二向检测件分别检测转动球体的水平和垂直方向上的位移；

S5.根据第一向检测件和第二向检测件的输出信号，计算得到转动球体在水平和垂直方向上的位移误差；

S6.通过位移传感器检测滑动座在水平方向上的位移，并根据其输出信号计算得到滑动座的位移误差；

S7.根据套接头内底面的水平截面积与基准方形件底部表面积之间的误差值、转动球体在水平和垂直方向上的位移误差以及滑动座的位移误差，综合计算出五轴联动机床主轴头的姿态角误差；

S8.根据计算出的姿态角误差，对五轴联动机床进行相应的调整，以实现对工件的精确定位和加工。