CN209343185U - 一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及五轴机床几何误差检测领域，具体涉及一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，该检测装置主要由计算机、处理器、激光测量仪、直角反射镜、双晶平行反射镜盒、测量仪支架、副转台、组成。测量仪支架与主轴通过紧箍上的螺栓相连固定，两个相对的激光测量仪安装在加强筋板上并垂直向下发射激光，测量仪支架前装有位置可调的三个激光测量仪，光线垂直向下经过直角反射镜反射到多晶平行反射镜镜面上，多晶平行反射镜安装在副转台上。能够一次装卡安装实现对转台三项转角误差、径向误差和轴向跳动误差的多路激光检测。本实用新型结构科学合理，成本低经济性好，能够一次精确检测转台的全部6项几何误差，测量效率高，实用性强。

Description

一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置

技术领域

本实用新型涉及五轴机床几何误差检测领域，具体涉及一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置。

背景技术

五轴数控机床相较于传统的三轴数控机床，刀具加工的位置和姿态变换节奏快效率高，因此航空航天、汽车、船舶等领域涉及的复杂薄壁件多在五轴加工中心一次装卡加工，原因之一是避免薄壁件在三轴机床加工中重复安装操作带来的重复定位误差。我们知道，五轴数控机床丰富的运动姿态在提高了加工效率的同时也带来了不可避免的缺点，比如稳定性差，加工精度低。那么怎样在保证加工效率的同时提高五轴机床的加工精度呢。

研究表明，机床几何及热误差占机床总误差的比例约为65%，那么对五轴机床几何及运动误差进行软件补偿是大幅度提高五轴机床精度的有效办法，而进行机床误差补偿的前提是进行机床几何及运动误差的检测。因此，寻找一种便捷可靠的几何误差检测方法显得尤为重要。目前，五轴机床几何误差的检测设备及方法各式各样，有激光干涉仪、球杆仪、平面光栅、R-test等，对机床空间误差的检测方法有十四线法、十二线法、九线法等。我们发现，对机床平动轴误差的检测已趋于成熟且方法多样，例如中国专利CN105492860A公开了一种可检测直线轴21项几何误差的激光测量系统与方法；中国专利CN104390586A公开了一种机床单轴运动的几何误差的检测设备及其检测方法。而对于旋转轴误差的检测方法相对较少且需要更深入的研究。

国内外学者对五轴机床旋转轴几何误差的检测大多采用单路或双路激光，我们发现，这样的检测方法存在着一些不足，其中之一就是为了获得旋转轴的6项几何误差，包括三项直线误差和三项转角误差，需要进行多次安装来更改测量线路，使得测量周期长、效率低。本实用新型涉及的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置主要有以下创新点：

1、能够一次装卡安装实现对转台三项转角误差、径向误差和轴向跳动误差的多路激光检测，在能够一次精确检测转台的全部6项几何误差的同时提高了测量效率；

2、相较于目前市场上的机床误差检测设备高昂的设备费用，本实用新型涉及的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置成本低经济性好；

3、本实用新型涉及的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置能够检测多种五轴结构的五轴机床，实用性强。

发明内容

针对目前研究中转台几何误差的测量存在的安装调试复杂、光路改变频繁、辨识原理难懂等技术问题，为了寻找一种便捷、可靠、精准的旋转轴6项误差辨识方法，本实用新型提供了一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置。

一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其组成包括：计算机(6)、处理器(7)、激光测量仪(5)、直角反射镜(28)、双晶平行反射镜盒(35)、主轴支架(8)、测量仪吊架(12)、测量仪悬架(16)、反射镜垂架(26)、副转台(40)、固定底座(42)，其特征在于，所述固定底座(42)通过底座下的磁力底盘吸附在旋转工作台上，固定底座(42)的中心与转台中心重合，所述副转台(40)与固定底座(42)之间是转动副连接，副转台(40)可以绕固定底座(42)精确旋转，所述双晶平行反射镜盒(35)背靠在副转台(40)上，通过旋转螺钉可以进行位置调节，调节主轴支架(8)上的螺母将主轴支架(8)与主轴(3)固定相连，四根支柱连接着主轴支架(8)和测量仪吊架(12)，测量仪悬架(16)通过螺钉一(17)、螺钉二(18)、螺钉三(19)固定在测量仪吊架(12)的前侧，通过调整固定板后的三个螺钉位置可以使三个激光测量仪的激光束准确发射到三个直角反射镜(28)上。

所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于，所述双晶平行反射镜盒(35)前面有双晶平行反射镜三(37)、双晶平行反射镜四(38)、双晶平行反射镜五(39)成直角排列，双晶平行反射镜盒(35)上方有第一第二双晶平行反射镜(36)对齐排列，所述双晶平行反射镜盒(35)可以平行反射来自前方的三束激光和来之上方的两束激光，所述双晶平行反射镜盒(35)安装在副转台(40)上，其在空间中位置和转角的偏差就是旋转工作台的几何误差。

所述的主轴支架(8)由紧箍，调节螺栓(9)，和四个连接杆组成，四个连接杆均匀焊接在紧箍下方，控制调节螺栓(9)的松紧可以将主轴(3)和支架(10)连接。

所述的测量仪吊架(12)，由方形薄板，长方形加强筋板(13)，U型卡板(14)，四个紧定螺栓(15)组成，加强筋焊接在薄板中间，其上的四个紧定螺栓(15)可以调节两个U型卡板实现激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)的移动和固定。三个固定螺栓将直角薄板固定在方形薄板前侧，三个调节螺丝将直角薄板与激光测量仪三(32)、激光测量仪四(33)、激光测量仪五(34)相连，可以实现激光测量仪位置的调节。

所述的直角反射镜(28)和两根细长杆(27)，其特征在于，两根细长杆(27)装卡在直角薄板下方，竖直向下，两根细长杆(27)装卡位置在激光发射孔一(23)、激光发射孔二(24)、激光发射孔三(25)的前方，直角反射镜(28)与两根细长杆(27)之间属于铰链连接，反射镜可以旋转角度使发射的激光线水平照射的对应的双晶平行反射镜上。

本实用新型提出的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，该装置操作过程包括以下几个步骤：

步骤1.安装调节反射镜、测量仪及支架。步骤2.顺时针旋转工作台，记录数控指令下的理论旋转角度。步骤3.逆时针旋转副转台(40)，旋转角度为工作台旋转的理论角度。步骤4.对转回的副转台(40)上的多晶平行反射镜进行多路激光测量，得到分别绕X、Y和Z的三个转角误差。步骤5.通过测量单个反射镜的光程得到转台的径向误差和轴向跳动误差。

步骤1、安装调节反射镜、测量仪及支架，使得激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)、激光测量仪三(32)、激光测量仪四(33)、激光测量仪五(34)一次装卡在测量仪吊架(12)和测量仪悬架(16)上，激光束垂直向下发射，反射镜将竖直激光束水平反射到双晶反射镜上；

步骤2、顺时针旋转工作台，从零度开始旋转一周，在每个位置处停止运转并记录该位置处数控指令下的理论旋转角度；

步骤3、在每个位置处逆时针旋转副转台(40)，旋转角度为工作台旋转的理论角度，理想状态下，副转台(40)回到了起始位置且没有转角误差，而实际状态下由于旋转工作台台存在几何误差导致副转台(40)未能到达起始位置且存在转角误差；

步骤4、对转回的副转台(40)上的双晶平行反射镜盒(35)进行多路激光测量，通过测量得到的每个双晶反射镜之间的光程差代入到所建立的数学模型，得到分别绕X、Y和Z的三个转角误差。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的基于多路激光的五轴机床转台6项误差一次安装检测设备的结构示意图；

图2是本实用新型的转台误差一次安装检测设备中的主轴支架结构示意图；

图3是本实用新型的转台误差一次安装检测设备中的检测吊架结构示意图；

图4是本实用新型的转台误差一次安装检测设备中的检测悬架结构示意图；

图5是本实用新型的转台误差一次安装检测设备中的检测垂架及直角反射镜结构示意图；

图6是本实用新型的激光测量仪安装布置检测示意图；

图7是本实用新型的副转台及固定底座结构示意图；

图8是本实用新型的多路激光检测原理图。

具体实施方式

本实用新型提供的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置适用于多种五轴机床旋转台，包括AC摆五轴机床和BC摆五轴机床，下面针对AC摆五轴机床进行实例分析。

如图1所示，所述的检测设备及系统主要由摆台(1)、旋转工作台(2)、主轴(3)、多路激光检测设备(4)、五个激光测量仪、处理器(7)、计算机(6)组成，多路激光检测设备(4)上方安装在主轴(3)上，激光检测设备中的副转台(40)安装在旋转工作台(2)上，副转台(40)的中心与旋转工作台中心重合，数据线(5)连接着五个激光测量仪和处理器(7)，经过处理器处理后的测量数据传输到计算机(6)上，经过所建立的数学模型计算得到旋转工作台的6项几何误差。

如图2所示，所述激光检测设备中的主轴支架(8)主要由四根连接杆、紧箍、调节螺栓(9)组成，四根连接杆均匀焊接在紧箍下方，控制调节螺栓(9)的松紧可以将主轴支架连接在主轴(3)上。

如图3所示，所述激光检测设备中的测量仪吊架(12)主要由四个连接孔(11)、方形薄板、加强筋板(13)、两个U型卡板(14)、四个紧定螺栓(15)组成，四个紧定螺栓(15)固定在加强筋板(13)上，U型卡板(14)两侧的两个长孔可以使卡板左右移动，通过调节四个螺母来固定卡板内侧的两个激光测量仪。

如图4所示，所述激光检测设备中的测量仪悬架(16)主要由连接孔一(17)、连接孔二(18)、连接孔三(19)，调节长孔一(20)、调节长孔二(21)、调节长孔三(22)、出光孔一(23)、出光孔二(24)、出光孔三(25)组成，三个螺钉通过连接孔一(17)、连接孔二(18)和连接孔三(19)将直角薄板固定在测量仪吊架(12)的前侧，三个调节螺丝穿过长孔一(20)、调节长孔二(21)、调节长孔三(22)分别连接着三个激光测量仪，三个激光测量仪的激光线穿过出光孔一(23)、出光孔二(24)、出光孔三(25)竖直向下发射。

如图5所示，所述激光检测设备中的反射镜垂架(26)有三组，由两根细长杆(27)组成，两根细长杆(27)上端连接在出光孔前侧，下端连接在直角反射镜(28)两侧，直角反射镜(28)可以绕连接轴转动，进而可以调节旋转角度。

如图6所示，所述的激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)、激光测量仪三(32)、激光测量仪四(33)、激光测量仪五(34)分为两组，第一组由激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)组成，安装在两个U型卡板内，激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)的激光束竖直向下发射到双晶平行反射镜盒(35)上方，用于检测旋转工作台绕Y轴旋转的转角误差εβc和轴向跳动误差。第二组由激光测量仪三(32)、激光测量仪四(33)、激光测量仪五(34)组成，三个激光测量仪发射的竖直光束经下方的三个直角反射镜反射后照射到双晶平行反射镜盒(35)前侧，双晶平行反射镜可以平行反射来自前方的激光束，第二组激光测量仪用于检测旋转工作台绕X轴的转角误差εβc和绕Z轴的转角误差εγc，同时可以检测转台的径向误差。

如图7所示，所述的双晶平行反射镜盒(35)由第一第二双晶平行反射镜(36)、第三双晶平行反射镜 (37)、第四双晶平行反射镜 (38)、第五双晶平行反射镜(39)组成，五个双晶平行反射镜的镜面成九十度，能够平行反射照射到镜面上的光束。所述的双晶平行反射镜盒(35)背靠在副转台(40)上，由旋入螺孔的螺栓进行固定，副转台(40)的上下两个转台之间可以精确转动。所述的固定底座(42)与副转台(40)底面焊接在一起，固定底座(42)带有磁性，可以吸附在旋转工作台上。

本实用新型提供的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置的操作包括以下几个步骤：步骤1、安装调节反射镜、测量仪及支架，使得五个激光测量仪一次装卡在测量仪吊架(12)和测量仪悬架(16)上，激光束垂直向下发射，反射镜将竖直激光束水平反射到双晶反射镜上；

步骤2、顺时针旋转工作台，从零度开始旋转一周，在每个位置处停止运转并记录该位置处数控指令下的理论旋转角度；

步骤3、在每个位置处逆时针旋转副转台(40)，旋转角度为工作台旋转的理论角度，理想状态下，副转台(40)回到了起始位置且没有误差，而实际状态下由于旋转工作台台存在几何误差导致副转台(40)未能到达起始位置且存在转角误差；

步骤4、对转回的副转台(40)上的双晶平行反射镜盒(35)进行多路激光测量，如图8所示，对转台绕Y轴旋转的转角误差和沿Z方向的轴向跳动误差的测量原理进行举例说明，其他4项误差原理相同。通过测量得到的每个双晶反射镜之间的光程差代入到所建立的数学模型，得到分别绕X、Y和Z的三个转角误差。

Claims (6)

1.一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其组成包括：计算机(6)、处理器(7)、激光测量仪(5)、直角反射镜(28)、双晶平行反射镜盒(35)、主轴支架(8)、测量仪吊架(12)、测量仪悬架(16)、反射镜垂架(26)、副转台(40)、固定底座(42)，其特征在于，所述固定底座(42)通过底座下的磁力底盘吸附在旋转工作台上，固定底座(42)的中心与转台中心重合，所述副转台(40)与固定底座(42)之间是转动副连接，副转台(40)可以绕固定底座(42)精确旋转，所述双晶平行反射镜盒(35)背靠在副转台(40)上，通过旋转螺钉可以进行位置调节，调节主轴支架(8)上的螺母将主轴支架(8)与主轴(3)固定相连，四根支柱连接着主轴支架(8)和测量仪吊架(12)，测量仪悬架(16)通过螺钉一(17)、螺钉二(18)、螺钉三(19)固定在测量仪吊架(12)的前侧，通过调整固定板后的三个螺钉位置可以使三个激光测量仪的激光束准确发射到三个直角反射镜(28)上。

2.根据权利要求1所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于，所述双晶平行反射镜盒(35)前面有双晶平行反射镜三(37)、双晶平行反射镜四(38)、双晶平行反射镜五(39)成直角排列，双晶平行反射镜盒(35)上方有第一第二双晶平行反射镜(36)对齐排列，所述双晶平行反射镜盒(35)可以平行反射来自前方的三束激光和来之上方的两束激光，所述双晶平行反射镜盒(35)安装在副转台(40)上，其在空间中位置和转角的偏差就是旋转工作台的几何误差。

3.根据权利要求1所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于主轴支架(8)由紧箍，螺栓(9)，和四个连接杆组成，四个连接杆均匀焊接在紧箍下方，通过调节螺栓的松紧可以将主轴(3)和支架(10)连接。

4.根据权利要求1所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于，测量仪吊架(12)由方形薄板，长方形加强筋(13)，U型卡板(14)，四个紧定螺栓(15)组成，加强筋(13)焊接在薄板中间，其上的四个紧定螺栓(15)可以调节两个U型卡板(14)实现激光测量仪一(30)、激光测量仪二(31)的移动和固定。

5.根据权利要求1所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于，三个固定螺栓将直角薄板固定在方形薄板前侧，三个调节螺栓穿过直角薄板与激光测量仪三(32)、激光测量仪四(33)、激光测量仪五(34)相连从而可以调节测量仪的位置。

6.根据权利要求1所述的一种五轴机床旋转台几何误差一次安装检测装置，其特征在于，反射镜垂架(26)由两根细长杆(27)组成，两根细长杆(27)装卡在直角薄板下方，竖直向下，两根细长杆(27)装卡位置在激光发射孔一(23)、激光发射孔二(24)、激光发射孔三(25)的前方，直角反射镜(28)与两根细长杆(27)之间属于铰链连接，直角反射镜(28)可以旋转角度使发射的激光线水平照射的对应的双晶平行反射镜上。