新型數控工具機誤差檢查儀的製作方法

2023-06-02 04:15:31

專利名稱：新型數控工具機誤差檢查儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於數控工具機精度檢測設備領域，它是一種通過測量數控工具機圓軌跡插補誤差分析工具機各項精度性能的裝置。
背景技術：
隨著現代製造業的不斷發展，精密和超精密加工技術的重要性日益凸顯。數控工具機作為製造業的重要裝備，也面臨了新時代的機遇和挑戰。提高數控工具機的精度是提高數控工具機產品質量、增強市場競爭力的關鍵所在。而分析數控工具機的誤差問題成為了其發展的關鍵。測量技術則是改善與補償機器誤差的重要前提。圓軌跡測量是數控工具機測量技術中重要的一個方法。通過測量工具機的圓軌跡獲取工具機的精度信息，確定工具機的誤差源，可以為改進工具機設計和工具機的誤差補償提供依據。對於數控工具機來說，誤差測量方法從形式上可分為單項直接測量法和綜合測量法兩大類，其中綜合測量法是當前的主要方式。綜合誤差測量法參數辨識方法是對工具機工作區內指定點的誤差進行綜合測量，通過數學模型對綜合誤差進行參數辨識，間接得到工具機各項誤差參數值。綜合誤差測量提供了一種快速和有效的估計工具機的誤差各分量的方法， 並且使測量誤差的成本大大降低，但誤差模型的建立的準確性和易用性對誤差補償的效果有很大的影響。主要的綜合測量方法有光柵陣列法，DBB (Double Ball Bar)圓測儀測量法，一維球列法，二十二線測量法等。臺灣地區的新竹交大的J. M. Lai等從DBB法出發發展了診斷數控工具機導軌非線性建模分析法。浙江大學吳昭同教授對DBB進行改裝，開發了數控工具機圓軌跡運動誤差測試儀並申請了國內專利，申請號91108580. 7，發明名稱數控工具機圓軌跡運動誤差測試儀。 該測試裝置可有效的用於數控工具機的誤差測量，使用方便，製造調試容易，但是該裝置桿身與測量平面平行度無法保證，導致測量數據結果中包含除插補平面外的其他幹擾誤差，會對測量精度造成不良影響。

發明內容
本發明主要解決的技術問題是克服上述測量方法的不足，發明了一種高精度數控工具機誤差檢測圓測儀，該裝置提高了桿身和測量平面的平行度，測量精度高，實用性強，採用PIC18F4550模塊作為信號實時採集核心，提高測量實時性，從而保證了工具機高速圓插補測量的準確性。本發明所採用的技術方案是一種高精度數控工具機誤差檢測圓測儀，其特徵是圓測儀機械裝置由基座組件I，球桿組件II，主軸連接杆組件III組成；起支撐固定作用的基座組件I固定於工作檯上，其他裝置依次安裝在基座組件I上，基座組件I由底座1.1、磁鐵1. 2、螺栓1. 3、開口固定環1. 4、空心球頭柱1. 5、球柄1. 6、精密球1. 7組成；底座1. 1下安裝了底座磁鐵1. 2，靠磁力吸附在工作檯上，磁鐵1. 2表面經過電鍍鎳處理；開口固定環 1. 4固結於底座1. 1上，開口固定環1. 4用螺栓1. 3夾緊空心球頭柱1. 5，以此來固定精密球1. 7的位置；球柄1. 6 -端帶螺紋，用來和空心球頭柱1. 5連接，球柄1. 6另一端圓柱面和精密球1. 7上的孔過盈配合固連；
球桿組件II由磁鐵2. 1，球座2. 2，彈簧2. 3，長度計2. 4，桿身2. 5，握緊環2. 6，橡膠環 2. 7，尾套2. 8，球柄2. 9，精密球2. 10組成；球座2. 2和精密球1. 7接觸的部分是經過研磨的球面，球座2. 2中空內部放有強力磁鐵，彈簧2. 3 -端壓緊磁鐵，另一端頂在長度計2. 4 上；桿身2. 5兩端帶有螺紋，與球座2. 2連接部分帶有電纜槽，另一端連接握緊環2. 6 ；握緊環2. 6通過螺紋連接桿身2. 5，尾套2. 8通過右端內孔與長度計2. 4的標準裝夾杆配合；尾套2. 8 -端帶有螺紋，與握緊環2. 6連接，另一端開孔用來通過球柄2. 9;球柄2. 9 -端為螺紋，連接長度計2. 4，替換長度計2. 4自帶的測量觸頭，另一端為帶螺紋的軸，和精密球2. 10上的孔過盈配合固連；
主軸連接杆組件III由磁鐵3. 1，彈簧3. 2，球座3. 3，延長杆3. 4組成；球座3. 3與精密球2. 10連接的部分是經研磨過的球面，球座3. 3中空內部放有強力磁鐵，表面經過電鍍鎳處理，彈簧3. 2壓在磁鐵3. 1上；
基座組件I與球桿組件II通過磁鐵2. 1和精密球1. 7磁性吸附連接，球桿組件II與主軸連接杆組件III通過精密球2. 10與磁鐵3. 1磁性吸附連接；
本發明的有益效果是解決了現有圓測儀裝置球桿平行度無法保證的難題，消除球桿與工作檯的不平行誤差，採用PIC18F4550模塊作為信號實時採集核心，提高測量實時性，從而保證了工具機高速圓插補測量的精度。


圖1圓測儀結構圖，其中1.卜底座，1.2-磁鐵，1.3-螺栓，1.4-開口固定環，1. 5-空心球頭柱，1. 6-球柄，1. 7-精密球，2. 1 一磁鐵，2. 2-球座，2. 3-彈簧，2. 4-長度計，2. 5-桿身，2. 6-握緊環，2. 7-橡膠環，2. 8-尾套，2. 9-球柄，2. 10-精密球，3.卜磁鐵，3. 2-彈簧，3. 3-球座，3. 4-延長杆。圖2數據採集系統的硬體組成框圖。
具體實施例方式結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式
，基座組件I固定在工具機工作檯上，主要起支撐固定作用，基座組件I上的精密球1. 7的圓心即為圓插補運動的圓心，為了基座組件I能方便地在工具機工作檯上裝卸，在底座1. 1下安裝了磁鐵1. 2，靠磁力吸附在工作檯上， 測量過程沒有加工力，磁力吸附很可靠。基座組件I與球桿組件II通過磁鐵2. 1和精密球 1.7磁性吸附連接，球桿組件II與主軸連接杆組件III通過精密球2. 10與磁鐵3. 1連接在一起，首先將基座組件I，球桿組件II，主軸連接杆組件III分離，為了保證球桿組件II與工具機工作檯的平行度，採用特定的定位方法具體步驟如下
1、將帶有磁性的主軸連接杆組件III安裝在刀柄上，夾緊力不能太大；
2、將刀柄安裝在工具機主軸中，通過數控指令將主軸定向並鎖緊主軸；
3、將工具機主軸移動到圓測儀基座組件I的所在位置，基座組件I放置在工具機工作檯上， 球座3. 3應該定位在基座組件I上方大約70mm處；
4、將基座組件I上的螺栓1.3鬆開；5、在球座3. 3下面滑動基座組件I，目測校準精密
4球1. 7，使其放置在主軸連接杆組件III的球座3. 3的正下方，校準不需要十分精確，微小的偏差是允許的；
6、將精密球1.7從基座組件I中向上抬起，直到它被磁性球座3. 3吸住；
7、輕輕擰緊基座組件I上的螺栓1.3 ；
8、將現在的刀具主軸位置定義為工具機坐標軸(X，Y和Z)的原點(零點)，這個過程也是對心的過程，可以有效的防止在安裝過程中產生工具機原點與圓測儀旋轉中心不重合的誤差；
9、升起工具機主軸將球座3. 3拉起並且離開精密球1. 7，為了避免損壞精密球1. 7或球座3. 3，在移動前一定要確認工具機的移動方向準確無誤；
10、程序將移動工具機主軸到測試起始點(X-150. 0，Y-0. 0，Z0. 0)； 定位完成後，將基座組件I，球桿組件II通過精密球1. 7和磁鐵2. 1磁性吸附連接，將球桿組件II，主軸連接杆組件III通過精密球2. 10和磁鐵3. 1磁性吸附連接，將長度計2. 4 的信號輸出線與數據採集系統相連接，參見圖2 ；以PIC18F4550單片機為核心進行信號實時採集，使用PC機作為上位機進行數據的保存、運算處理及結果顯示，通過USB接口實現採集數據傳輸；整個系統使用USB總線供電，不需要外接電源；數據採集系統通過USB線和PC 主機連接，安裝和連線完成。工具機開機做圓周運動開始誤差檢測，桿身會隨工具機圓周運動而伸縮，長度計不斷輸出信號給數據採集系統，信號經單片機處理後通過USB總線傳送給主機，通過操作主機應用程式，顯示誤差曲線。 本發明提高了球桿與工作檯面的平行度，從而消除了圓軌跡垂直方向其他誤差幹擾的影響，提高了測量精度。採用PIC18F4550模塊作為信號實時採集核心，測量實時性好、 準確性高、成本低廉、使用方便。該裝置可以很有效的用於數控工具機、三坐標測量機等數控系統裝置的誤差檢測，通過數控圓軌跡綜合誤差分析得出數控工具機各項誤差。
權利要求
1.新型數控工具機誤差檢查儀，其特徵是圓測儀機械裝置由基座組件(I)，球桿組件 (II)，主軸連接杆組件(III)組成；起支撐固定作用的基座組件(I)固定於工作檯上，其他裝置依次安裝在基座組件(I)上，基座組件(I)由底座、磁鐵、螺栓、開口固定環、空心球頭柱、球柄、精密球組成；底座下安裝了底座磁鐵，靠磁力吸附在工作檯上，磁鐵表面經過電鍍鎳處理；開口固定環固結於底座上，開口固定環用螺栓夾緊空心球頭柱，以此來固定精密球的位置；球柄一端帶螺紋，用來和空心球頭柱連接，球柄另一端圓柱面和精密球上的孔過盈配合固連；球桿組件II由磁鐵，球座，彈簧，長度計，桿身，握緊環，橡膠環，尾套，球柄，精密球組成；球座和精密球接觸的部分是經過研磨的球面，球座中空內部放有強力磁鐵，彈簧一端壓緊磁鐵，另一端頂在長度計上；桿身兩端帶有螺紋，與球座連接部分帶有電纜槽，另一端連接握緊環；握緊環通過螺紋連接桿身，尾套通過右端內孔與長度計的標準裝夾杆配合； 尾套一端帶有螺紋，與握緊環連接，另一端開孔用來通過球柄；球柄一端為螺紋，連接長度計，替換長度計自帶的測量觸頭，另一端為帶螺紋的軸，和精密球上的孔過盈配合固連。
全文摘要
本發明新型數控工具機誤差檢查儀屬於數控工具機精度檢測設備領域，圓測儀是一種通過測量數控工具機圓軌跡插補誤差分析工具機各項精度性能的裝置。圓測儀由基座組件，球桿組件，主軸連接杆組件組成。起支撐固定作用的基座組件固定於工作檯上，其他裝置依次安裝在基座組件上。基座組件與球桿組件通過磁鐵和精密球磁性吸附連接；球桿組件與主軸連接杆組件通過精密球與磁鐵磁性吸附連接。該裝置提高了桿身和測量平面的平行度，測量精度高，實用性強，採用PIC18F4550模塊作為信號實時採集核心，提高了測量實時性，從而保證了工具機高速圓插補測量的準確性。
文檔編號B23Q17/00GK102476323SQ20101055561
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者董海 申請人:大連創達技術交易市場有限公司