一种五轴机床平动轴误差的测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种五轴机床平动轴误差的测量系统及测量方法，旨在解决采用现有技术进行YZ、ZX、或者XYZ多轴联动直线轨迹误差检测时，光调节过程耗时较长的问题。一种五轴机床平动轴误差的测量系统包括一号夹持组件、反射镜、可调干涉仪楔块、三脚架、激光干涉仪和微调平台；一号夹持组件包括夹持轴杆和安装镜柄；反射镜设置在安装镜柄上，微调平台设置在可调干涉仪楔块上，可调干涉仪楔块设置在三脚架上，三脚架上设有标尺，激光干涉仪设置在微调平台上且垂直于反射镜的镜面发射激光。检测方法方法包括X轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法，Y轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法，X轴、Y轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法等。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴机床平动轴误差的测量系统及测量方法
本专利技术涉及机械加工设备检测领域，尤其涉及一种测量五轴机床平动轴误差的测量系统及测量方法。
技术介绍
随着全球制造业水平的不断提高和精密加工技术的广泛应用，五轴数控机床的应用领域不断扩大，对其加工精度的要求也日益提高。数控机床自身的精度是影响加工件精度的重要因素，目前对服役期间的五轴联动机床精度的保持最直接有效的方法是：定期对机床进行几何误差检测、辨识计算并实施补偿。误差检测是对机床进行有效的误差补偿的重要前提，不论采取何种误差辨识算法和后期补偿手段，都需要完成对机床的误差检测。目前，一般使用激光干涉仪对五轴数控机床平动轴进行误差检测；同时，基于激光干涉仪国内外学者也提出了许多误差辨识方法。不论是12线法、14线法、15线法、22线法等传统辨识算法，还是新近提出的13线法，都需要进行两轴或三轴联动轨迹即面对角线或体对角线定位精度的检测。普通激光干涉仪主要由激光干涉仪、反射镜、干涉镜、安装镜柄、磁性表座、微调平台以及三脚架等组成，由于不包含通用的夹具，将给误差检测带来诸多不便。进行单轴误差检测时，一般通过磁性表座将反射镜固定在主轴上进行一次检测，接着多次变更反射镜的位置，沿该轴方向测量多组数据。这种手动变换磁性表座的位置最主要的弊端是：不能对各个不同测点精确定位，而测点之间的相对位置不精确将直接降低误差辨识结果的准确性。更大的问题在于：进行YZ、ZX、或者XYZ多轴联动直线轨迹误差检测时，由于该测量轨迹与水平面呈一定夹角设为α，需要调整激光干涉仪和反射镜使其光路方向与水平面呈α夹角，这个对光调节过程即便经验丰富的操作人员也耗时相当冗长，经验欠缺的操作者可能总也调不好，这不仅不能满足高效的生产要求，而且会因为测量时间跨度过大机床温度发生变化而降低各组测量数据的等温性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种五轴机床平动轴误差的测量系统及测量方法，旨在解决采用现有技术进行YZ、ZX、或者XYZ多轴联动直线轨迹误差检测时，光调节过程耗时较长的问题。为了解决以上技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种五轴机床平动轴误差的测量系统，包括一号夹持组件、反射镜、可调干涉仪楔块、三脚架、激光干涉仪和微调平台；一号夹持组件包括夹持轴杆和安装镜柄，安装镜柄通过螺纹连接在夹持轴杆的下方；反射镜通过可拆的方式设置在安装镜柄上，微调平台设置在可调干涉仪楔块上，可调干涉仪楔块设置在三脚架上，激光干涉仪设置在微调平台上且垂直于反射镜的镜面发射激光。进一步，五轴机床轴误差的测量系统还包括二号夹持组件，二号夹持组件包括固定板、连接螺栓、水平仪、圆柱镜柄和调节架；固定板为正方形的平板，固定板的四个角上均设有定位孔，四个定位孔分别位于正方形的四个角上；调节架包括圆柱形的连接座和均布在连接座外侧壁上的四根支杆；每根支杆均通过连接螺栓连接在固定板的上表面，每根支杆与固定板之间均设有橡胶垫圈；连接座的上方设有安装轴，连接座与安装轴同轴且轴线垂直穿过固定板的中心；圆柱镜柄插接在定位孔内，圆柱镜柄上设有刻度，圆柱镜柄的上端通过螺纹连接有蝶型螺母，蝶型螺母搭接在固定板的上表面上；固定板的上表面设有水平仪放置平台，水平仪放置在水平仪放置平台上。二号夹持组件具有很高的加工精度，可保证其下表面与水平仪放置台平行而与其侧面垂直；相邻的四个侧面相互保持垂直；四个定位定位孔的间距相等且为某一定值，利于后期的误差辨识计算。水平仪可以直接放置在固定板的圆形放置凸台上，也可以通过螺钉固定。当夹持轴杆与机床主轴装配夹紧后，通过连接螺栓来实现固定板空间方位的调节，调整至水平仪呈水平状态后，这时固定板的下表面即为水平。能便捷的实现五轴数控机床平动轴几何精度检测。固定板的主体呈正方形板状，加工精度很高，其上表面有小凸台用于放置水平仪，下表面与上表面的水平仪放置台平行而与四个侧面垂直，四个侧面相互之间保持垂直或平行关系，其四角对称的开有定位孔，各定位孔间距一定，用于固定圆柱镜柄并实现圆柱镜柄的精确定位。固定板的主体部分通过四个螺纹孔与夹持轴部件连接，二者之间放置有橡胶垫圈，使用时通过夹持轴与机床主轴连接紧固，且可通过调节螺栓的松紧实现固定板下表面呈水平。圆柱镜柄呈阶梯轴状，最大端上标有刻度，反射镜安装其上可精确调节位置；中间段与固定板上定位孔呈微小间隙配合，实现定位和保障安装镜柄与固定板垂直；最小端攻有螺纹，起螺栓的作用，通过蝶形螺母使圆柱镜柄固定在固定板上。夹持轴杆为一圆柱棒，一端通过刀柄与机床主轴相连，另一端开有螺纹孔可与激光干涉仪配套安装镜柄相连。可调干涉仪楔块本质上是一个斜楔，但相比固定倾角的斜楔它的倾斜角度可调，参照其上所标刻度可以呈现[-40°，40°]量程内的任意倾斜角，调节过程是通过一个蜗轮蜗杆机构完成的，因此具有自锁功能，可保证倾角的稳定性。可调干涉仪楔块底面开有螺纹孔可以固定在三脚架上，而上表面装有螺柱以连接固定激光干涉仪的调节平台，可使激光干涉仪精确倾斜特定角度，在检测空间倾斜直线定位误差时能实现快速对光。使用千分表对固定板侧面沿X轴或Y轴打表，通过调节机床主轴的转动角度，确保固定板的侧面相对X轴或Y轴平行安装；固定板上用于定位圆柱镜柄的定位孔的加工基准为固定板的侧面，相邻两个定位孔中心连线与侧面平行，即也相对X轴或Y轴平行。一种采用上述五轴机床平动轴误差的测量系统的测量五轴机床平动轴误差方法，包括X轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法；X轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法包括以下步骤：A、将夹持轴杆与五轴机床主轴装配加紧；B、五轴机床主轴从竖直状态沿Y轴转动，转动角度为α，使反射镜的镜面垂线与X轴之间夹角为α，且反射镜的镜面垂线位于机床ZX平面内；C、通过三脚架调整激光干涉仪的高度，通过可调干涉仪楔块调整激光干涉仪的角度，然后通过微调平台调整激光干涉仪，使激光干涉仪发射的激光垂直照射在反射镜的镜面上；D、五轴机床主轴带动放射镜沿着反射镜的镜面垂线方向移动；主轴沿该方向移动，测量N个点，这N个点的理论的移动距离分别为S(1)～S(N)，激光干涉仪测得这N个点的实际移动距离分别为S'(1)～S'(N)；N为大于等于1的整数，具体值根据测量需要进行设定，下面的N也一样。E、根据S(1)～S(N)和S'(1)～S'(N)计算得出五轴机床主轴沿X轴和Z轴联动方向的移动误差。进一步，测量五轴机床平动轴误差方法还包括Y轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法；Y轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法包括以下步骤：A、将夹持轴杆与五轴机床主轴装配加紧；B、五轴机床主轴从竖直状态沿X轴转动，转动角度为α，使反射镜的镜面垂线与Y轴之间夹角为α，且反射镜的镜面垂线位于机床ZY平面内；C、通过三脚架调整激光干涉仪的高度，通过可调干涉仪楔块调整激光干涉仪的角度，然后通过微调平台调整激光干涉仪，使激光干涉仪发射的激光垂直照射在反射镜的镜面上；D、五轴机床主轴带动放射镜沿着反射镜的镜面垂线方向移动；主轴沿该方向移动，测量N个点，这N个点的理论的移动距离分别为S(1)～S(N)，激光干涉仪测得这N个点的实际移动距离分别为S'(1)～S'(N)；E、根据S(1)～S(N)和S'(1)～S'(N)计算得出五轴机床主轴沿Y轴和Z轴联动方向的移动误差。进一步，测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五轴机床平动轴误差的测量系统，其特征是：包括一号夹持组件、反射镜(3)、可调干涉仪楔块(4)、三脚架(5)、激光干涉仪(6)和微调平台；一号夹持组件包括夹持轴杆(1)和安装镜柄(2)，安装镜柄(2)通过螺纹连接在夹持轴杆(1)的下方；反射镜(3)通过可拆的方式设置在安装镜柄(2)上，微调平台设置在可调干涉仪楔块(4)上，可调干涉仪楔块(4)设置在三脚架(5)上，激光干涉仪(6)设置在微调平台上且垂直于反射镜(3)的镜面发射激光。

【技术特征摘要】
1.一种五轴机床平动轴误差的测量系统，其特征是：包括一号夹持组件、反射镜(3)、可调干涉仪楔块(4)、三脚架(5)、激光干涉仪(6)和微调平台；一号夹持组件包括夹持轴杆(1)和安装镜柄(2)，安装镜柄(2)通过螺纹连接在夹持轴杆(1)的下方；反射镜(3)通过可拆的方式设置在安装镜柄(2)上，微调平台设置在可调干涉仪楔块(4)上，可调干涉仪楔块(4)设置在三脚架(5)上，激光干涉仪(6)设置在微调平台上且垂直于反射镜(3)的镜面发射激光。2.根据权利要求1所述的一种五轴机床轴误差的测量系统，其特征是：还包括二号夹持组件，二号夹持组件包括固定板(7)、连接螺栓(8)、水平仪(9)、圆柱镜柄(10)和调节架；固定板(7)为正方形的平板，固定板(7)的四个角上均设有定位孔(11)，四个定位孔(11)分别位于正方形的四个角上；调节架包括圆柱形的连接座(12)和均布在连接座(12)外侧壁上的四根支杆(13)；每根支杆(13)均通过连接螺栓(8)连接在固定板(7)的上表面，每根支杆(13)与固定板(7)之间均设有橡胶垫圈(14)；连接座(12)的上方设有安装轴(15)，连接座(12)与安装轴(15)同轴且轴线垂直穿过固定板(7)的中心；圆柱镜柄(10)插接在定位孔(11)内，圆柱镜柄(10)上设有刻度，圆柱镜柄(10)的上端通过螺纹连接有蝶型螺母(16)，蝶型螺母(16)搭接在固定板(7)的上表面上；固定板(7)的上表面设有水平仪放置平台(17)，水平仪(9)放置在水平仪放置平台(17)上。3.一种采用权利要求1至2任一所述五轴机床平动轴误差的测量系统的测量五轴机床平动轴误差方法，其特征是：包括X轴和Z轴联动轨迹定位精度的检测方法：A、将夹持轴杆(1)与五轴机床主轴装配加紧；B、五轴机床主轴从竖直状态沿Y轴转动，转动角度为α，使反射镜(3)的镜面垂线与X轴之间夹角为α，且反射镜(3)的镜面垂线位于机床ZX平面内；C、通过三脚架(5)调整激光干涉仪(6)的高度，通过可调干涉仪楔块(4)调整激光干涉仪(6)的角度，然后通过微调平台调整激光干涉仪(6)，使激光干涉仪(6)发射的激光垂直照射在反射镜(3)的镜面上；D、五轴机床主轴带动放射镜(3)沿着反射镜(3)的镜面垂线方向移动；主轴沿该方向移动，测量N个点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家序，杨勇，黄彦彦，周青华，熊青春，贺毅，谢靖超，魏子淇，王洪乐，
申请(专利权)人：四川大学，成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51