三坐标测量机光栅读数头自适应机构制造技术

本发明专利技术属于数控精密测量设备，涉及一种对光栅读数头调节装置改进的三坐标测量机光栅读数头自适应机构。自适应机构由弹力可调整气垫组件、气垫定位杆组件和光栅读数头支架组件组成。弹力可调整气垫组件通过碟形弹簧的弹力作用，保证气垫与导轨间的气膜间隙始终为一定值；气垫定位杆组件的设计，严格保证了气垫、球头螺杆之间的相对旋转角度与光栅读数头所允许的旋转角度范围相互匹配，使光栅读数头在运动过程中安全、平稳；光栅读数头支架与弹力可调整气垫组件采用刚性连接，基本达到运动同步，保证了测量精度，气垫定位杆组件采用分体式连接，可拆卸性能良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数控精密测量设备，涉及一种对光栅读数头调节装置改进的三坐标测量机光栅读数头自适应机构。
技术介绍
现在应用最广的标尺系统为光栅测量系统，光栅尺分为金属光栅尺和玻璃光栅尺。由于金属光栅比玻璃光栅具有热膨胀系数，更容易做到与测量机主机材料接近一致，安装和调整比较方便，安装面积小，可制成整根的钢带长光栅，不易碰碎等优点，因而应用于大型测量机更为适合。传统的带式金属光栅读数头调节装置多由可控制五个独立自由度的支架组组成，或者由球铰与支架共同控制五个独立自由度的球铰-支架组共同组成。所谓五自由度光栅读数头安装支架是指：读数头本身具有6个自由度(3个平移，3个旋转)，但工作中只允许其存在一个可移动的自由度——即沿坐标轴(光栅尺)方向的运动，而其它五个自由度的运动完全被控制。这两类调节装置中的所有部件均为刚性连接，因而光栅读数头仅能对坐标原点产生绝对位置尺寸的变化，不能对导轨的形状变化及周围环境温度的变化产生随动。对于大行程测量机，光栅读数系统读数距离的可调整范围及导轨的加工精度是至关重要的两个重要指标。由于受光栅测量基本原理限制，目前，各光栅生产厂家生产的光栅读数系统在测量过程中，光栅读数头与光栅尺之间的最佳读数距离的调整范围均为±0.1mm。这就必然要求在测量机的机械行程范围内，导轨的变形量不能大于0.2mm。由于目前的加工方法及加工设备还不能很好的满足高精度导轨的加工要求，因而对导轨各项精度指标的提出及导轨长度等设计参数均需进行严格限制，造成三坐标测量机的测量精度、行程等都受到很大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种能在运动过程中与导轨面(光栅尺安装面包含在导轨面内)之间的相对距离保持不变，并与光栅读数头系统保持-->刚性连接，带动光栅读数头系统沿坐标轴方向运动的三坐标测量机光栅读数头自适应机构。本专利技术的技术解决方案是，自适应机构由气垫组件、气垫定位杆组件和光栅读数头支架组件组成，弹力可调整气垫组件，气垫螺母与气垫螺纹套螺纹连接，气垫螺纹套内设置碟形弹簧，碟形弹簧的下端为球头螺杆，球头螺杆的下端用弹性定位套与平垫连接，弹性定位套用螺钉固定在气垫上，气垫固定在光栅读数头支架组件的转接板上；气垫定位杆组件，复位弹簧套在气垫定位杆上，气垫定位杆穿过定位安装座内部的锐边，气垫定位杆螺纹连接在气垫上；光栅读数头支架组件，转接板、连接板及调整板均为角形板，转接板的一个端面与弹力可调整气垫组件的气垫钢性连接，转接板的另一个端面与连接板的一个端面用螺钉螺纹连接，连接板的另一个端面与调整板的安装面中设置同轴销孔，圆柱销穿在其中，连接板与调整板用螺钉连接，读数头安装板固定在调整板的另一个端面上。光栅读数头自适应机构，气垫螺纹套螺纹连接在主滑架上，气垫定位杆组件与三坐标测量机上的主滑架用螺钉钢性连接，气垫在非工作状态下导轨面与三坐标测量机上的主导轨贴合。球头螺杆与气垫之间的相对旋转角度与光栅读数头的旋转角度范围相互匹配。光栅读数头支架组件的转接板的调整方向垂直于光栅尺的直线运动方向并做旋转运动，连接板及调整板间通过圆柱销绕垂直于光栅尺的平面的轴线旋转。球头螺杆与气垫的接触面为球面与平面的接触。气垫采用超硬铝材料加工而成，气垫导轨面的平面度在2μm以下。本专利技术的优点为：1、弹力可调整气垫组件通过碟形弹簧的弹力作用，保证气垫与导轨间的气膜间隙始终为一定值，因而保证光栅读数头与光栅尺安装面之间的距离始终在光栅读数头精确读数范围内，大大降低了测量机运动过程中丢失数据的机率及导轨加工难度；2、气垫定位杆组件的设计，严格保证了气垫、球头螺杆之间的相对旋转角度与光栅读数头所允许的旋转角度范围相互匹配。使光栅读数头在运动过程中安-->全、平稳；3、光栅读数头支架与弹力可调整气垫组件采用刚性连接，基本达到运动同步，保证了测量精度，并严格控制了光栅读数头系统除沿坐标轴方向运动外的其他五个自由度；4、气垫定位杆组件采用分体式连接，可拆卸性能良好。附图说明图1是本专利技术的整体结构立体示意图；图2是本专利技术气垫定位杆组件与弹力可调整气垫组件立体结构示意图；图3是本专利技术气垫定位杆组件与弹力可调整气垫组件平面结构示意图；图4是本专利技术气垫定位杆组件的结构示意图；图5是本专利技术光栅读数头支架组件的立体结构示意图；图6是本专利技术光栅读数头支架组件的爆炸图；图7是本专利技术气垫13的立体图；图8是本专利技术与测量机进行连接后的整体结构立体示意图；图9是本专利技术与测量机连接后的局部立体结构刨切图。具体实施方式自适应机构31由气垫组件1、气垫定位杆组件2和光栅读数头支架组件3组成，弹力可调整气垫组件1，气垫螺母6与气垫螺纹套7螺纹连接，气垫螺纹套7内设置碟形弹簧8，碟形弹簧8的下端为球头螺杆9，球头螺杆9的下端用弹性定位套10与平垫11连接，弹性定位套10用螺钉12固定在气垫13上，气垫13固定在光栅读数头支架组件3的转接板19上；气垫定位杆组件2，复位弹簧18套在气垫定位杆16上，气垫定位杆16穿过定位安装座17内部的锐边，气垫定位杆16螺纹连接在气垫13上；光栅读数头支架组件3，转接板19、连接板20及调整板22均为角形板，转接板19的一个端面与弹力可调整气垫组件1的气垫13钢性连接，转接板19的另一个端面与连接板20的一个端面用螺钉21螺纹连接，连接板20的另一个端面与调整板22的安装面中设置同轴销孔27，-->圆柱销23穿在其中，连接板20与调整板22用螺钉24连接，读数头安装板25固定在调整板22的另一个端面上。光栅读数头自适应机构31，气垫螺纹套7螺纹连接在主滑架30上，气垫定位杆组件2与三坐标测量机上的主滑架30用螺钉33钢性连接，气垫13在非工作状态下导轨面29与三坐标测量机上的主导轨32贴合。球头螺杆9与气垫13之间的相对旋转角度与光栅读数头4的旋转角度范围相互匹配。光栅读数头支架组件3的转接板19的调整方向垂直于光栅尺5的直线运动方向并做旋转运动，连接板20及调整板22间通过圆柱销23绕垂直于光栅尺5的平面的轴线旋转。球头螺杆9与气垫13的接触面为球面与平面的接触。气垫13采用超硬铝材料加工而成，气垫导轨面29的平面度在2μm以下。组成三坐标测量机光栅读数头自适应机构的三个部件：弹力可调整气垫组件1、气垫定位杆组件2、光栅读数头支架组3。气垫定位杆组件2通过气垫定位杆16顶端的螺纹与弹力可调整气垫组件1相连，光栅读数头支架组3通过螺钉与弹力可调整气垫组件1进行刚性连接。弹力可调整气垫组件1由气垫螺母6、气垫螺纹套7、碟形弹簧8、球头螺杆9、弹性定位套10、平垫11、高精度气垫13、快速接头14、节流孔15共同组成。该组件通过球头对平面的铰接触形式限制气垫与球头螺杆在平面内的相对运动(如图2所示)，即限制两个自由度。弹力可调整气垫组件的连接方式如图3所示，气垫螺母6与气垫螺纹套7通过螺纹连接，碟形弹簧8、球头螺杆9在气垫螺纹套7内通过各自选定的间隙配合在气垫螺纹套7内沿轴向自由移动，球头螺杆9与平垫11通过弹性定位套10将其连接，并用螺钉12固定在气垫13上。气垫13为高精度气垫，其采用高强度超硬铝材料加工而成，气垫导轨面29的平面度在2μm以下，放置平垫11的圆柱形孔的底面平面度小于0.01mm，圆柱度小于0.02mm。弹力可调整气垫组件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括光栅读数头支架组的三坐标测量机光栅读数头自适应机构，其特征是，自适应机构（３１）由气垫组件（１）、气垫定位杆组件（２）和光栅读数头支架组件（３）组成，弹力可调整气垫组件（１），气垫螺母（６）与气垫螺纹套（７）螺纹连接，气垫螺纹套（７）内设置碟形弹簧（８），碟形弹簧（８）的下端为球头螺杆（９），球头螺杆（９）的下端用弹性定位套（１０）与平垫（１１）连接，弹性定位套（１０）用螺钉（１２）固定在气垫（１３）上，气垫（１３）固定在光栅读数头支架组件（３）的转接板（１９）上；气垫定位杆组件（２），复位弹簧（１８）套在气垫定位杆（１６）上，气垫定位杆（１６）穿过定位安装座（１７）内部的锐边，气垫定位杆（１６）螺纹连接在气垫（１３）上；光栅读数头支架组件（３），转接板（１９）、连接板（２０）及调整板（２２）均为角形板，转接板（１９）的一个端面与弹力可调整气垫组件（１）的气垫（１３）钢性连接，转接板（１９）的另一个端面与连接板（２０）的一个端面用螺钉（２１）螺纹连接，连接板（２０）的另一个端面与调整板（２２）的安装面中设置同轴销孔（２７），圆柱销（２３）穿在其中，连接板（２０）与调整板（２２）用螺钉（２４）连接，读数头安装板（２５）固定在调整板（２２）的另一个端面上；光栅读数头自适应机构（３１），气垫螺纹套（７）螺纹连接在主滑架（３０）上，气垫定位杆组件（２）与三坐标测量机上的主滑架（３０）用螺钉（３３）钢性连接，气垫（１３）在非工作状态下导轨面（２９）与三坐标测量机上的主导轨（３２）贴合。...

【技术特征摘要】
1.一种包括光栅读数头支架组的三坐标测量机光栅读数头自适应机构，其特征是，自适应机构(31)由气垫组件(1)、气垫定位杆组件(2)和光栅读数头支架组件(3)组成，弹力可调整气垫组件(1)，气垫螺母(6)与气垫螺纹套(7)螺纹连接，气垫螺纹套(7)内设置碟形弹簧(8)，碟形弹簧(8)的下端为球头螺杆(9)，球头螺杆(9)的下端用弹性定位套(10)与平垫(11)连接，弹性定位套(10)用螺钉(12)固定在气垫(13)上，气垫(13)固定在光栅读数头支架组件(3)的转接板(19)上；气垫定位杆组件(2)，复位弹簧(18)套在气垫定位杆(16)上，气垫定位杆(16)穿过定位安装座(17)内部的锐边，气垫定位杆(16)螺纹连接在气垫(13)上；光栅读数头支架组件(3)，转接板(19)、连接板(20)及调整板(22)均为角形板，转接板(19)的一个端面与弹力可调整气垫组件(1)的气垫(13)钢性连接，转接板(19)的另一个端面与连接板(20)的一个端面用螺钉(21)螺纹连接，连接板(20)的另一个端面与调整板(22)的安装面中设置同轴销孔(27)，圆柱销(23)穿在其中，连接板(20)与调...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭霞，
申请(专利权)人：中国航空工业第一集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]