多轴机床热误差的可视化测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多轴机床热误差的可视化测量系统及方法，包括热误差测试工件和对热误差测试工件进行加工的多轴机床；热误差测试工件设置在多轴机床上；热误差测试工件包括多个线性轴测试面、多个旋转轴测试面、设置在线性轴测试面上的参考槽和设置在旋转轴测试面上的参考槽；线性轴测试面的法向和对应的线性轴方向同向，旋转轴测试面的轴线方向和对应的旋转轴轴向同向。本发明专利技术提出的测量方法及系统可以用于所有构型的五轴机床，且能够得出五轴机床所有运动轴的热误差数据；通过对热误差测试工件表面加工槽，并根据加工槽的痕迹直接目视得到热误差，可视化效果高。可视化效果高。可视化效果高。

【技术实现步骤摘要】
多轴机床热误差的可视化测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及机床热误差测量的
，具体地，涉及一种多轴机床热误差的可视化测量系统及方法。

技术介绍

[0002]在精密与超精密加工制造中，五轴机床的应用十分广泛，加工精度直接受到机床定位误差的影响。环境温度变化引起的热误差和机床运行过程中产生的热量会影响机床的定位精度，而且在运动学误差、热机械误差、载荷、动力、运动控制系统等典型的误差源中，高达75％的加工工件整体几何误差是由温度影响引起的。因此对于机床热误差的预测、测量、分析以及补偿对于提高五轴机床的运动精度具有显著意义，而热误差的测量方法对于评估热误差影响更是至关重要。
[0003]目前有关机床热误差的测量方法可以分为非机械加工测量和机械加工测量两大类。非机械加工测试方法主要利用R测试设备、球杆仪、光学测量设备等来测量线性轴和旋转轴的热变形和热误差。其中光学测量设备被广泛应用于非机械加工测量方法中的热误差识别，激光干涉仪可用于测量线性轴的热致定位误差，非接触式激光光栅系统可用于评估热误差对于旋转轴位置误差的影响，激光跟踪仪可用于评估热误差对机床在整个工作空间中运动轨迹误差的影响。机械加工测量是在实际加工过程中测量评估机床热误差的方法。该测量方法通过千分表或坐标测量机等设备完成被加工工件的测量，从而能够定量反映机床热误差对工件几何形状的影响，但往往较难目视得到温度对机床定位精度的影响。
[0004]经过对现有技术的文献检索发现，公开号为CN104999342A的中国专利技术专利文献公开了一种数控机床实切状态下热误差自动测量系统及其测量方法，包括用于测量数控机床温度敏感点的温度值的温度传感器，其输出端与温度采集单元的输入端相连；用于对标准件进行测量的在线检测系统分两路输出触发信号，一路发送至数控机床的数控系统，另一路发送至用于提取数控机床空间坐标的坐标采集单元，数控机床的数控系统的输出端与坐标采集单元的输入端相连，坐标采集单元、温度采集单元的输出端均与PC机的输入端相连。其利用接触式测头分别在机床冷机状态下与运行一段时间后测量长方体标准块的预设点位，能够得到机床X、Y、Z三个方向上的热误差数据，但未涉及旋转轴热误差的测量方法，且结果为数值形式，不够直观。
[0005]公开号为CN111168469A的中国专利技术专利文献公开了一种五轴数控机床空间热误差测量系统，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台上的测量标准件，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，所述测量标准件包括标准球头，标准球头具有用于被所述测头测量的标准球面。本专利技术解决了现有技术中，长方体测量标准件在应用于五轴数控机床的热误差测量时，如果测量标准件产生转动角度，存在单方向热误差影响其他方向热误差值较大的技术问题。其通过电涡流传感器分别在机床冷机状态下与运行一段时间后测量多个标准球到传感器的距离来得到机床的热误差数据，解决了因倾角而导致的不同
方向间所测得热误差互相影响的问题，但其结果同样不够直观，可视化效果不佳。
[0006]针对上述中的相关技术，专利技术人认为上述方法结果不够直观，可视效果不佳。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多轴机床热误差的可视测量系统及方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种多轴机床热误差的可视化测量系统，包括热误差测试工件和对热误差测试工件进行加工的多轴机床；所述热误差测试工件设置在多轴机床上；所述热误差测试工件包括多个线性轴测试面、多个旋转轴测试面、设置在线性轴测试面上的参考槽和设置在旋转轴测试面上的参考槽；所述线性轴测试面的法向和对应的线性轴方向同向，旋转轴测试面的轴线方向和对应的旋转轴轴向同向。
[0009]优选的，所述线性轴测试面上的参考槽为平行且等距的沟槽，线性轴测试面上的参考槽的方向为水平或竖直。
[0010]优选的，所述旋转轴测试面上的参考槽为平行且等弧长间距的沟槽，旋转轴测试面上的参考槽的方向和对应的旋转轴测试面轴线方向同向。
[0011]根据本专利技术提供的一种多轴机床热误差的可视化测量方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1：根据多轴机床构型，定义多个方向，并设计热误差测试工件的模型；
[0013]步骤2：加工制造热误差测试工件；
[0014]步骤3：规划多轴机床上的刀具在各个运动轴所对应的测试面上的路径；
[0015]步骤4：操作多轴机床从冷机状态开始，每隔固定时间根据规划的路径加工热误差测试工件并记录加工时的温度；
[0016]步骤5：根据加工槽的痕迹得到不同温度条件下，多轴机床各个运动轴的热误差。
[0017]优选的，所述步骤2中加工热误差测试工件时，要求多轴机床充分预热，通过铣削加工得到热误差测试工件，进而在多轴机床每个轴所对应的热误差测试工件测试面上加工等距且平行的参考槽。
[0018]优选的，所述步骤3中规划刀具在各个运动轴所对应测试面上的路径，包括测量线性轴热误差的刀具轨迹规划和测量旋转轴热误差的刀具轨迹规划。
[0019]优选的，所述测量线性轴热误差时的刀具轨迹为直线且与测试面上参考槽垂直；刀具的切深从初始位置开始，沿着刀具运动方向逐渐减少，最终刀具与测试面在预定的参考轴处脱离接触。
[0020]优选的，所述测量旋转轴热误差时的刀具轨迹为圆弧，且其切线方向与在测试面上参考槽垂直；设置刀具的切深从初始位置开始，沿着刀具运动方向逐渐减少，最终刀具与测试面在预定的参考轴处脱离接触。
[0021]优选的，所述步骤4中加工热误差测试工件的线性轴测试面时，线性轴测试面的法向和其对应的线性轴轴向相同；加工热误差测试工件的旋转轴测试面时，旋转轴测试面的轴线方向和其对应的旋转轴轴向相同，规划刀具轨迹的圆弧中心在旋转轴轴线上，而旋转轴测试面的轴线相对旋转轴轴线偏移一段距离。
[0022]优选的，所述步骤5中，从刀具初始位置起，沿着刀具运动方向从小到大依次对参考槽进行编号，设无热误差影响时，刀具与测试面的理论脱离接触位置位于编号为N0的参
考槽，则运动轴的热误差表示为
[0023]ε＝d(N
‑
N0)
[0024]其中，d为相邻两参考槽之间的理论刀具轨迹在切深方向上的投影长度，N为加工槽与测试面的实际脱离接触位置处所对应的参考槽的编号；ε为运动轴的热误差。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]1、根据机床构型设计热误差测试工件，本专利技术提出的测量方法及系统可以用于所有构型的五轴机床，且能够得出五轴机床所有运动轴的热误差数据；
[0027]2、本专利技术通过对热误差测试工件表面加工槽，并根据加工槽的痕迹直接目视得到热误差，可视化效果高；
[0028]3、本专利技术采用机械加工方法测量热误差，刀具轨迹简单，不依赖多余的测量设备，不需要加工大量微结构，效率高且节约成本，减少了切本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多轴机床热误差的可视化测量系统，其特征在于，包括热误差测试工件(2)和对热误差测试工件(2)进行加工的多轴机床；所述热误差测试工件(2)设置在多轴机床上；所述热误差测试工件(2)包括多个线性轴测试面、多个旋转轴测试面、设置在线性轴测试面上的参考槽(8)和设置在旋转轴测试面上的参考槽(8)；所述线性轴测试面的法向和对应的线性轴方向同向，旋转轴测试面的轴线方向和对应的旋转轴轴向同向。2.根据权利要求1所述的多轴机床热误差的可视测量系统，其特征在于，所述线性轴测试面上的参考槽(8)为平行且等距的沟槽，线性轴测试面上的参考槽(8)的方向为水平或竖直。3.根据权利要求1所述的多轴机床热误差的可视测量系统，其特征在于，所述旋转轴测试面上的参考槽(8)为平行且等弧长间距的沟槽，旋转轴测试面上的参考槽(8)的方向和对应的旋转轴测试面轴线方向同向。4.一种多轴机床热误差的可视化测量方法，其特征在于，应用权利要求1
‑
3任一所述的多轴机床热误差的可视化测量系统，包括如下步骤：步骤1：根据多轴机床构型，定义多个方向，并设计热误差测试工件(2)的模型；步骤2：加工制造热误差测试工件(2)；步骤3：规划多轴机床上的刀具在各个运动轴所对应的测试面上的路径；步骤4：操作多轴机床从冷机状态开始，每隔固定时间根据规划的路径加工热误差测试工件(2)并记录加工时的温度；步骤5：根据加工槽(10)的痕迹得到不同温度条件下，多轴机床各个运动轴的热误差。5.根据权利要求4所述的多轴机床热误差的可视测量方法，其特征在于，所述步骤2中加工热误差测试工件(2)时，要求多轴机床充分预热，通过铣削加工得到热误差测试工件(2)，进而在多轴机床每个轴所对应的热误差测试工件(2)测试面上加工等距且平行的参考槽(8)。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄诺帝，华力，陈金超，张杨，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：