一种五轴联动超精密加工检测试件及其检测方法技术

一种五轴联动超精密加工检测试件及其检测方法，属于超精密加工技术领域。本发明专利技术通过结构设计使机床的五个轴系在加工过程中必须参与联动，该试件不仅结构形状简单，加工效率高，同时检测方便，可以对五轴联动超精密加工机床的加工精度进行评价。所述试件由从上至下一体连接的偏心球、延长锥体、转接板和安装柱四部分构成；所述安装柱通过快换夹具安装在五轴超精密机床的主轴上，所述偏心球相对于安装柱偏心设置，偏心球与延长锥体同轴设置。本发明专利技术能够对五轴联动超精密加工机床的五轴联动加工精度进行快速检测，尺寸更小，加工速度快，效率更高。效率更高。效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴联动超精密加工检测试件及其检测方法


[0001]本专利技术属于超精密加工
，具体涉及一种五轴联动超精密加工检测试件及其检测方法。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，复杂形状零件的超精密加工需求越来越多，增加机床轴数成为了当今超精密机床的一个发展趋势。如果需要对离轴自由曲面、非回转对称曲面等复杂零部件进行超精密切削加工，则需要多轴超精密机床。根据机床各轴系运动关系可知，最多只需要五个自由度，机床即可实现各类复杂零件的加工。所以，通过五轴联动超精密加工机床可实现复杂零部件的超精密切削加工。
[0003]为检测机床真实的加工性能，在机床出厂前均需要进行试件加工。国外很多学者对五轴联动机床的加工试件进行了研究。其中较为有名的是于1969年设计的NAS 979试件，该试件由圆形、正方形、菱形和3
°
夹角的四边形组成，被收录于标准ISO 10791
‑
7:1998中，之后标准委员会对其进行优化，增加了部分孔类特征，成为ISO 10791
‑
7中的M1试件。由于NAS 979试件和M1试件均由简单的立方体组成，不包含复杂曲面，无法满足日益复杂的加工检测需求，所以德国学者在原来的基础上增加了锥台、球面、字母槽等特征，制定了梅赛德斯试件，又称NCG试件。我国中航工业成都飞机工业集团公司根据多年的生产经验提出了“S”形检验试件，该试件集合了复杂曲面的一些典型特征，薄壁、三次样条曲面等，可以较好地检测五轴数控机床的各项精度，直接实现对加工误差的重要因素的评判。2012年9月，“S”形检验试件作为附加测试件成为新的国际标准检验试件。
[0004]但上述试件主要面向普通数控机床或精密级数控机床，加工尺寸较大，如果使用这些样件对超精密机床的加工精度进行验证，将面临无法识别超精密级别误差、加工时间过长、效率低下的问题，所以需要针对超精密加工机床精度高、加工速度慢的特点重新设计误差检测样件。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有试件存在的问题，进而提供一种五轴联动超精密加工检测试件及其检测方法，通过结构设计使机床的五个轴系在加工过程中必须参与联动，该试件不仅结构形状简单，加工效率高，同时检测方便，可以对五轴联动超精密加工机床的加工精度进行评价。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：一种五轴联动超精密加工检测试件，所述试件由从上至下一体连接的偏心球、延长锥体、转接板和安装柱四部分构成；所述安装柱通过快换夹具安装在五轴超精密机床的主轴上，所述偏心球相对于安装柱偏心设置，偏心球与延长锥体同轴设置。
[0007]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0008]1、本专利技术能够对五轴联动超精密加工机床的五轴联动加工精度进行快速检测，相
较现有的NSA试件，M1试件，NCG试件和S形试件等试件，尺寸更小，加工速度快，效率更高。
[0009]2、本试件仅对偏心球部分进行超精密加工，其结构简单，便于编制数控程序，同时便于使用三坐标测量机床进行快速测量。
附图说明
[0010]图1是本专利技术结构示意图；
[0011]图2是图1的侧视图；
[0012]图3是图1的正视图；
[0013]图4是铣削加工本专利技术的试件示意图；
[0014]图5是本专利技术的测量路径示意图；
[0015]其中：1、偏心球；2、延长锥体；3、转接板；4、安装柱；5、机床刀具；6、偏心球顶点；7、测量路径；8、测量点；11、轴线一；12、立体角；41、轴线二。
具体实施方式
[0016]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术的做进一步详细的描述。
[0017]参照图1～5所示，本专利技术的一种五轴联动超精密加工检测试件，所述试件由从上至下一体连接的偏心球1、延长锥体2、转接板3和安装柱4四部分构成；所述安装柱4通过快换夹具可安装在五轴超精密机床的主轴上，所述偏心球1相对于安装柱4偏心设置，偏心球1与延长锥体2同轴设置。
[0018]其中：所述安装柱4设置在转接板3一侧，偏心球1设置在转接板3另一侧，偏心球1通过转接板3实现相对安装柱4的偏心设置。
[0019]如图2所示，所述偏心球1与延长锥体2所在的轴线一11与安装柱4所在的轴线二41偏心距离应大于偏心球1半径，使五轴超精密机床Y轴在加工过程中参与联动，且所述轴线一11和轴线二应平行。
[0020]如图3所示，所述偏心球1为球冠结构，球冠的立体角12应大于90
°
，使五轴超精密机床B轴在加工过程中参与联动。
[0021]在偏心球1的加工过程中，五轴超精密机床的五个轴系均参与联动。
[0022]所述延长锥体2上下两端为同轴异径的圆柱部，两端的圆柱部由中间的锥体部平滑过渡，所述延长锥体2整体长度应根据五轴超精密机床刀具进行调整，避免发生干涉。
[0023]所述安装柱4的轴线二41应与五轴超精密机床的主轴轴线重合，不可使用四爪卡盘等可调整偏心装置。
[0024]本专利技术的检测方法：包括以下步骤：
[0025]S1.通过四爪偏心卡盘装置或其他加工方法制备毛坯；
[0026]S2.将毛坯安装在五轴超精密机床上；
[0027]具体为：将毛坯的安装柱4部分安装在五轴超精密机床的主轴上。
[0028]S3.五轴超精密机床使用铣刀或PCD刀具等机床刀具5对毛坯的偏心球1部分进行在位粗加工，如图4所示；
[0029]S4.对粗加工完成的偏心球1进行超精密加工，每次切削深度不大于5μm，避免切深
多大引起延长椎体部分变形；
[0030]S5.对加工完成的偏心球1进行测量。
[0031]具有为：对偏心球1使用三坐标测量仪进行测量，并将测量结果进行球度拟合，为保证测量精度应选取多条不同角度的测量路径7进行测量，使用最小二乘法求得偏心球1半径，将测量点8到球心的距离减去偏心球1半径即可得到加工误差，最大的偏差值即为五轴联动超精密加工的误差。
[0032]其中：所述测量路径7为通过偏心球顶点6的经线，其对应球心角的角度应大于180
°
，测量点8沿测量路径7等角度θ分布。如图5所示。
[0033]可以理解，本专利技术是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本专利技术的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本专利技术的精神和范围。因此，本专利技术不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本专利技术所保护的范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴联动超精密加工检测试件，其特征在于：所述试件由从上至下一体连接的偏心球(1)、延长锥体(2)、转接板(3)和安装柱(4)四部分构成；所述安装柱(4)通过快换夹具安装在五轴超精密机床的主轴上，所述偏心球(1)相对于安装柱(4)偏心设置，偏心球(1)与延长锥体(2)同轴设置。2.根据权利要求1所述的一种五轴联动超精密加工检测试件，其特征在于：所述安装柱(4)设置在转接板(3)一侧，偏心球(1)设置在转接板(3)另一侧，偏心球(1)通过转接板(3)实现相对安装柱(4)的偏心设置。3.根据权利要求2所述的一种五轴联动超精密加工检测试件，其特征在于：所述偏心球(1)与延长锥体(2)所在的轴线一(11)与安装柱(4)所在的轴线二(41)偏心距离大于偏心球(1)半径，使五轴超精密机床Y轴在加工过程中参与联动，且所述轴线一(11)和轴线二平行。4.根据权利要求3所述的一种五轴联动超精密加工检测试件，其特征在于：所述偏心球(1)为球冠结构，球冠的立体角(12)应大于90
°
，使五轴超精密机床B轴在加工过程中参与联动。5.根据权利要求1所述的一种五轴联动超精密加工检测试件，其特征在于：所述延长锥体(2)上下两端为同轴异径的圆柱部，两端的圆柱部由中间的锥体部平滑过渡，所述延长锥体(2)整体长度根据五轴超精密机床刀具进行调整，避免...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋禄启，张强，吴立强，崔志鹏，赵学森，孙涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：