一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，属于数控加工精度检测技术领域，其特征在于，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法


[0001]本专利技术涉及到数控加工精度检测
，尤其涉及一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法
。

技术介绍

[0002]随着数控机床发展愈加成熟，数控机床被广泛运用于各行业加工之中
。AC
型五轴联动数控机床具备灵活
、
快速
、
可加工范围大等特点，被广泛运用于各类复杂结构件加工
。
然而在实际生产加工中，数控机床的精度受到许多因素的影响，产生机床误差
。
影响因素包括：机床结构以及零部件的几何误差
、
机床热变形误差
、
切削力引起的误差
、
刀具磨损引起的误差
、
控制误差和其他误差，如颤振引起的误差等
。
其中，几何误差和热误差占到总误差的
45%
‑
65%
，对于大型数控机床其影响程度可达
55%
‑
80%。
机床主轴作为机床结构的重要组成部分，运动精度是决定加工质量和切削效率的重要因素
。
因此，减小数控机床主轴几何误差的影响，实现精准快速的测量机床主轴几何精度是提升机床精度的关键
。
[0003]机床主轴常见的故障包括主轴轴向窜动和径向跳动
。
径向跳动是用来检测轴偏差，轴向窜动是轴在工作中沿轴线方向发生的微小移动
。
这些都会影响到机床主轴的旋转精度，同时会引起主轴在旋转一周的过程中，产生轻重不匀的现象，甚而导致主轴机构发热
。
现有对主轴几何误差精度检测与调整通常采用检验棒
、
千分表等工具进行，该过程容易产生较大测量误差，测量效率低，监控时效性差，导致操作人员无法及时发现设备精度劣化情况，容易出现产品质量问题
。
[0004]公告号为
CN106990756 B
，公告日为
2019
年
03
月
05
日的中国专利文献公开了一种数控机床几何精度在线监测方法，其特征在于，该方法中，首先在数控机床床身表面粘贴应变片；通过搭建的无线应变监测系统，采集并远程传输各离散测点应变数据；将离散应变数据作为边界条件，求解满足双调和函数的应力方程，预测机床基础件表面应变场分布，通过积分得到机床基础件变形状态；再通过端点连线法求出机床基础件直线度
。
[0005]该专利文献公开的数控机床几何精度在线监测方法，通过在机床基础件表面粘贴应变片，并通过数据采集系统采集相应点的应变场数据，虽然在一定程度上能够发现机床精度劣化情况，但是无法将测量数据进行误差分离，指导操作人员进行机床精度补偿，导致容易出现因机床主轴几何精度下降而产生的产品质量问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，本专利技术能够完成机床主轴径向跳动精度和主轴轴向窜动精度自动标定与补偿，减少了测量过程中的人工干预，提升了检测效率，有效避免了因机床主轴几何精度下降导致的产品质量问题
。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、
将陶瓷标准球固定在机床工作台上，调用测头并激活，运行测头至陶瓷标准球处，执行球心自动测量程序，获取陶瓷标准球球心，并将陶瓷标准球球心设置为测量坐标系原点
Q(X,Y,Z)
；
b、
将测头沿机床
Z+
向抬刀，测头移动到陶瓷标准球
Z
向最高点
100mm
处，以
300mm/min
的速度向下沿
Z
‑
触碰陶瓷标准球
Z
向最高点，记录测头的
Z
坐标值
P1，再向上抬刀至陶瓷标准球
Z
向最高点
100mm
处，主轴每旋转
10
°
，则触碰陶瓷标准球
Z
向最高点，记录主轴每个角度下测头的
Z
坐标值，通过循环测量得到
36
个坐标值，计算主轴轴向窜动
T1
；
c、
将测头移动至距离陶瓷标准球
X
向最高点
100mm
处，以
300mm/min
的速度沿机床
X
‑
向触碰陶瓷标准球
X
向最高点，记录测头的
X
坐标值
M1，再移动主轴至陶瓷标准球
X
向最高点
100mm
处，主轴每旋转
10
°
，触碰陶瓷标准球
X
向最高点，记录主轴每个角度下测头的
X
坐标值，通过循环测量得到
36
个坐标值，计算主轴径向跳动
T2
；
d、
通过调用机床的测头，完成机床精度自动测量，根据测量结果，将主轴轴向窜动
T1
和主轴径向跳动
T2
自动补偿至数控系统中
。
[0008]所述步骤
a
中，调用测头并激活是指在机床端输入换刀命令，在刀库中调用测头，并装载至机床的主轴上
。
[0009]所述步骤
b
中，主轴轴向窜动
T1
通过式1计算；
T1=P
max
‑
P
min
式1；其中，
P
max
为测头的
Z
坐标值的最大值，
P
min
为测头的
Z
坐标值的最大值
。
[0010]所述测头的
Z
坐标值的最大值通过式2确定；
P
max
=MAX
（
P1，
P2，
P3…
P
36
）式
2。
[0011]所述测头的
Z
坐标值的最小值通过式3确定；
P
min
=MIN
（
P1，
P2，
P3…
P
36
）式
3。
[0012]所述步骤
b
中，主轴径向跳动
T2
通过式4计算；
T2=L
max
‑
L
min
式4；其中，
L
max
为测头的
X
坐标值的最大值，
L
min
为测头的
X
坐标值的最小值<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、
将陶瓷标准球固定在机床工作台上，调用测头并激活，运行测头至陶瓷标准球处，执行球心自动测量程序，获取陶瓷标准球球心，并将陶瓷标准球球心设置为测量坐标系原点
Q(X,Y,Z)
；
b、
将测头沿机床
Z+
向抬刀，测头移动到陶瓷标准球
Z
向最高点
100mm
处，以
300mm/min
的速度向下沿
Z
‑
触碰陶瓷标准球
Z
向最高点，记录测头的
Z
坐标值
P1，再向上抬刀至陶瓷标准球
Z
向最高点
100mm
处，主轴每旋转
10
°
，则触碰陶瓷标准球
Z
向最高点，记录主轴每个角度下测头的
Z
坐标值，通过循环测量得到
36
个坐标值，计算主轴轴向窜动
T1
；
c、
将测头移动至距离陶瓷标准球
X
向最高点
100mm
处，以
300mm/min
的速度沿机床
X
‑
向触碰陶瓷标准球
X
向最高点，记录测头的
X
坐标值
M1，再移动主轴至陶瓷标准球
X
向最高点
100mm
处，主轴每旋转
10
°
，触碰陶瓷标准球
X
向最高点，记录主轴每个角度下测头的
X
坐标值，通过循环测量得到
36
个坐标值，计算主轴径向跳动
T2
；
d、
通过调用机床的测头，完成机床精度自动测量，根据测量结果，将主轴轴向窜动
T1
和主轴径向跳动
T2
自动补偿至数控系统中
。2.
根据权利要求1所述的一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，其特征在于：所述步骤
a
中，调用测头并激活是指在机床端输入换刀命令，在刀库中调用测头，并装载至机床的主轴上
。3.
根据权利要求1所述的一种基于测头的数控机床主轴几何误差测量方法，其特征在于：所述步骤
b

【专利技术属性】
技术研发人员：虎瑛，廖刚，刘大炜，李颖，李建东，费亚，周昕，谢睿，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：