一种球头球心位置检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种球头球心位置检测装置，包括三个伸缩式长度测量杆，三个伸缩式长度测量杆的测头与球头下半球面相接触。本实用新型专利技术球头球心位置检测装置，还包括底座，伸缩式长度测量杆分别通过三个支架安装于底座。球头球心位置检测装置，伸缩式长度测量杆的倾斜角度和位置可通过支架调节。球头球心位置检测装置，伸缩式长度测量杆中心线汇聚于一点。本实用新型专利技术具有如下优点：测量精度高，测量精度达到0.01mm；可以快速计算出球心位置；实现了球头位置的动态记录；通过与机床输出的理论位置比对，可以给出球头运动的任意方向的误差值，也就是机床的任意方向的误差值；通过机床的任意方向的误差值，可完成对机床给定误差的检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种球头球心位置检测装置
本技术属于数控加工
，特别是精度检测

技术介绍
由于能够进行具有复杂型面特征的零件加工，五轴联动数控机床目前已成为航空 航天、汽车、船舶等闻端制造业的关键核心设备。运动精度是反映机床性能的一项关键指 标，直接影响零件加工质量及机床的适用加工范围，精度检测技术也成为高档数控机床研 制、应用、调整的关键基础技术。在精度检测技术体系中，检测装置是核心。高精度、快速的精度检测装置能大幅提 升精度检测效率。当前的数控机床精度检测，常用的工具、量具有十多种如:百分表(千分 表)、芯棒、球头、激光干涉仪、水平尺、水平仪、激光跟踪仪等等，还有一些专用检验工具用 于某些误差的检测。检测的精度项包括:直线度、垂直度、主轴跳动、同轴度、RTCP(Rotation Tool Center Point，绕刀尖点运动)精度检测等几十种，这其中又以RTCP精度检测最为困 难，其主要原因在于测量时，测量终端始终处于运动状态，并融合了多个误差源，因而对检 测仪器的测头性能、以及对误差的敏感度要求更高。在众多的检测工具、量具中，标准球头芯棒(图1)是目前应用最为广泛的一个工 具，往往通过辅以百分表(千分表)等量具，来对机床的绝大多数联动精度及部分几何精度 进行检测。该工具目前是机床RTCP精度检测中应用最多的一项工具，在几乎所有的RTCP 精度检测项中，都需要借助标准球头芯棒。标准球头芯棒的主要参数为芯棒长度Z、球头直径D (图2)，其精度很高。基于球 头芯棒的精度检测原理如下:将球头芯棒安装至主轴上，控制机床相关坐标轴运动，通过检 测球头球心位置变动量，计算得到相关的误差数据。对于球头中心运动误差的检查，目前主要采用百分表在X、Y、Z或者某特定方向指 向球头中心，通过观察百分表检测球头其中其转角精度、检测主要依赖球头进行，通过百分 表指针压缩量来检测球头中心在各个方向上的偏差量。由于百分表量程有限，并且为保持 测量的准确性，利用球头芯棒进行精度检测时，需要根据所测误差的特点，仔细规划机床运 动路径，保证机床运动时球头中心不会发生大的偏移，即:绕球头中心运动，因此目前五轴 联动数控机床的RTCP功能为球头芯棒的应用提供了极大便利。当机床开启RTCP功能时， 可轻易控制球头芯棒绕球头中心运动(图3)，从而为球头中心运动误差检测提供方便，通过 检测运动过程中的球头中心误差变化，检测数控机床的相关精度情况。综上，球头芯棒目前是五轴联动数控机床精度检测的主要工具，而基于球头芯棒 的精度检测方法的关键是能够准确检测球头中心的运动误差。当前测量球头中心运动误差的最常见技术方案是基于百分表，通过在球头的三个 方向架表来测量球头中心运动误差(图4)，测量某些机床的尺寸/几何/RTCP精度情况。采用这种技术方案时，对球头中心位置误差的检测一般需要三个步骤:1.沿机床 X轴方向架表，调整机床使得百分表针尽可能沿X向指向球头球心，控制机床根据设定的轨迹运动，通过百分表测量球头球心沿X方向的运动误差；2.沿机床Y轴方向架表，调整机床 使得百分表针尽可能沿Y向指向球头球心，控制机床根据设定的轨迹运动，通过百分表测 量球头球心沿Y方向的运动误差；3.沿机床Z轴方向架表，调整机床使得百分表针尽可能 沿Z向指向球头球心，控制机床根据设定的轨迹运动，通过百分表测量球头球心沿Z方向的 运动误差。完成上述误差测量后，即得到球头中心运动误差情况，进而计算得到机床误差。由于测量精度主要取决于测量前的百分表安装精度——表针沿某固定方向指向 球头球心，因此保证现有技术一测量精确的关键是:准确安装百分表，保证其指针能沿给定 方向指向球头中心。现有技术一的主要缺点有四个方面:1.测量过程繁琐，测量时间长。球心的运动误差包含3个分量(X/Y/Z)，因此需要分别在各个方向检测，每个方向 的检测都要重新安装、调整百分表，测量过程繁琐，耗时长。2.只能测量球头处于静止状态下的运动误差，不能记录球头在整个运动过程中的误差。用百分表测量时，只能在被测物体处于静止状态下表针才会停止转动，此时方可 读取位移数值，因此现有技术一只能测量球头在各静止状态下的误差量，不能实时记录整 个运动过程的误差值。3.测量精度较差,尤其是在球心存在较大运动误差时。现有技术一中百分表在测量过程中位置始终不变(图5)，因此当球头偏摆导致球 心偏离百分表指针所指方向时(球心从O0偏至0)，球心沿测量方向的实际运动误差(Ztl)将 不等于百分表测量值(Z1),当球头偏移越大时，现有技术一的测量误差也越大。4.只能测量球心沿某固定方向的运动误差(如沿机床X、Y、Z方向)，不易检测球心 沿任意方向的运动误差。现有技术一对球心沿某方向运动误差的测量都是基于百分表，当需要测量球心沿 某个方向的运动误差时，需调整百分表使其表针能够沿该方向指向球心。由于实际应用中， 百分表的调整均依靠人手工进行，除了很好标记的机床X、Y、Z方向外，球头沿其余方向的 运动误差均无法测量。现有技术二也是通过百分表检测球头中心运动误差(图6)，三个百分表安装在一 个呈三向垂直的表座上，可同时检测球头沿三个垂直方向的运动误差(一般为机床的X/ Υ/Ζ三个方向)。相对于现有技术一，其测量原理不变，但由于采用了一个专用表座，使得 百分表调整过程大幅缩减，且一次可完成三个方向运动误差的测量，因此其效率要比技 术一高很多。目前该项技术已申请专利《一种五坐标动态精度检测工具》，专利申请号为 201120185412.9。由于采用了与现有技术一同样的测量原理，因此现有技术二的的主要缺点和前者一样:1.只能测量球头处于静止状态下的运动误差，不能记录球头在整个运动过程中的误差。用百分表测量时，只能在被测物体处于静止状态下表针才会停止转动，此时方可 读取位移数值，因此现有技术二只能测量球头在各静止状态下的误差量，不能实时记录整个运动过程的误差值。2.测量精度较差，尤其是在球心存在较大运动误差时。现有技术二中百分表在测量过程中位置始终不变(图5)，因此当球头偏摆导致球心偏离百分表指针所指方向时(球心从00偏至01)，球心沿测量方向的实际运动误差(LO) 将不等于百分表测量值(LI)，当球头偏移越大时，现有技术二的测量误差也越大。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是:机床绕刀具中心运动全行程的球头中心位置误差的自动、快速、精确测量与记录的问题。本技术一种球头球心位置检测装置，包括三个伸缩式长度测量杆，三个伸缩式长度测量杆的测头与球头下半球面相接触。本技术球头球心位置检测装置，还包括底座，伸缩式长度测量杆分别通过三个支架安装于底座。球头球心位置检测装置，伸缩式长度测量杆的倾斜角度和位置可通过支架调节。球头球心位置检测装置，伸缩式长度测量杆中心线汇聚于一点。球头球心位置检测装置，三个伸缩式长度测量杆在水平面上的投影呈中心对称， 相互之间夹角为120°。球头球心位置检测装置，三个伸缩式长度测量杆与水平面的夹角相等。球头球心位置检测装置，三个伸缩式长度测量杆的前端测头的半径相同。球头球心位置检测装置，还包括数据处理器，所述的伸缩式长度测量杆为电子式长度测量器件，并与数据处理器连接，数据处理器可实现测量数据的记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球头球心位置检测装置，其特征在于，包括三个伸缩式长度测量杆，三个伸缩式长度测量杆的测头与球头下半球面相接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志平，刘大炜，林海峰，彭志军，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：