本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)及其方法。

背景技術(shù)：

機(jī)床空間熱誤差的產(chǎn)生：機(jī)床切削工件的基本原理在于，主軸上安裝的刀具需要接觸工作臺(tái)上安裝的工件，并通過主軸上刀具的旋轉(zhuǎn)和直線軸的進(jìn)給，完成工件的切削。因此理想情況下，我們希望主軸上刀具和工作臺(tái)上安裝的工件需要加工的位置兩者是一致的，沒有誤差，這樣加工的精度就可以達(dá)到很高。

然而，工件機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過程中，無(wú)論采用絲杠傳動(dòng)或者直線電機(jī)等方式，其傳動(dòng)部件——包括導(dǎo)向承受載荷的導(dǎo)軌、絲杠或者直線電機(jī)，均會(huì)在運(yùn)動(dòng)中由于摩擦或者電機(jī)自身受載后的發(fā)熱導(dǎo)致在機(jī)床上集聚熱量，這些熱量都會(huì)成為發(fā)熱點(diǎn)，在機(jī)床上形成分布的熱源，并且隨著運(yùn)動(dòng)部件的位置不同，這些熱源的位置也會(huì)產(chǎn)生一定的變化，最終造成機(jī)床主軸上刀具和工作臺(tái)上工件的加工點(diǎn)之間的不一致，這就是機(jī)床空間的熱誤差。這種不一致最終會(huì)造成加工工件部位的精度和表面粗糙度的降低。因此在機(jī)床行業(yè)，必須考慮空間熱誤差的測(cè)量，了解機(jī)床的空間熱誤差情況，并在可能的情況下，采用不同的方式予以補(bǔ)償。從而提高機(jī)床加工零件的加工精度。

目前，常用的空間熱變形誤差測(cè)試方式有：

i)平尺、角尺和指示器，可用于測(cè)量主軸和工作臺(tái)之間在單一直線方向的誤差變化；

i i)方箱和指示器，可用于測(cè)量主軸和工作臺(tái)之間在垂直方向產(chǎn)生的誤差；

i i i)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床測(cè)頭，測(cè)頭安裝與機(jī)床主軸上，可用于接觸式測(cè)量工作臺(tái)上固定點(diǎn)的誤差情況，可根據(jù)需要測(cè)量感興趣的點(diǎn)的某一熱誤差。由于采用接觸方式來測(cè)量點(diǎn)的誤差情況，測(cè)頭需接觸所需測(cè)試的部位，從空間上對(duì)測(cè)試點(diǎn)有所局限，同時(shí)測(cè)頭在某個(gè)點(diǎn)只能測(cè)試一個(gè)直線方向的誤差。

對(duì)于前兩種采用的平尺、角尺以及方箱和指示器結(jié)合的方式來進(jìn)行測(cè)量，運(yùn)行過程中測(cè)試儀器無(wú)法固定在機(jī)床上隨機(jī)床運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)停止后調(diào)整測(cè)試儀器需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，效率低，影響測(cè)量結(jié)果。后一種采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)頭測(cè)試的方式，其測(cè)頭安裝在機(jī)床主軸上，采用接觸方式來測(cè)量點(diǎn)的誤差情況，測(cè)頭需接觸所需測(cè)試的部位，從空間上對(duì)測(cè)試點(diǎn)有所局限，同時(shí)測(cè)頭在某個(gè)點(diǎn)只能測(cè)試一個(gè)直線方向的誤差。故綜上所述的各方法均不實(shí)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的之一是提供一種測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)，利用其可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案：

一種測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)，其包括有：

一安裝板；

一組高度互不相同的支柱，各支柱頂端固定有標(biāo)準(zhǔn)球；工作時(shí)選取五個(gè)支柱分別固定在安裝板平面上的四個(gè)角位及該四個(gè)角所圍平面的中心區(qū)域，將五個(gè)支柱中處于中間高度的支柱固定在所述的中心位置；

一個(gè)用于測(cè)量各標(biāo)準(zhǔn)球位置的測(cè)頭；

將安裝板固定在機(jī)床的工作臺(tái)面上，并使安裝板的大面與機(jī)床的主軸垂直；測(cè)頭固定在機(jī)床的主軸上，兩者均可隨機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，所述四個(gè)角位上的支柱高度排布的次序隨機(jī)布設(shè)。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，所述安裝板平面上的四個(gè)角位所圍面積大于或等于測(cè)量空間所對(duì)應(yīng)的XY向平面的面積。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，所述安裝板平面上的四個(gè)角位所圍面呈矩形。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，還至少具有如下特征之一：

1)所述一組高度互不相同的支柱中，工作時(shí)選取的最高支柱的高度大于或等于測(cè)量空間Z向所對(duì)應(yīng)的高度尺寸；

2)所述一組高度互不相同的支柱中，最低的支柱高度不高于100mm；

3)所述中高支柱高度的設(shè)置應(yīng)保證測(cè)頭靠近測(cè)量時(shí)固定測(cè)頭的主軸部件與最高支柱的距離不小于安全距離，該安全距離大于等于10mm。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，所述各支柱的主體為圓柱狀，其頂端帶有一段細(xì)圓柱，該細(xì)圓柱直徑小于標(biāo)準(zhǔn)球的直徑。

所述量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)中，還至少具有如下特征之一：

a)標(biāo)準(zhǔn)球的球度誤差小于0.6μm；

b)所述快速測(cè)量規(guī)中的各零件采用熱膨脹系數(shù)低的材料制作；

c)所述測(cè)頭為三維非接觸式。

本發(fā)明的另一目的是提供一種測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量方法，利用其可方便的獲得熱變形的誤差，具有快速檢測(cè)的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案：

一種測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量方法，包括有如上述任一種測(cè)量規(guī)；其方法步驟如下：

1)劃定鏜銑床機(jī)床待測(cè)空間熱變形誤差的測(cè)量空間，依據(jù)測(cè)量空間的尺寸選取五個(gè)支柱，備安裝板，選五個(gè)支柱中中間高度的支柱固定在所述的中心位置；其余四個(gè)支柱分別固定在安裝板平面的四個(gè)角位，在各支柱上分別固定標(biāo)準(zhǔn)球；將安裝板固定在機(jī)床的工作臺(tái)面上，測(cè)頭固定在機(jī)床的主軸上；

2)在機(jī)床未工作前，控制測(cè)頭按照規(guī)劃的路徑以規(guī)定順序靠近每個(gè)支柱上的標(biāo)準(zhǔn)球，測(cè)各標(biāo)準(zhǔn)球的即時(shí)位置，將該即時(shí)位置設(shè)定為基準(zhǔn)位置；

3)啟動(dòng)機(jī)床完成工作，在機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸停止運(yùn)動(dòng)后，控制測(cè)頭再次按照上述同樣的路徑、同樣的順序靠近每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，從而得出各標(biāo)準(zhǔn)球變形后新位置；

4)將變形后新位置和原基準(zhǔn)位置比較，得到該空間熱變形誤差。

本發(fā)明提出的測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)，在機(jī)床運(yùn)動(dòng)中可固定在機(jī)床的工作臺(tái)面上，測(cè)頭固定在主軸上，均可隨機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)停止后，讓測(cè)頭快速接近測(cè)量規(guī)，并迅速完成測(cè)量，獲得空間三個(gè)方向的誤差數(shù)據(jù)。測(cè)量規(guī)可涵蓋足夠大的測(cè)量空間，可表述機(jī)床整個(gè)空間不同三維位置點(diǎn)的誤差情況，這些點(diǎn)覆蓋機(jī)床各直線軸的不同位置，具有代表性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：利用本發(fā)明測(cè)量規(guī)和測(cè)量方法，不需要嚴(yán)格控制各支柱和標(biāo)準(zhǔn)球的位置尺寸，通過比較的方法獲得熱變形的誤差，具有快速檢測(cè)的效果，非常便于工程適用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)一較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2為本發(fā)明測(cè)量時(shí)測(cè)頭與支柱相對(duì)位置狀態(tài)示意圖。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

圖中：1-中高支柱；2-最高支柱；3-標(biāo)準(zhǔn)球；4-中間支柱；5-安裝板；6-中間支柱；7-最低支柱；8-測(cè)頭。

具體實(shí)施方式

參見圖1所示，本發(fā)明測(cè)量鏜銑床空間熱變形誤差的快速測(cè)量規(guī)由一組頂端固定有高精度標(biāo)準(zhǔn)球3的支柱(本實(shí)施例中包括中高支柱1、高支柱2、標(biāo)準(zhǔn)球3、中間支柱4和中間支柱支柱6)安裝在安裝板5上組成。

所述的安裝板5盡可能覆蓋所需測(cè)量空間的一個(gè)平面的尺寸，該測(cè)量空間可以根據(jù)鏜銑床加工行程來預(yù)先劃分，該安裝板5的形狀以方形為佳。

所述的一組支柱中，各支柱的高度尺寸均互不相同。工作時(shí)，至少要選取五個(gè)支柱分別固定在安裝板平面的四個(gè)角位及四個(gè)角位的中心區(qū)域?yàn)榧?，以可以有效的代表所選定的機(jī)床測(cè)量空間。所述五個(gè)支柱固定在安裝板上，最高支柱4的高度盡可能覆蓋測(cè)量空間除安裝板平面的另一個(gè)維度(亦即大于或等于測(cè)量空間所對(duì)應(yīng)的Z向高度尺寸)，最低支柱7的高度盡可能靠近安裝板(不高于100mm)，中高支柱1的高度與鏜銑床主軸軸伸尺寸有關(guān)，其尺寸應(yīng)保證三維測(cè)頭可以靠近，但又不會(huì)影響測(cè)頭的行進(jìn)(如果中高支柱1過低，安裝有三維測(cè)頭的機(jī)床主軸測(cè)試時(shí)靠近該支柱，可能會(huì)和四角位置的支柱干涉)。故所述中高支柱1高度的設(shè)置應(yīng)保證測(cè)頭靠近測(cè)量時(shí)固定測(cè)頭的主軸部件與最高支柱的距離不小于安全距離，所述的安全距離是指：測(cè)頭測(cè)中高支柱1的時(shí)候其可以運(yùn)動(dòng)的軌跡是有限的，也就是說Z向是有限的，只能運(yùn)動(dòng)到距安裝板一定的高度。例如：如果這個(gè)高度是200mm(200mm主軸部件與支柱正好不干涉)，那么中高支柱1如果低于200mm，測(cè)頭無(wú)法感應(yīng)到標(biāo)準(zhǔn)球就無(wú)法檢測(cè)到數(shù)據(jù)，此時(shí)中高支柱1高度就必須高于200mm，如果高度為220mm，則還有20mm才會(huì)與最高的支柱干涉，此值即為安全距離，該安全距離應(yīng)為10mm～25mm。常規(guī)情況下，中高支柱1的高度應(yīng)為最高支柱高度與最低支柱高度之差的1/2，亦可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整該數(shù)值。所述置于四角位置的四個(gè)支柱按隨機(jī)的高度次序排布。

本實(shí)施例中，所述的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球3分別固定在五個(gè)支柱上，各支柱與標(biāo)準(zhǔn)球3固定側(cè)為相對(duì)直徑很小的一段細(xì)圓柱，本實(shí)施例中，所述各支柱的主體為圓柱狀，頂端帶有的細(xì)圓柱直徑要大大小于標(biāo)準(zhǔn)球的直徑；標(biāo)準(zhǔn)球3的球度誤差應(yīng)小于0.6μm為佳。

本發(fā)明所述的用于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球位置的測(cè)頭8應(yīng)采用三維非接觸式。

本發(fā)明測(cè)量規(guī)中的各零件均應(yīng)采用熱膨脹系數(shù)低的材料制作，如銦鋼，以盡量避免測(cè)量規(guī)中的各零件隨機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生形變。

本發(fā)明的工作原理及工作過程是：

眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)多于三點(diǎn)，且三點(diǎn)不在同一平面上時(shí)，則可以組成空間的圖形，因此在本發(fā)明中，我們采用五個(gè)不在同一平面的點(diǎn)來測(cè)量其位置變化，從而反應(yīng)機(jī)床的空間熱誤差，這五個(gè)點(diǎn)位于安裝板的四個(gè)角和中間位置，具有代表性。由于采用非接觸式測(cè)量，具有快速測(cè)量的特點(diǎn)。我們采用的是這五點(diǎn)中每點(diǎn)的相對(duì)誤差，因此各點(diǎn)之間不需要嚴(yán)格的尺寸要求，非常便于工程適用。使用時(shí)，固定在安裝板上的五個(gè)支柱和標(biāo)準(zhǔn)球作為一個(gè)整體裝置，在機(jī)床運(yùn)動(dòng)中可固定在機(jī)床的工作臺(tái)面上，非接觸式三維測(cè)頭固定在主軸上，兩者均可隨機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使用該測(cè)量規(guī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先選擇在運(yùn)動(dòng)前的初始狀態(tài)，控制三維測(cè)頭按照規(guī)劃的路徑，以規(guī)定順序靠近每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，從而得出各標(biāo)準(zhǔn)球的位置作為基準(zhǔn)位置。當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)停止(亦即發(fā)生熱變形)后，再次按照同樣的路徑、同樣的順序靠近每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，從而得出各標(biāo)準(zhǔn)球變形后的位置。新位置和原位置的比較，即為該空間的熱變形誤差。測(cè)量規(guī)測(cè)量這五點(diǎn)中每點(diǎn)的相對(duì)誤差，各點(diǎn)之間不需要嚴(yán)格的尺寸要求。

上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請(qǐng)專利的保護(hù)范圍。