一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法。该方法首先测量立式加工中心的线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差即几何误差，再测量立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差，两次测量过程中条件不变，最后对两次数据进行做差，得到立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差。这样就避免了机床各组成部分的几何误差对热定位误差测量的影响，提高了测量结果的准确度。该方法能快速高效的完成线性轴热定位误差的在机测试要求，不仅避免了机床各组成部分的几何误差对热定位误差测量的影响，也避免位移传感器或标准件的使用以及装夹、找正、固定造成的偏差问题，提高了测量结果的准确性。

Test method for thermal positioning error of linear axis of vertical machining center

The invention discloses a test method for the thermal positioning error of a linear axis of a vertical machining center. The initial positioning error on the linear axis of each measurement point firstly measuring the vertical machining center is the geometric error, and measurement error of positioning at any moment linear axis vertical machining center of each measurement point, the same conditions of the two measurement process, at the end of the two data do bad, get the error thermal positioning at any time the vertical machining center linear axis of each measurement point. In this way, the geometric error of each part of the machine tool is avoided, and the accuracy of the measurement result is improved. This method can quickly and efficiently complete the linear axis thermal positioning error in machine test, not only to avoid the various components of the machine tool geometric error on the thermal effect of positioning error measurement, also avoid the use of displacement sensor or standard parts and clamping and alignment, caused by the fixed deviation problem, improve the accuracy of measurement results the.

【技术实现步骤摘要】
一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法
本专利技术涉及数控机床热定位误差测量领域，具体是一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法。
技术介绍
机床热定位误差是指由于高速切削或快速进给造成机床主要部件产生不均匀的温度场，使得机床在热效应影响下发生热变形所引起的定位误差。随着数控机床向高速、高精密和大型复合化方向发展，机床运动轴的热定位误差对机床性能提升起关键作用。因此，如何准确、快速、高效地获得运动轴的热定位误差以提高机床的加工精度，具有重要意义。目前，数控机床热定位误差测量方法主要有接触式测量和非接触式测量，接触式测量方法一般按照国际标准《机床检验通则第3部分：热效应的确定》(ISO230-3：2001IDT)，通过在数控机床主轴处安装金属圆棒，在金属圆棒任意两截面径向位置处和端面位置处分别固定高精度位移传感器，用五个位移传感器来测量沿X、Y、Z轴线的线性热变形及绕X、Y轴线的角度热变形；还有在数控机床主轴处安装测头，构成在线检测系统，用测头碰触标准件来间接得到线性轴线的热定位误差；如申请号201610183975.1公开了一种数控机床全工作台热误差测量系统及其测量方法，该测量系统包括吸附在数控机床工作台台面上的定位板、定位板上均匀安装多个长方体标准件、数控机床的刀具位置处安装测头、信号转换器和计算机，信号转换器一端与数控系统的PMC模块I/O口相连，另一端与计算机双向通讯；用该装置的具体测量方法是先用数控机床的测头触碰数控机床工作台台面，测量数控机床工作台所在表面的Z向坐标；再用数控机床的测头触碰长方体标准件的三个表面测量初始坐标；数控机床按实验计划设定参数运行一定时间，然后再用在线检测系统测头触碰长方体标准件表面测量坐标，计算得到热误差。该方法成本低廉仅需一个测头和若干个长方体标准件即可实现对数控机床全工作台多点热误差的测量，但是忽略了标准件装夹、找正、固定造成的偏差。非接触式测量方法一般采用非接触式位移传感器或光学、视觉测量方法间接获得热定位误差，如申请号200910052299.4公开了一种磨床砂轮主轴热误差测量方法，尤其是一种砂轮主轴径向两个方向的热变形及倾角误差的测量方法，具体步骤为在X、Y方向沿Z轴分别安装两个非接触式位移传感器，其中第一、三传感器位于同一平面上，第二、四传感器位于同一平面上；确定上述任一传感器与砂轮主轴的相对位置；测量主轴的热变形量；修正砂轮主轴热变形与随机测量误差。该方法解决了砂轮主轴热变形的测量问题，但是该方法忽略了机床各组成部分几何定位误差(如机床各个部分的安装间隙误差和螺距误差等)和位移传感器或标准件装夹、找正、固定造成的偏差对测量结果的影响，而且该方法需要建立在准确确定传感器与砂轮主轴相对位置的基础上，这在实际测量过程中很难保证，并且所用的电容传感器或电涡流传感器数目较多、安装固定也比较困难；测量效率较低，不能满足数控加工过程中在机快速检测要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法。该方法能快速高效的完成线性轴热定位误差的在机测试要求，不仅避免了机床各组成部分的几何定位误差对热定位误差测量的影响，也避免位移传感器或标准件的使用以及装夹、找正、固定造成的偏差问题，减少辅助测量工时。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：步骤一，测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：1、规划测量点：在线性轴上等距离规划N个测量点；2、热定位误差测量装置的安装：在规划完测量点之后，进行热定位误差测量装置的安装及光路准直；线性轴分为X轴方向、Y轴方向和Z轴方向，针对不同方向的线性轴，热定位误差测量装置的安装方式不同：X轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的一侧；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的X轴上，位于立式加工中心的另一侧；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Y轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Y轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Z轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装立式加工中心的XY轴水平面上；激光头和线性干涉镜的分光镜的入射光中心在同一条直线上，分光镜的出射光中心和第二线性反射镜中心在同一直线上，两直线相互垂直；热定位误差测量装置安装完成后，对激光干涉仪进行光路准直；3、测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：开始测量，对各个测量点进行测量：对X轴进行测量时，第二线性反射镜沿X轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Y轴进行测量时，第二线性反射镜沿Y轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Z轴进行测量时，第二线性反射镜沿Z轴做直线运动，保持线性干涉镜和水平面轴固定不动；采用最小二乘法对各个测量点的测量数据进行计算分析，得到立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差Esi，各个测量点在初始时刻的定位误差计算公式为：Esi＝l1i-x1i；其中：Esi为初始时刻各个测量点的定位误差，l1i为初始时刻各个测量点的直接测量值；x1i为初始时刻各个测量点的真实值；初始时刻是指立式加工中心加工开始前线性轴未产生热变形的时刻；步骤二，测量立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差：开始测量，测量条件与步骤一相同，对各个测量点进行测量：对X轴进行测量时，第二线性反射镜沿X轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Y轴进行测量时，第二线性反射镜沿Y轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Z轴进行测量时，第二线性反射镜沿Z轴做直线运动，保持线性干涉镜和水平面轴固定不动；采用最小二乘法对各个测量点的测量数据进行计算分析，得到立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差Ei，各个测量点在任意时刻的定位误差计算公式为：Ei＝l2i-x2i；其中：Ei为任意时刻各个测量点的定位误差，l2i为任意时刻各个测量点的直接测量值；x2i为任意时刻各个测量点的真实值；任意时刻是指立式加工中心线性轴加工运转进行中的任意时刻；步骤三，得到立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差：立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差Eti等于立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差Ei减去立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差Esi，其计算公式为：Eti＝Ei-Esi，通过立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差得到立式加工中心线性轴在任意时刻的热定位误差。与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：步骤一，测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：1、规划测量点：在线性轴上等距离规划N个测量点；2、热定位误差测量装置的安装：在规划完测量点之后，进行热定位误差测量装置的安装及光路准直；线性轴分为X轴方向、Y轴方向和Z轴方向，针对不同方向的线性轴，热定位误差测量装置的安装方式不同：X轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的一侧；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的X轴上，位于立式加工中心的另一侧；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Y轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Y轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Z轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装立式加工中心的XY轴水平面上；激光头和线性干涉镜的分光镜的入射光中心在同一条直线上，分光镜的出射光中心和第二线性反射镜中心在同一直线上，两直线相互垂直；热定位误差测量装置安装完成后，对激光干涉仪进行光路准直；3、测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：开始测量，对各个测量点进行测量：对X轴进行测量时，第二线性反射镜沿X轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Y轴进行测量时，第二线性反射镜沿Y轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Z轴进行测量时，第二线性反射镜沿Z轴做直线运动，保持线性干涉镜和水平面轴固定不动；采用最小二乘法对各个测量点的测量数据进行计算分析，得到立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差Esi，各个测量点在初始时刻的定位误差计算公式为：Esi＝l1i‑x1i；其中：Esi为初始时刻各个测量点的定位误差，l1i为初始时刻各个测量点的直接测量值；x1i为初始时刻各个测量点的真实值；初始时刻是指立式加工中心加工开始前线性轴未产生热变形的时刻；步骤二，测量立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差：开始测量，测量条件与步骤一相同，对各个测量点进行测量：对X轴进行测量时，第二线性反射镜沿X轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Y轴进行测量时，第二线性反射镜沿Y轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Z轴进行测量时，第二线性反射镜沿Z轴做直线运动，保持线性干涉镜和水平面轴固定不动；采用最小二乘法对各个测量点的测量数据进行计算分析，得到立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差Ei，各个测量点在任意时刻的定位误差计算公式为：Ei＝l2i‑x2i；其中：Ei为任意时刻各个测量点的定位误差，l2i为任意时刻各个测量点的直接测量值；x2i为任意时刻各个测量点的真实值；任意时刻是指立式加工中心线性轴加工运转进行中的任意时刻；步骤三，得到立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差：立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差Eti等于立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的定位误差Ei减去立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差Esi，其计算公式为：Eti＝Ei‑Esi，通过立式加工中心线性轴各个测量点在任意时刻的热定位误差得到立式加工中心线性轴在任意时刻的热定位误差。...

【技术特征摘要】
1.一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：步骤一，测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：1、规划测量点：在线性轴上等距离规划N个测量点；2、热定位误差测量装置的安装：在规划完测量点之后，进行热定位误差测量装置的安装及光路准直；线性轴分为X轴方向、Y轴方向和Z轴方向，针对不同方向的线性轴，热定位误差测量装置的安装方式不同：X轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的一侧；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的X轴上，位于立式加工中心的另一侧；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Y轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Y轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜位于激光头和第二线性反射镜之间；激光头、线性干涉镜的分光镜和第二线性反射镜三者的中心在同一直线上；Z轴安装：将激光头安装在云台上，云台固定安装在支架上；支架固定于水平面上，位于立式加工中心的正前端；第二线性反射镜通过第一磁力基座安装在立式加工中心的Z轴上；线性干涉镜通过第二磁力基座安装立式加工中心的XY轴水平面上；激光头和线性干涉镜的分光镜的入射光中心在同一条直线上，分光镜的出射光中心和第二线性反射镜中心在同一直线上，两直线相互垂直；热定位误差测量装置安装完成后，对激光干涉仪进行光路准直；3、测量立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差：开始测量，对各个测量点进行测量：对X轴进行测量时，第二线性反射镜沿X轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Y轴进行测量时，第二线性反射镜沿Y轴做直线运动，保持线性干涉镜和Z轴固定不动；对Z轴进行测量时，第二线性反射镜沿Z轴做直线运动，保持线性干涉镜和水平面轴固定不动；采用最小二乘法对各个测量点的测量数据进行计算分析，得到立式加工中心线性轴各个测量点在初始时刻的定位误差Esi，各个测量点在初始时刻的定位误差计算公式为：Esi＝l1i-x1i；其中：Esi为初始时刻各个测量点的定位误差，l1i为初始时刻各个测量点的直接测量值；x1i为初始时刻各个测量点的真实值；初始时刻是指立...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽青，韩靖，杨伟东，刘丽冰，彭凯，张俊峰，李莉，张艳蕊，张玉佩，李媛媛，成玉飞，陈英姝，谭飏，李增强，张炳寅，范敏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12