一种五轴数控机床空间热误差测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种五轴数控机床空间热误差测量系统，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台上的测量标准件，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，所述测量标准件包括标准球头，标准球头具有用于被所述测头测量的标准球面。本发明专利技术解决了现有技术中，长方体测量标准件在应用于五轴数控机床的热误差测量时，如果测量标准件产生转动角度，存在单方向热误差影响其他方向热误差值较大的技术问题。

A space thermal error measurement system for five axis CNC machine tools

【技术实现步骤摘要】
一种五轴数控机床空间热误差测量系统
本专利技术涉及一种数控机床热误差测量领域中的五轴数控机床空间热误差测量系统。
技术介绍
目前，随着工业4.0进程的不断深化，以及《中国制造2025》中制造强国战略计划的持续推进，工业制造的发展方向趋于智能化、柔性化、高精度化。其中数控机床作为生产过程中不可获取的加工单元，是制造强国发展战略的重点研究对象。热误差可占机床总误差的40~70%，尤其对于五轴数控机床，其相对于三轴数控机床，多出来的两个自由度虽然提升了机床的加工柔性，但同时，也增加了数控机床的热源数量和结构复杂度，使热误差特性的变动程度更加剧烈。热误差是数控机床研究领域中的重点，而热误差测量是保证研究顺利进行的必经之路。中国专利CN105785915A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”，包括多个固定于工作台上的长方体标准件，在机床主轴位置安装在线检测测头，通过测头触碰每个长方体标准件实现多点热误差测量，具体触碰时，需要在线检测测头分别触碰长方体标准件的各侧面来获取对应的坐标值，比如说需要测量Z向坐标时，需要上下移动检测测头使检测测头与标准件顶部接触，需要测量Y向和X向坐标时，需要工作台带动标准件做对应的水平方向移动，同时检测测头也要进行Z向的移动。现有的这种测量方式对于五轴数控机床工作台空间多点热误差的测量来说，存在本质上的不适用问题，因为五轴数控机床除了X，Y，Z三轴的平移之外，还有两个转动轴。比如对于五轴龙门式加工中心来说，当工作台绕A轴旋转后，会导致固定在工作台上的测量标准件发生倾斜，则会出现不同方向热误差相互影响热误差测量结果的情况，如图1所示：假设五轴工作台上安装长方体测量标准件进行在线检测热误差测量，标准件随A轴转动发生倾斜，此时，假设实际仅产生Y向热误差，但当测头对Z方向测量时，却因为测量标准件的倾斜而多测出大小的额外热误差。同理，Z向的热误差也会对Y向热误差的测量值产生影响，即使得测量得到的热误差值存在原理上的失真，且该失真程度与标准件的倾斜角度有关，标准件相对竖直方向的倾斜角度越小，Y向热误差对Z向热误差的影响值就越大。此外，检测测头需要顺次对长方体测量标准件的各个侧面接触来获得坐标值，测量效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种五轴数控机床空间热误差测量系统，以解决现有技术中，长方体测量标准件在应用于五轴数控机床的热误差测量时，如果测量标准件产生转动角度，存在单方向热误差影响其他方向热误差值较大的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术中的技术方案如下：一种五轴数控机床空间热误差测量系统，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台上的测量标准件，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，所述测量标准件包括标准球头，标准球头具有用于被所述测头测量的标准球面。测量标准件通过基准球底座安装于所述工作台上，测量标准件有多个，多个测量标准件分布于所述基准球底座上。基准球底座上开设有与测量标准件一一对应的轴线沿Z方向延伸的螺纹孔，测量标准件具有与对应螺纹孔螺纹连接的连接螺杆，标准球头设置于连接螺杆的顶部。所述测头为三维电涡流传感器测头，三维电涡流传感器测头包括测头底座，测头底座上固定有彼此相互垂直的第一PCB基板、第二PCB基板和第三PCB基板，三个PCB基板的内侧分别固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈、轴线沿Y方向延伸的第二电涡流线圈和轴线沿Z方向延伸的第三电涡流线圈，三个电涡流线圈的轴线垂直相交，各PCB基板上均开设有两个供对应电涡流线圈的线圈头焊接固定的焊盘孔。测头底座包括板厚沿Z方向延伸的底板、垂直固定于底板上的板厚沿X方向延伸的第一竖板和垂直固定于底板上的板厚沿Y方向延伸的第二竖板，第三PCB基板固定贴设于所述底板上，第一PCB基板固定贴设于第一竖板上，第二PCB基板固定贴设于第二竖板上。底板上设置有与第三PCB基板上的焊盘孔相对应的底板穿线孔，第一竖板上设有与第一PCB基板上焊盘孔相对应的第一竖板穿线孔，第二竖板上设有与第二PCB基板上的焊盘孔相对应的第二竖板穿线孔，各穿线孔中均穿有与对应焊盘孔电连接的延长导线。底板、第一竖板和第二竖板均由金属材质制成，底板上设置有与第三电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第三电涡流线圈的第三通孔，第一竖板上设置有与第一电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第一电涡流线圈的第一通孔，第二竖板上设置有与第二电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第二电涡流线圈的第二通孔。本专利技术的有益效果为：在使用时，由于五轴数控机床具有两个方向的转动自由度，因此工作台可以带动测量标准件倾斜一定角度，测头在对测量标准件进行热误差测量时，假设测量标准件仅产生Y方向上的热误差量，在对测量标准件的标准球头的标准球面顶部进行Z方向热误差量测量时，利用标准球面的曲率特性，即标准球面在几何上各方向同性特点，可大幅度降低Y方向热误差量对Z方向热误差的影响，甚至可以忽略该影响。此外无论测量标准件的倾斜角度如何，都不会造成不同方向间热误差的影响。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的结构示意图；图2是图1中测头与测量标准件的配合示意图；图3是本专利技术中不同方向间热误差量不相互影响的原理示意图；图4是本专利技术中测头的结构示意图；图5是图4中底板与第三PCB基板、第二竖板与第二PCB基板分离后的状态示意图。具体实施方式一种五轴数控机床空间热误差量测量系统的实施例如图1~5所示：定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，在本实施例中，Z方向指的是竖直方向。五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台31上的测量标准件29，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，测量标准件包括标准球头35，标准球头35具有用于被所述测头测量的标准球面。测量标准件29通过基准球底座30安装于工作台31上，工作台31为圆盘结构，测量标准件29有多个，多个测量标准件29分布于基准球底座30上。具体的工作台上的倒T形槽中穿装有倒T形连接条，倒T形连接条上开设有连接条螺纹孔，工作台上开设有与连接条螺纹孔相对应的工作台螺栓穿孔，通过在工作台螺栓穿孔与连接条螺纹孔中穿装螺栓将基准球底座安装于工作台31上。工作台31上开设有与测量标准件一一对应的轴线沿Z方向延伸的螺纹孔，测量标准件具有与对应螺纹孔螺纹连接的连接螺杆33，标准球头35设置于连接螺杆的顶部。本实施例中的测头为三维电涡流传感器测头，其包括测头底座，测头底座包括后端沿Z方向延伸的底板6，垂直固定于底板6上的板厚沿X方向延伸的第一竖板11和垂直固定于底板上的板厚沿Y方向延伸的第二竖板9，底板6、第一竖板11和第二竖板9均由金属材质制。第一竖板11、第二竖板9的底部设置有厚度沿Z向延伸的竖板连接沿15，竖板连接沿15通过螺钉固定于底板6上。底板6、第一竖板11、第二竖板9的内侧板面形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五轴数控机床空间热误差测量系统，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台上的测量标准件，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，其特征在于：所述测量标准件包括标准球头，标准球头具有用于被所述测头测量的标准球面。/n

【技术特征摘要】
20191112 CN 20191110021831.一种五轴数控机床空间热误差测量系统，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，五轴数控机床空间热误差测量系统包括用于固定于数控机床的工作台上的测量标准件，还包括用于固定于数控机床的主轴刀具位置处的测头，其特征在于：所述测量标准件包括标准球头，标准球头具有用于被所述测头测量的标准球面。


2.根据权利要求1所述的五轴数控机床空间热误差测量系统，其特征在于：测量标准件通过基准球底座安装于所述工作台上，测量标准件有多个，多个测量标准件分布于所述基准球底座上。


3.根据权利要求2所述的五轴数控机床空间热误差测量系统，其特征在于：基准球底座上开设有与测量标准件一一对应的轴线沿Z方向延伸的螺纹孔，测量标准件具有与对应螺纹孔螺纹连接的连接螺杆，标准球头设置于连接螺杆的顶部。


4.根据权利要求1~3任意一项所述的五轴数控机床空间热误差测量系统，其特征在于：所述测头为三维电涡流传感器测头，三维电涡流传感器测头包括测头底座，测头底座上固定有彼此相互垂直的第一PCB基板、第二PCB基板和第三PCB基板，三个PCB基板的内侧分别固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈、轴线沿Y方向延伸的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，汪友明，段章领，唐大凤，李龙，李红，王宁，
申请(专利权)人：西安邮电大学，合肥合工安驰智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61