精密立式磨床热致主轴-转台轴线偏差测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出的精密立式磨床主轴

【技术实现步骤摘要】
精密立式磨床热致主轴
‑
转台轴线偏差测量装置与方法


[0001]本专利技术涉及机床热误差测量装置与测量方法，尤其涉及适用于精密立式磨床主轴
‑
转台轴线偏差测量方法
。
技术背景
[0002]由于精密立式磨床自身结构特点，在加工过程中，主轴与转台轴线的相对姿态对回转类零件的加工精度具有较大影响；在机床磨削过程中，会因为机床生热导致主轴和转台轴线发生倾斜，进而导致加工精度下降；因此，如何准确检测出精密立式的热致主轴
‑
转台轴线误差，对提高精密立式磨床的加工精度意义重大
。
[0003]目前，对于精密立式磨床热误差的测量装置应用较为广泛的是大理石角尺与激光干涉仪等装置
。
但上述装置均是针对机床进给轴自身或各轴之间的误差进行测量，而对主轴轴线与转台轴线之间的相对姿态关注较少
。
综上，针对目前机床主轴
‑
转台轴线偏差检测方法的不足，开发了新型热致主轴
‑
转台轴线偏差测量方法
。<br/>
技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
精密立式磨床热致主轴
‑
转台轴线偏差测量装置与方法，其特征在于：利用安装在主轴上的基于激光位移传感器的测量装置以及安装在转台表面的高精度方柱分别表征主轴与转台轴线，通过测量激光位移传感器与高精度方柱在两方向的相对位置来反映主轴
‑
转台轴线偏差；在精密立式磨床关键生热部件周围设置温度传感器以监测磨床温度场，并根据实际工况设定热机程序，在转台不同半径位置安装多个方柱，在热机前后分别进行测量，获取转台不同半径位置的热致主轴
‑
转台轴线偏差；对测得数据进行处理，建立精密立式磨床热致主轴
‑
转台轴线偏差与转台半径之间的联系，并基于此预测热致主轴
‑
转台轴线偏差导致的工件圆柱度误差；其中，所述的激光传感器测量装置包括激光位移传感器及其上位机，传感器安装板，传感器定位块，定制刀柄，配重块；所述的激光位移传感器利用螺栓固定在传感器安装板上，利用传感器定位块保证两传感器方向相互垂直，传感器连接上位机并将数据传输至上位机进行数据处理；所述的传感器安装板通过圆柱销定位并用螺栓固定在定制刀柄上，定制刀柄底端为直径
40mm
圆柱，圆柱底面加工有沿中心线的螺纹孔和销孔，用于与传感器安装板的连接和定位；安装板上安装配重块以平衡重心，将重心保持在主轴中心；其中，所述的高精度方柱是用铟钢材料制成的长方体，方柱四侧面开槽，其中一面加工有通孔，用于方柱的安装；选取另外三个侧面作为测量表面，通过高精度加工保证相邻侧面及侧面与底面的垂直度；铟钢材料膨胀系数较低，因此方柱整体采用铟钢材料，以保证其在温度变化时尺寸近似恒定；方柱通过螺栓和压板安装在基板上，以便快速拆装方柱并为方柱提供定位基准；基板上安装有两个挡边，利用圆柱销定位并保证两挡边的垂直度；方柱安装时紧靠挡边并用螺栓固定，另两面用压板压紧；利用基板安装可实现高精度方柱的快速拆装并为其提供定位基准，降低重复安装带来的误差
。2.
根据权利要求书1所述的精密立式磨床热致主轴
‑
转台轴线偏差测试方法，其特征在于，利用所述激光位移传感器测量装置对高精度方柱在两方向的位置偏移量进行测量，而后将方柱旋转
180
°
，传感器安装板旋转
90
°
后重复测量，以消除方柱垂直度误差对测量结果的影响；根据磨床实际工况设定热机程序进行热机，并在关键生热部件周围设置温度传感器以监测磨床温度场，直至机床达到热平衡状态；在热机前后的转台不同半径处利用前述测量方法进行多次测量，获取转台不同半径处的热致主轴
‑
转台轴线偏差；其中，利用所述的激光位移传感器对高精度方柱在两方向的位置偏移量进行测量，该测量过程可细化为以下步骤：步骤
1、
将激光位移传感器依照前述步骤安装在传感器安装板上，通过螺栓和圆柱销将传感器安装板安装在定制刀柄上；步骤
2、
将基板放置在精密立式磨床转台上，大致摆正方位；将方柱竖直放置在基板上，并将方柱测量表面紧靠挡边，使用力矩扳手将挡边上的螺栓拧紧；调整基板位置，用
Y
向激光位移传感器测量方柱侧面，出现示数后，对基板的位置和姿态进行调整，以确保测量平面与机床
X
轴方向平行，示数处在传感器测量范围内；调整好方柱位姿后，将基板固定在转台表面；设置机床程序，将主轴移动到
X
向激光传感器测量范围内；步骤
3、
设置机床程序，使主轴沿
Z
轴匀速移动，测量过程中
Z
轴进行一次往复运动；根据激光传感器测量结果，将测量数据拟合为关于
Z
轴坐标的线性多项式
L
x1
和
L
y1
：
其中
L
x1
、L
y1
表示传感器与方柱的相对距离值，
a
n
表示拟合多项式的系数，
z
表示
Z
轴的坐标值，上标
x1
表示该直线为正向测量下
Z
轴沿
X
轴方向的拟合结果，上标
y1
表示该直线为正向测量下
Z
轴沿
Y
轴方向的拟合结果；步骤
4、
将高精度方柱旋转
180
°
并重新安装至基板上；将传感器安装板旋转
90
°
，使刀柄上的销孔与传感器安装板上的销孔对应并安装圆柱销，然后拧紧螺栓；调整主轴在
X
方向的坐标，使传感器示数到达合适的范围内；步骤
5、
进行一次反向测量，设置机床程序，使主轴沿
Z
轴移动，测量过程中
Z
轴进行一次往复运动；上述测量过程结束后，根据激光传感器测量结果，将测量数据拟合为关于
Z
轴坐标的线性多项式
L
x2
和
L
y2
：其中
L
x2
、L
y2
表示传感器与方柱的相对距离值，
a
n
表示拟合多项式的系数，
z
表示
Z
轴的坐标值，上标
x2
表示该直线为反向测量下
Z
轴沿
X
轴方向的拟合结果，上标
y2
表示该直线为反向测量下
Z
轴沿
Y
轴方向的拟合结果；将两次测量的拟合多项式一次项系数取平均值：其中
a
x
、a
y
分别表示
X
和
Y
方向的拟合结果，
a
t
(t
＝
x1
，
x2
，
y1
，
y2)
表示对应拟合多项式的一次项系数；在工作台...

【专利技术属性】
技术研发人员：高卫国，李曦冉，张大卫，黄田，陈发泽，管浩，姚思涵，王鹏凯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：