[发明专利]一种滚齿机床热误差的检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对滚齿机床热误差进行检测和分析的检测装置和检测方法。

背景技术

热误差补偿是减小机床热变形的一种最常用的技术手段。而热误差的检测是机床热误差建模的主要环节，是决定补偿技术是否精确和有效的关键。

误差的检测可分为直接检测与间接估计两种。直接检测是指机床在不同位置和温度条件下，通过激光干涉仪，位移传感器，千分表等各种机械或光学的方法直接测量相应误差。间接估计是指通过使用球杆仪等测量仪器测量出综合误差后，利用运动学原理估计各种误差分量。

球杆仪等间接估计法有许多先天的不足，测量原理比较复杂以及仪器由于自身结构原因测量精度有限。直接检测中，千分表有明显的缺陷，数据采集较麻烦，通常是通过人工读取数据的方法，增加了操作者的劳动强度；会引入人的读数误差；数据读取速度较慢，无法满足在线检测要求等。激光干涉仪就是一个很好的机床测量仪器，这类仪器往往带有功能很强的处理软件，使用起来既方便又准确，但这种仪器一般很贵，操作起来较麻烦。

位移传感器检测法是机床误差检测应用较多的方法，检测方法直观明了，检测结果的精度也一般较高。目前常用的位移传感器检测法为‘五点法’测量，即在机床主轴X坐标方向上布置两个测量点，在Y坐标方向上布置两个测量点，在Z坐标方向上布置一个测量点。X方向上的两个测量点负责测量X轴热漂移及绕Y轴转动这两个热误差自由度；Y方向上的两个测量点负责测量Y轴热漂移及绕X轴转动这两个热误差自由度；Z方向上的测量点负责测量Z轴向的伸长热误差。这是最常用的热误差检测技术手段，操作简单，精度较高，被广泛应用。但这只是针对热变形最大的旋转主轴的检测，而将刀架等热变形忽略掉了，这对加工精度造成的影响不可忽略，滚齿机床刀架热变形对刀具与工件的位置关系影响较大。

发明内容

本发明提供一种滚齿机床热误差的检测装置及检测方法，可有效检测机床滚刀与工件之间的热误差，解决现有方案只能检测旋转主轴热变形，而忽略了刀架、工件轴等热变形的不足。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明滚齿机床热误差检测装置的特点是设置：

一横断面呈矩形的测试棒安装在工件轴上，一由侧板和背板构成的固定板通过固定支架安装在滚刀刀架上，所述固定板的侧板和背板分别与测试棒的侧部平面和背部平面平行；

在所述固定板的侧板上分别设置第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，位于测试棒的端面正上方设置有第四位移传感器，在所述固定板的背板分别设置有第五位移传感器和第六位移传感器；其中：

第一位移传感器和第三位移传感器处在同一水平线上，两者距离a，第二位移传感器位于第一位移传感器和第三位移传感器连线的中心点O的正下方，距中心点O的距离为a；所述第五位移传感器与第一位移传感器处在同一水平高度上，第六位移传感器与第二位移传感器处在同一水平高度上，且第五位移传感器和第六位移传感器位于同一条竖直线上。

本发明利用滚齿机热误差检测装置的滚齿机热误差检测方法的特点是按如下步骤进行：

步骤一：自然状态下，机床没有发生热变形，记录第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器和第四位移传感器的测量值分别为L、L、L、L、L和L，并有：L=L=L，L=L；

步骤二：提供热源模拟加工现场，在温度变化达到稳定状态时，再次记录第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器的测量值分别为L′₁、L′₂、L′₃、L′₄、L′₅和L′₆；

则滚齿机床六个自由度的热误差分别为：

X轴误差：ΔX=L′₂-L₂

Y轴误差：ΔY=L′₅-L₅

Z轴误差：ΔZ=L′₄-L₄