[发明专利]磨齿机工作状态时热误差测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于精密机床加工技术领域，涉及一种磨齿机工作状态时热误差测量装置，本发明还涉及利用上述装置测量磨齿机热误差的方法。

背景技术

在磨齿加工中，冷却液在冷却工件的同时吸收大量磨削热，集聚在工作台的T型槽和导流槽中，造成机床关键部件和加工环境的明显升温，这种情况称为冷却液升温效应。冷却液升温效应是导致磨齿机热误差的主要因素。

目前国内外针对机床热误差的研究主要在非加工状态下进行，没有充分考虑冷却液升温效应对于机床热误差的影响。真实加工条件下，飞溅的冷却液会对激光干涉仪和电涡流传感器造成严重干扰；而不考虑冷却液升温效应的非加工状态热误差预测模型对实际加工状态下的热误差预测效果很差。因此，进行加工状态下热误差测量对提高精密磨齿机加工精度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨齿机工作状态时热误差测量装置，解决了现有装置因无法测量磨齿机工作状态下的热误差而造成的磨齿机加工精度低的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述测量装置测量磨齿机热误差的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种磨齿机工作状态时热误差测量装置，包括温度测量部分和位移测量部分；温度测量部分包括设置在磨齿机的主轴电机、主轴前后端盖、进给驱动电机、转台面、冷却液导流槽、立柱、床身、转台基座、主轴基座上的温度传感器；位移测量部分包括通过支架固定在磨齿机主轴基座上的X向位移传感器和Y向位移传感器，X向位移传感器和Y向位移传感器与检棒接触，检棒固定在转台上。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

检棒长度为680mm-720mm，直径为48mm-52mm。

支架为碳纤维支架。

本发明所采用的第二种技术方案是，磨齿机工作状态时热误差测量方法，采用一种测量装置，其结构为：

包括温度测量部分和位移测量部分；温度测量部分包括设置在磨齿机的主轴电机、主轴前后端盖、进给驱动电机、转台面、冷却液导流槽、立柱、床身、转台基座、主轴基座上的温度传感器；位移测量部分包括通过支架固定在磨齿机主轴基座上的X向位移传感器和Y向位移传感器，X向位移传感器和Y向位移传感器与检棒接触，检棒固定在转台上；

检棒长度为680mm-720mm，直径为48mm-52mm；

支架为碳纤维支架；

测量方法具体包括以下步骤：

步骤1：位移测量：

首先设X向位移传感器轴线与Y向位移传感器轴线交点为测量坐标系原点O，测量坐标系X、Y、Z轴平行于机床坐标系；然后旋转转台，旋转的过程中记录X向位移传感器的数据Dx_ij和Y向位移传感器的数据Dy_ij；

步骤2：计算检棒圆心坐标序列：

依据步骤1得到的X向位移传感器的数据Dx_ij和Y向位移传感器的数据Dy_ij以及检棒半径r_b，利用平面圆方程(x-x₀)²+(y-y₀)²＝r_b²计算出当前测量平面下检棒圆心坐标序列r_j，j＝(1，2，3，4，5，6)；

步骤3：排除系统误差：

将步骤2得到的检棒圆心坐标序列r_j进行最小二乘圆拟合，得到转台轴心坐标序列R_i，i＝(1，2，3，4，5)；

步骤4：求转台轴线表达式：

将步骤3得到的转台轴心坐标序列R_i进行空间直线最小二乘拟合，求出转台轴线空间表达式为：

式(1)中，M(R_x0,R_y0,R_z0)为转台轴线上一点，a＝(X,Y,Z)为转台轴线方向向量；

步骤5：热误差建模，具体方法为：

步骤5.1：根据步骤3得出的转台轴心坐标序列R_i，求出测量坐标系X、Y方向分量X_i和Y_i，再根据所述步骤4得出的转台轴线表达式导出转台轴线角度热误差序列：θ_p＝(θ₁,θ₂,...θ_n)，其中p为测量数据组数，p＝(1，2，……，n)；