[实用新型]一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于机床旋转轴几何误差测量技术领域，更具体地，涉及一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置。

背景技术

五轴联动数控机床是目前解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等复杂零件加工的唯一手段，其在工业领域得到一定范围的应用。然而五轴联动数控机床在高速、高精、智能等性能方面，存在加工精度差、误差大等问题。机床的几何误差是产生零件加工误差的主要原因之一，几何误差为系统误差，具有良好的重复性，可以通过软件补偿而大大减小，而五轴联动机床由于引入了旋转轴，结构更为复杂，几何误差分量更多，其除了三个直线轴的21项误差外，还包括两个旋转轴引入的12项误差、两个旋转轴和空间平面之间的4项平行度误差以及由主轴运动引入的5项误差，因此采用现有的软件补偿方式对五轴联动机床的几何误差进行测量和补偿，特别是两个旋转轴几何误差的测量更为困难。

目前，针对五轴联动机床旋转轴几何误差的测量装置可分为离散式一次装卡测量装置和连续式多次装卡测量装置。离散式一次装卡测量装置采用了离散式测量仪器如触发式测头进行目标点坐标值的采集，基于微分运动方程及雅可比矩阵建立机床空间误差模型，并在此基础上完成旋转轴几何误差值的求解，其在一次装卡的前提下完成了整个测量流程，中途无需二次装卡，具有较高的测量效率。连续式多次装卡测量装置是采用连续式测量设备如接触式跟踪球、非接触式跟踪球、双球杆仪或多普勒激光干涉仪，多次装卡完成整个测量流程，进而利用机床空间误差模型求解出旋转轴几何误差值，其采用了连续式测量仪器，提高了几何误差的测量精度。

然而，进一步的研究，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足：一方面，采用离散式测量仪器时，其测量精度受到旋转轴采样点分布密度的限制，测量精度低；另一方面，采用连续式测量仪时，通常将两端分别连接于主轴和工作台，而误差传导部分采用静态连接方式，即传感器形状外观保持不变，但一个刚体的空间位姿至少需要三个不共线点来确定，因此受限于误差传导部分静态连接的运动约束，其需多次装卡测量仪器才能执行整个测量流程，测量效率受到较大限制。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其中结合五轴联动机床旋转轴自身的特点，相应的设计了适合用于连续测量其几何误差的装置，其中通过设置三个不共线的标定球，利用斜曲面建立待测刚体X、Y、Z三个方向位置偏差的映射关系，将X、Y、Z三个维度的平移映射为单一维度的距离变化，在一次装卡的同时实现了连续采样，具有测量效率高、精度高等优点，因而尤其适用于五轴联动机床旋转轴几何误差测量等场合。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其特征在于，包括激光位移传感器和旋转轴组件，其中：所述激光位移传感器安装在待测的五轴联动机床的主轴上；所述旋转轴组件包括摆动轴A和回转轴C，所述摆动轴A安装在所述五轴联动机床的摇篮式摆动台上，所述回转轴C安装在所述五轴联动机床的回转式工作台上，并且所述摆动轴A的轴线与所述回转轴C的轴线垂直相交；所述回转式工作台安装在所述摇篮式摆动台之上；所述回转式工作台上安装有三个不共线的标定球。

作为进一步优选的，所述摆动轴A与所述五轴联动机床的X直线轴平行，所述回转轴C与所述五轴联动机床的Z直线轴平行。

作为进一步优选的，所述三个不共线的标定球采用如下方式进行安装：将所述三个标定球分别安装于所述回转式工作台上使各标定球的球杆垂直于回转式工作台的上表面，其中，所述三个标定球的球心分别位于一等边三角形的三个顶点上，该等边三角形以所述摆动轴A的轴线与所述回转轴C(7)的轴线的交点为中心，且其边长等于所述回转式工作台台面半径的1.5倍。

作为进一步优选的，所述各标定球的球心到所述回转式工作台上表面的距离等于摆动轴A的轴线到所述回转式工作台上表面的距离。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：