[发明专利]数控机床全工作台热误差测量系统及其测量方法

说明书

本发明涉及一种数控机床全工作台热误差测量系统，包括吸附在数控机床工作台台面上的定位板，定位板上均匀安装多个长方体标准件，所述数控机床数控系统的PMC模块I/O口与信号转换器相连，信号转换器与计算机双向通讯，位于所述数控机床的刀具位置处安装测头，所述长方体标准件、测头、数控机床、信号转换器和计算机组成热误差测量系统。本发明还公开了一种数控机床全工作台热误差测量系统的测量方法。本发明仅需一个测头和若干长方体标准件即可实现对数控机床工作台多点热误差测量，成本低廉；通过信号转换器，实现了数控机床和计算机之间的通信功能，可自动测量并保存数据，显著降低测量所需劳动力，避免手动测量和手动记录数据引入的人为粗大误差。

技术领域

本发明涉及机床热误差测量技术领域，尤其是一种数控机床全工作台热误差测量系统及其测量方法。

背景技术

数控机床是近代工业的里程碑，加工时，无需人工控制刀具，自动化程度高，大大提升了加工效率和产品质量的稳定性，同时降低了操作工人的劳动强度和技能水平，对实行自控化作业有深远影响。由于数控机床结构复杂，运行时热源较多，导致所处空间温度场为非均匀温度场，且随时间变化，数控机床各零部件受热不均，产生热变形，很容易导致刀具顶端和工件表面相对位置发生变化，产生热误差。目前，热误差是数控机床，特别是中高档数控机床主要的误差源之一，可占机床总误差的40％～70％。

目前，国内外对于数控机床热误差的研究往往仅局限于工作台某一固定位置，采用国际标准《机床检验通则第3部分：热效应的确定》(ISO 230-3：2001 IDT)提出的“五点法”对热误差进行测量。但在实际加工时，工作台处于不断运动过程中，当导轨、丝杠等传动部件受热不均，会产生形状和尺寸的变化。同时，工作台自身受形体热变形影响，工作台台面上各点热变形也不尽相同，这些因素均会导致工作台台面不同位置点的热误差存在差异性。目前，国内外对数控机床工作台的整体热误差研究较少，相关论著非常缺乏。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够对数控机床全工作台热误差进行自动测量的数控机床全工作台热误差测量系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种数控机床全工作台热误差测量系统，包括吸附在数控机床工作台台面上的定位板，定位板上均匀安装多个长方体标准件，所述数控机床数控系统的PMC模块I/O口与信号转换器相连，信号转换器与计算机双向通讯，位于所述数控机床的刀具位置处安装测头，所述长方体标准件、测头、数控机床、信号转换器和计算机组成热误差测量系统。

所述定位板的上板面加工螺纹孔，长方体标准件的下端面伸出与该螺纹孔相配合的螺柱，所述定位板的下板面通过片状强磁磁铁吸附于数控机床工作台台面上；所述长方体标准件的上端面即Z向面与数控机床坐标系的Z轴轴向垂直，长方体标准件的两侧面即X向面、Y向面分别与数控机床坐标系的X轴轴向、Y轴轴向垂直，长方体标准件的Z向面上设置一个测点，长方体标准件的X向面和Y向面上均设置两个测点。

所述信号转换器包括微控制器、光电耦合器组、RS232串口转USB通讯模块、电压转换模块和24V电源输入模块，光电耦合器组的输入端与数控机床数控系统的PMC模块I/O口相连，光电耦合器组的输出端与微控制器的输入端相连，微控制器的输出端与RS232串口转USB通讯模块的输入端相连，RS232串口转USB通讯模块与计算机双向通讯，24V电源输入模块通过电压转换模块分别向微控制器、光电耦合器组供电。

本发明的另一目的在于提供一种数控机床全工作台热误差测量系统的测量方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)先用数控机床的测头触碰数控机床工作台台面，测量数控机床工作台台面的Z向坐标，记为Z₀；