[发明专利]基于反射原理的气浮主轴回转误差检测及补偿装置与方法

说明书

本发明公开了基于反射原理的气浮主轴回转误差检测及补偿装置与方法。目前气浮轴承的回转误差主要采用砝码式或弹簧式进行补偿，无法实现实时检测和精准补偿。本发明包括进气压力控制阀、辅助测量反射台、激光发射器、径向气浮轴承和测量敏感元件；当出现激光发射器发射的激光反射在对应测量敏感元件上不在预定位置时，控制器判定气浮主轴出现回转运动误差，记录预定位置未接收到激光的各测量敏感元件的编号，并控制对应的各进气压力控制阀调节进气压力，进而调节径向气浮轴承对应进气区的气体压力，给气浮主轴对应方向的运动精度补偿。本发明采用光学测量原理，能实现对主轴回转误差实时、在位检测，检测更准确，补偿更精准。

技术领域

本发明属于精密加工技术领域，具体涉及一种基于反射原理的气浮主轴回转运动误差补偿装置及其对气浮主轴回转误差的检测和补偿方法。

背景技术

随着科学技术的发展，气浮轴承具有极小的摩擦系数、较高的回转精度和无污染等优点，在精密机械与测量仪器中获得了越来越广泛的应用。气浮静压轴承集中体现了高速、高效、高精密的加工性能，是高精密机床主轴的主要发展方向之一。

在气浮主轴的工作过程中，刀头的进给、切削力和主轴的高速旋转等都易导致主轴的回转误差增大，从而机床的加工精度难以保证。

目前，气浮轴承在工作过程中由于振动或者刀具进给而产生的回转误差，主要采用砝码式或者弹簧式进行承载补偿。但是这种补偿方式的加载器与轴承的连接方式一般为刚性连接，加载力大小无法精确的保证，而且无法实现实时的检测和精准的误差补偿。

发明内容

本发明的目的是针对现有的气浮主轴回转运动误差检测及精度补偿方式的不足，提出一种基于反射原理的气浮主轴回转运动误差的补偿装置以及气浮主轴的回转误差检测和补偿方法，能够准确地、实时地对气浮主轴回转误差进行检测及运动精度补偿。

本发明所采用的技术方案是：

本发明基于反射原理的主轴回转运动误差检测及补偿装置，包括装置固定板、通气管、进气压力控制阀、测量装置固定支架、调心旋钮、辅助测量反射台、测量敏感元件安装底座、激光发射器安装底座、激光发射器、轴承固定套筒、径向气浮轴承和测量敏感元件；装置固定板的安装平面中心处开设有主轴过孔；装置固定板的安装平面上还开设有沿主轴过孔周向均布的n个通孔和以及沿主轴过孔周向均布的n个螺纹孔组，螺纹孔组所在圆周直径大于通孔所在圆周直径；n≥4；所述的螺纹孔组由呈三角形排布的三个螺纹孔一组成，或由呈阵列排布的四个螺纹孔一组成；轴承固定套筒的n个螺纹孔二与装置固定板的n个通孔分别通过螺栓连接；n个螺纹孔组与n个测量装置固定支架分别连接，连接方式为以下两种方式的一种：①螺纹孔组由三个螺纹孔一组成时，各测量装置固定支架的三个通孔与对应螺纹孔组的三个螺纹孔一分别通过螺栓连接；②螺纹孔组由四个螺纹孔一组成时，各测量装置固定支架的四个通孔与对应螺纹孔组的四个螺纹孔一分别通过螺栓连接；每个测量装置固定支架上都固定有进气压力控制阀、测量敏感元件安装底座和激光发射器安装底座；激光发射器安装底座上固定有激光发射器，激光发射器的光轴平行于装置固定板的安装平面；所有激光发射器的光轴共面设置，且相交于同一点，该点位于轴承固定套筒的中心轴线上；所述的测量敏感元件安装底座上固定有测量敏感元件；同一个测量装置固定支架上，测量敏感元件的测量平面的法线与装置固定板的安装平面之间的夹角A为45～75度；所述的辅助测量反射台呈棱数为n的正棱台形，辅助测量反射台的每个反射面上均开设有螺纹孔三，n个螺纹孔三沿辅助测量反射台的中心轴线均布，每个螺纹孔三与一个调心旋钮通过螺纹连接；辅助测量反射台的反射面与辅助测量反射台的中心轴线之间的夹角为A/2。每个进气压力控制阀与轴承固定套筒对应的一个进气孔通过一根通气管接通；径向气浮轴承固定套置在轴承固定套筒内；径向气浮轴承通过密封隔离块分隔为n个进气区；径向气浮轴承的每个进气区与轴承固定套筒对应位置的一个进气孔连通；径向气浮轴承的每个进气区开设有间距设置的两个节流孔；各进气压力控制阀均与气泵连接；各进气压力控制阀均由控制器控制，各测量敏感元件的信号输出端均接控制器。