[发明专利]使用双球杆仪测量机床主轴空间三维误差的方法

说明书

本发明公开了使用双球杆仪测量机床主轴空间三维误差的方法。球杆仪产品本身只能检测出沿其轴向敏感方向上的误差变化。本发明中与加长杆及主轴工具杯相连接的球杆仪一，同传统的球杆仪一样用于测量多轴机床主轴在理论平面内的圆弧插补运动所产生的误差；与承重杆及加长杆相连的球杆仪二用于测量垂直于多轴机床主轴运动理论平面方向的主轴运动误差。本发明使用两个球杆仪同时进行测量，可以准确获得多轴机床主轴在被测位置的空间三维方向的几何误差量；可以根据检测现场的不同，在加长杆与球杆仪一之间加装不同长度的杆来调节中心轴两侧的长度比例，成倍地放大或缩小此误差，利于球杆仪二对此误差的高精度检测。

技术领域

本发明属于机床误差检测技术领域，具体涉及一种使用双球杆仪测量多轴机床主轴空间三维误差的装置与方法。

背景技术

现代工业对多轴机床加工精度有着越来越高的要求。但多轴机床各轴间的装配、相互运动关系及其制造精度等问题，都会影响到多轴机床的加工精度。因此，对多轴机床输出端主轴的运动误差进行检测成为一项重要的工作，而如何快速、有效地检测出多轴机床输出端主轴的运动误差是其中的关键，也是进行误差补偿的基础。

在现有的多种测量设备中，球杆仪相对于其他检测设备具有价格低、安装便捷、检测效率高等优势。作为一种已经商品化的检测机床误差的仪器，球杆仪可以检测出机床单轴直线度、两轴垂直度、反向越冲、反向间隙等的机床主要几何误差。

在使用球杆仪对机床的几何误差进行检测时，通常情况是令多轴机床的其中两轴联动，其余轴固定，使得输出端主轴在某一平面内做圆弧插补运动。但是由于各轴间的装配关系、传动轴的安装偏心、传动间隙、热变形等原因，导致多轴机床输出端主轴的运动不仅仅是在理想的平面内，而是多个方向的耦合误差。但是球杆仪产品本身只能检测出沿其轴向敏感方向上的误差变化，最终解得两个方向的误差量，对多轴机床输出端主轴其他方向的几何误差无法进行检测。

发明内容

为了弥补现有球杆仪产品测量方向单一的缺陷，本发明提出一种使用双球杆仪测量机床主轴空间三维误差的方法，使用两个球杆仪，结合加长杆、承重杆、三点支撑式磁性球窝、同步旋转件、中心轴等，对多轴机床输出端主轴空间三维方向上的运动几何误差进行测量，且可以根据测量场合的需要，通过在加长杆及球杆仪一之间加装不同长度的杆来调节中心轴两侧的长度比例，成倍地放大或缩小多轴机床输出端主轴在垂直于球杆仪一敏感方向上的运动误差量，从而利于球杆仪二对此误差的高精度检测。本发明适用于普通机床、数控机床、超精密机床等多轴机床输出端主轴的运动误差检测。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案具体如下：

本发明使用双球杆仪测量机床主轴空间三维误差的方法，具体如下：

步骤一、将圆盖通过法兰轴承一和法兰轴承二支承在中心轴上；然后，将磁性球窝一底部的外螺纹与中心轴顶部的螺纹孔连接,中心轴底部的外螺纹与底座工具杯顶部的螺纹孔连接；最后，将支架与圆盖固定；

步骤二、将主轴工具杯固定在待测多轴机床的输出端主轴上，底座工具杯通过磁力吸附固定在待测多轴机床的工作台上；

步骤三、将磁性球窝二和磁性球窝三的外螺纹与加长杆两端的螺纹孔分别连接；将磁性球窝四的外螺纹与承重杆一端的螺纹孔连接，承重杆另一端的螺纹孔与精密球一底部的外螺纹连接；然后，使用球杆仪二分别对加长杆两端磁性球窝二和磁性球窝三的球心距以及承重杆两端磁性球窝四和精密球一的球心距进行标定；

步骤四、将球杆仪一非敏感端的螺纹孔与加长杆靠近磁性球窝三位置处的外螺纹连接，此时，磁性球窝二的球心、磁性球窝三的球心和球杆仪一敏感端的精密球二球心位于同一直线上；将精密球一吸附在磁性球窝三中，然后在校准块规上对球杆仪一敏感端的精密球二与精密球一的球心距进行标定校准，并记录校准后精密球二与精密球一的球心距有效长度L₁，以及球杆仪一测得的精密球二与精密球一的球心距误差值x₀。