[发明专利]基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法

权利要求书

1.基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，该方法基于的四轴数控铣床包括底座(1)、设置在底座上的径向运动机构(2)、设置在径向运动机构上的垂直运动机构(3)、设置在垂直运动机构上的切向运动机构(4)，设置在切向运动机构上的主轴回转部件(5)，设置在主轴回转部件上的电感测头(6)，以及设置在底座上的回转机构(8)；

该方法包括：基于涡旋盘数控加工机床，铣刀与三并联电感直角集成测头具有同一安装接口，加工完成后，以换刀形式将刀具替换为三并联电感直角集成测头，以相对测量控制测量轨迹，测量数据实时存入机床数控系统中，完成对于涡旋盘(7)的在机测量；

测量前，标定三并联电感直角集成测头空间初始方向的矢量位置以确定三并联电感直角集成测头起点，主要标定三并联电感直角集成测头在水平方向上的测杆角度方向，确定三并联电感直角集成测头的空间角度位置，以确保在测量过程中测量点采集数据方向为测头压缩量方向；标定方式：控制回转机构(8)上安置的工件夹持工装的侧平面为基准面，将三并联电感直角集成测头置于该面的近中心处，控制压缩量1mm，以5r/min旋转回转机构(8)，测量数据最小位置角度α即为测头的空间角度位置。

2.根据权利要求1所述的基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，测头(6)采用三并联电感直角集成测头，通过更换安装于精加工主轴上，该测头(6)包括三个沿垂直方向平行排布的电感位移测头，以及三个分别固联于测头上平行排布的测针，测针头部装有红宝石测球。

3.根据权利要求1所述的基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，标定方法采用精密标准球作为标定基准，将其置于回转机构(8)中任意非干涉处，首先确定标准球的位置，并确定一次即可，然后分别标定三并联电感直角集成中三个测头的竖直方向角度信息，控制三并联电感直角集成测头靠近标定球，通过三并联电感直角集成测头在球面上采点，至少采集4个点，回转机构转动一个角度后重新测量；每组的四点数据可拟合出标准球中心位置，结合两组数据可确定标准球在回转机构(8)上的位置；基于测杆空间角度位置，以该角度方向与标准球接触，以1mm为压缩量，测头反馈值因角度原因小于1mm，采用余弦和正弦求解得该角度，三个测头依次按照上述角度标定，所有数据通过以上角度标定处理后进行采集。

4.根据权利要求1所述的基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，实现基于三并联电感直角集成测头标定下的测量数据误差补偿和测头半径补偿，具体步骤如下：

第一步：建立四轴涡旋盘机床的X、Y、Z轴误差模型，运用齐次坐标变换的方法，建立四轴数控机床几何误差模型，得到机床的误差模型：

第二步：获取四轴涡旋盘加工机床的转台误差，提取涡旋盘在转台上旋转时产生的位置误差；

第三步：建立三并联电感直角集成测头误差补偿模型，基于安装于主轴上的测头，在进行测量数据处理时，将测量数据以被测点的法矢方向移动一个测头半径的数据，作为真实坐标：

式中：P_r为测量点的真实坐标，P_f为测球的球心坐标，r为测头半径，为测量点的法矢方向，可根据测量曲线求出各点的法矢方向。

5.根据权利要求1所述的基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，实现对涡旋盘涡旋型线的具体测量，此涡旋盘涡旋型线为变基圆渐开线-圆弧-变基圆渐开线组合型线，具体实现时，采用一段方向与涡旋线轮廓相同的阿基米德螺线线段来拟合该部分轮廓，将涡旋曲线分成若干段，以每段两端点的极角和极半径拟合出此段的阿基米德螺线方程，最终得到涡旋内壁曲线、过渡圆弧和涡旋外壁曲线的阿基米德螺线拟合方程，阿基米德螺线的极坐标方程为：p＝p₀+vθ，在测量时，通过控制三并联电感直角集成测头在机床上的径向移动和转台上涡旋盘的旋转运动，实现对涡旋型线的阿基米德螺线误差的测量。

6.根据权利要求1所述的基于四轴数控铣床的涡旋盘体误差在机测量方法，其特征在于，实现对涡旋盘的体误差评价，基于三并联电感直角集成测头的测量数据，得到三条不同高度的涡旋线数据，以理论涡旋曲面为基础，实际测量点在理论点法线方向上的误差形成的差曲面作为涡旋线的体误差评价。