[发明专利]一种机床空间热误差的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，特别是一种机床空间热误差的测量装置及测量方法。

背景技术

近年来，数控机床逐渐向高速、高精方面发展，但是精密数控机床在运行中由于受到内、外热源的耦合影响，致使工件与刀具之间相对运动关系遭到破坏，从而降低了机床的加工精度。据统计，对于高速、高精度机床，由热变形引起的加工制造误差所占的比例达到40％～70％。因此，对于机床工作空间热误差的测量就显得十分必要。目前常用的对机床工作空间热误差的测量方法，主要是借助球杆仪、双频激光干涉仪、双频激光跟踪仪等设备进行，但是在借助这些设备进行工作空间热误差的测量时仍存在一些问题：利用球杆仪进行工作空间热误差的测量时，由于测量过程受到球杆仪杆长的限制，导致测量的工作空间范围较小；利用双频激光干涉仪进行工作空间热误差测量时，虽然测量的工作空间范围较广，但是无法借助该设备完成对三轴联动的空间对角测量线的测量；利用双频激光跟踪仪进行工作空间热误差的测量时，可以实现对单轴、两轴联动和三轴联动测量线的测量，但是由于该设备本身价格昂贵，提高了测量成本。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种机床空间热误差的测量装置及测量方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种机床空间热误差的测量装置，包括位移检测组件和测量模块组件；所述位移检测组件包括设置在机床主轴上的位移传感器，所述测量模块组件包括设置在机床工作台上的多个标准铟钢块，所述标准铟钢块的预设测点连线，分别平行于X轴、Y轴、Z轴、X Y Z任意两轴角平分线和立方体的体对角线；所述位移传感器检测所述标准铟钢块的预设测点相对基准原点的位置信号。

进一步地，所述位移传感器为三个，其两两正交设置在机床主轴上。

进一步地，所述位移检测组件还包括设置在机床主轴上的液压夹头，所述液压夹头夹持有圆棒，所述圆棒前端安装有位移传感器夹具，所述位移传感器夹具固定所述位移传感器。

进一步地，所述位移传感器夹具为立方体，在所述立方体的两两相邻的三个面安装所述位移传感器，所述位移传感器的轴线分别平行于X轴、Y轴和Z轴。

进一步地，所述位移传感器夹具为三个两两相接的传感器安装板，在每个所述传感器安装板上安装所述位移传感器，所述位移传感器的轴线分别平行于X轴、Y轴和Z轴。

进一步地，所述测量模块组件还包括安装在机床工作台上的安装基板，所述安装基板上设置有连接架，所述连接架上安装所述标准铟钢块。

进一步地，所述连接架为多层插接件，所述插接件上下两端设有插接柱，所述标准铟钢块上下两面设有插接孔，所述插接件与所述标准铟钢块交替插接。

本发明还提供一种机床空间热误差的测量方法，包括如下步骤：

步骤一，在机床工作台上设定X轴、Y轴、Z轴、X Y Z任意两轴角平分线和立方体体对角线作为测量线；沿测量线配置多个标准铟钢块，并使标准铟钢块的预设测点位于测量线上；

步骤二，在机床主轴上安装检测所述标准铟钢块的预设测点相对基准原点的位置信号的位移传感器；

步骤三，在冷机状态下，所述位移传感器检测每个所述标准铟钢块的预设测点相对基准原点的位置信号；

步骤四，在运行一段时间后，所述位移传感器检测每个所述标准铟钢块的预设测点相对基准原点的位置信号；

步骤五，计算两次测量数据的差值，得到在设定工作空间范围内的热误差。

进一步地，所述步骤二中，所述位移传感器为三个，其两两正交设置在机床主轴上。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过在机床工作台上设定X轴、Y轴、Z轴、X Y Z任意两轴角平分线和立方体体对角线的测量线；沿测量线配置多个标准铟钢块，并使标准铟钢块的预设测点位于测量线上，形成单轴(X、Y和Z)的测量线，两轴联动(XY、YZ和XZ)的平面对角测量线，三轴联动(XYZ)的立方体对角测量线，可实现对设定工作空间范围内X轴、Y轴、Z轴、X Y Z任意两轴角平分线和立方体体对角线的测量线等多条测量线的同时测量；在所述位移传感器夹具X、Y和Z方向上安装两两正交的三个位移传感器，从而实现对一个位置三个方向误差的同时测量。

通过在所述测量线各测点的预设位置处测量所述位移传感器与所述铟钢块之间相对距离，并对机床受热前、后各测点所述位移传感器与所述铟钢块之间相对距离的变化量进行分析，从而得到在设定工作空间范围内的热误差。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图；

图2为测量模块组件结构示意图；