CN101081482A - 数控回转工作台定位精度快速测量机构 - Google Patents

Abstract

本发明为数控机床的数控回转工作台定位精度快速测量机构，解决已有测量装置测量速度慢，不能动态测量，测量精度有限的问题。主轴(10)与底板(1)固连，通过定位装置将主轴(10)定位于数控回转工作台中心的孔中，主轴(10)与圆光栅刻线环连接，圆光栅座与轴套和第一连接板(15)固连，第一连接板(15)与光轴(14)固连，第二连接板(17)与夹头(20)连接，两只笔式长度计(32)与第一或第二连接板连接，其轴线通过主轴(10)的回转中心成90°夹角，一只笔式长度计的轴线与光轴的轴线在同一铅垂面内，笔式长度计的测头与第二连接板或第一连接板固连的测砧的内壁面M紧密接触，光轴位于第二连接板(17)的两滚针或圆柱销(49)之间并与其有间隙。

Description

数控回转工作台定位精度快速测量机构

技术领域：

本发明与数控机床的数控回转工作台定位精度的测量装置有关。

背景技术：

数控机床的数控回转工作台定位精度的测量，是非常麻烦和费时的，其测量的精度还不高。提高测量速度和测量精度已成为计量人员的难题。

数控回转工作台的传统测量方法是用多面棱体和光电自准直仪，如下图17所示。多面棱体安装在数控回转工作台的回转中心上，与工作台同步转动；光电自准直仪须安装稳固，准直仪电箱和准直光管电源与光电自准直仪连接好，通电预热后，调整光电自准直仪底座，使自准直仪光轴与多面棱体的面的中心等高且埀直。测量开始时，数控回转工作台旋转至基准点停止，测量人员首先需将读数鼓轮转到“0”，反复调整多面棱体，使反射十字线影像位于目镜视场中心后，再微调读数鼓轮，使准直仪电箱指针指“0”，记录此时的读数鼓轮的读数；然后，数控回转工作台回转多面棱体两相邻面夹角，微调读数鼓轮，使反射十字线影像位于目镜视场中心后，再微调读数鼓轮，使准直仪电箱指针指“0”，记录此时读数鼓轮的读数；数控回转工作台再回转多面棱体两相邻面夹角，重复上次工作，记录此次读数鼓轮的读数；再重复上次工作，直至多面棱体回到开始检测面位置。数控回转工作台一个回转方向测量完成后，再反向回转数控回转工作台进行测量，直至再次回到多面棱体的开始测量面位置。最后，进行数据处理，获得数控回转工作台正转、反转的定位精度偏差数据。

不管是正转或反转进行测量，从多面棱体的开始面再回到开始面，理论上两次的读数值应该相同，但这是很难的。因为，测量环境的震动、测量环境的气流变化、仪器灵敏度的变化、准直仪电箱的漂移以及微调读数鼓轮时的轻微碰撞，都会使读数发生变化。然而，从起始测量面开始，逐面测量再回到起始测量面，两次读数的差值必须在允许范围内；当两次读数值的差值超过允许值时，测量数据无效，必须从新测量，直至达到要求为止；对高精度回转工作台，为提高测量精度，有时还应用三次测量的平均值作测量结果数据。用图17所示的仪器对数控回转工作台定位精度进行测量，从仪器的安装调试到得到测量结果数据，不同的测量人员，由于测量操作的熟练程度和经验不同，所用的时间也是不同的，且具有偶然性；这类仪器，由于大都采用鼓轮、精密丝杆测微读数，受机械加工精度限制，加之准直仪电箱及光电自准直仪的稳定性有限，使测量精度受到限制。

将图17中光电自准直仪的读数鼓轮机构应用光栅读数***，虽能提高分辨率，但并不能提高测量速度和测量精度。

用激光小角度测量***测量数控回转工作台定位精度，测量精度高，但测量速度仍然慢，不能动态测量。

用数显自准直仪和多面棱体对数控回转工作台定位精度进行测量，能提高测量精度，但要求测量环境的气流和震动小，测量速度仍然慢，也不能动态测量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种测量速度快，可动态测量，测量精度高的数控回转工作台定位精度快速测量机构。

本发明是这样来实现的：

本发明数控回转工作台定位精度快速测量机构，主轴10与底板1固连，通过定位装置将主轴10定位于数控回转工作台中心的孔中，主轴10与圆光栅刻线环连接，圆光栅座与轴套和第一连接板15固连，第一连接板15与光轴14固连，第二连接板17与夹头20连接，两只笔式长度计32与第一或第二连接板连接，其轴线通过主轴10的回转中心成90°夹角，一只笔式长度计的轴线与光轴的轴线在同一铅垂面内，笔式长度计的测头与第二连接板或第一连接板固连的测砧的内壁面M紧密接触，光轴位于第二连接板17的两滚针或圆柱销49之间并与其有间隙。

圆光栅9与支撑板6固连，支撑板6与连接环8固连，连接环8与第一连接板15固连，圆光栅9的刻线环通过环形螺母11与主轴10连接，第一推力球轴承29装在主轴10的轴肩上，第二推力球轴承装在底板1上，所说轴套为位于第一、第二推力球轴承之间的轴板4，轴板4与支撑板6固连。

圆光栅由两只读数头71和刻线环70组成，两只读数头71与座69固连，座69与轴套59固连，轴套59与第一连接板15固连，主轴10与环圈58固连，环圈58与刻线环70固连，主轴10与轴套59之间有隔离套62、钢球隔离圈57、垫圈56、可调垫圈63，隔离套62和隔离圈57上有钢球55并通过压板64固定，调整座72通过螺钉73与轴套59固连，调整座上有可调螺钉74，调整座72通过其上的可调螺钉74与座69连接。

定位套31的外圆面J与主轴10的内孔面H为过渡配合，与底板1的内孔面I为间隙配合，定位钉32的外圆面Q与定位套31的内孔面P为间隙配合，定位钉32的外圆面S与数控回转工作台33中心的内孔面K为间隙配合。

第一连接板15与两支撑块13固连，光轴14位于两支撑块13之间并用螺钉38夹紧，两只笔式长度计37与第一连接板15连接，永久磁铁48与拨块46粘结，拨块46与两滚针或圆柱销49固连，拨块46与第二连接板17固连，光轴14位于两只滚针或圆柱销49之间并有间隙。

第一连接板15与两支撑块13固连，光轴14位于两支撑块13之间并用螺钉38夹紧，测砧50与第一连接板15固连，两只笔式长度计37与第二连接板17连接，永久磁铁48与拨块46粘结，拨块46与两滚针或圆柱销49固连，拨块46与第二连接板17固连，光轴14位于两只滚针或圆柱销49之间并有间隙。

本发明用圆光栅角度测量基准元件，对数控回转工作台定位精度进行动态、静态快速测量。测量***的机械机构主要由角度测量和安装偏心测量两部分组成，角度测量有两种结构，安装偏心测量也有两种结构，这就组成了四种测量机构。采用四种测量机构，可动态、静态快速测量数控回转工作台的定位精度，测量角度(或测量点数)可任意设定，测量速度快，示值稳定性好，测量精度高，不受测量人员等因素影响。

附图说明：

图1为本发明的结构图之一。

图2为图1的E-E剖视图。

图3为图1的A向局部视图。

图4为图3的W向局部视图。

图5为图1的C-C局部剖视图。

图6为图1的D-D局部剖视图。

图7为本发明的结构图之二。

图8为图7的E-E剖视图。

图9为图7的D-D局部剖视图。

图10为本发明的结构图之三。

图11为图10的E-E剖视图。

图12为图11的B向局部视图。

图13为图10去底板1的N向局部视图。

图14为图13的U-U剖视图。

图15为本发明的结构图之四。

图16为图15的E-E剖视图。

图17为已有的测量机构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

用带内置轴承和定子联轴节的圆光栅作角度测量基准元件，偏心测量长度计按偏心量移动，如图1，2，3，4，5，6所示。

角度测量由底板1，轴板4，支撑板6，连接环8，主轴10，定位套31，定位钉32和圆光栅9，推力球轴承29等组成。圆光栅9用螺钉7与支撑板6紧固在一起，连接环8用螺钉27与支撑板6紧固在一起，主轴10用环形螺母11与第一圆光栅9相连结，推力球轴承29的一部分装入主轴10的轴肩上，再将轴板4装在主轴10上，并用螺钉5将轴板4与支撑板6固连，推力球轴承29的一部分装在主轴10上，定位套31压入主轴10中，用螺钉30将底板1与主轴10固牢，这就组成了角度测量部分。定位钉32根据数控回转工作台中心的孔尺寸制造，用作测量时仪器在工作台33上的定位。

偏心测量由支撑块13，光轴14，第一连接板15，第二连接板17，连接杆19，限位柱22，定位钉24，支座36，拨块46和笔式长度计37，永久磁铁48，滚针或淬火圆柱销49等组成。第一连接板15用螺钉25与连接环8紧固，两个支撑块13中放入光轴14后，用螺钉12将其与第一连接板15固牢，再用螺钉38使光轴14分别夹紧在两个支撑块13中，限位柱22用螺钉21紧固在第一连接板15上，钢球23与定位钉24粘牢后，将其拧入第一连接板15中并固牢，用螺钉35将支座36固牢在第一连接板15上后，再将两只笔式长度计37用两只螺钉34紧固在支座36中；拨块46中压入两只滚针或淬火圆柱销49，永久磁铁48粘牢在拨块46上后，将拨块46用螺钉47与第二连接板17固牢，连接杆19用螺钉18与第二连接板17固牢，将装好拨块46和连接杆19的第二连接板17放在第一连接板15上并由三只定位钢球23定位，此时，光轴14应正好处于拨块46上的两只滚针49之间，两只笔式长度计37的测头与第二连接板17的内孔面M紧密接触，这就组成了偏心测量部分。

为了固定电缆，用螺钉41将电缆座40紧固在连接环8的电缆出口处的外圆面上，圆光栅9的电缆从电缆座40处顺出，两只笔式长度计37的电缆从第一连接板15的孔顺出到电缆座40后，端盖39用螺钉41与电缆座40紧固并压住第一圆光栅9和笔式长度计37的电缆。到此，测量机构即组成。

为保护仪器和防止灰尘进入推力球轴承29，防护罩16用螺钉26与第一连接板15固牢，护罩3用螺钉2固牢在底板1上，再在护罩3上粘上毡圈28；为便于仪器的安装及搬动，支座42用螺钉44与连接环8固牢后，手柄43用螺钉45与支座42固牢。

注意事项：此实施例的圆光栅9是带内置轴承和定子联轴节的圆光栅，主轴10与圆光栅9连接部分的机械精度必须符合圆光栅9的要求；装配时，当推力球轴承29与主轴10的轴肩L紧密接触时，支撑板6的下端面F必须与推力球轴承29的所有钢球下端面所在平面G为同一平面；定位套31的外圆面J与主轴10的内孔面H为过渡配合、与底板1的内孔面I为间隙配合，定位钉32的外圆面Q与定位套31的内孔面P为间隙配合，定位钉32的外圆面S与数控回转工作台33中心的内孔面K为间隙配合；两只笔式长度计37的轴线应通过主轴10的回转中心，轴线应相互垂直，且一只笔式长度计37的轴线应与光轴14的轴线在同一铅垂面内；光轴14处于两只滚针49之间，必须有间隙；为避免数控回转工作台启动时的过大冲击和测量过程中工作台回转不均匀而产生的冲击，在拨块46上粘牢两块永久磁铁48是非常重要的。

数控回转工作台定位精度的快速测量是这样实现的：

(1).动态测量：定位钉32放入数控回转工作台33中心的内孔中，测量机构放在数控回转工作台的台面上，用定位套31的内孔面P和定位钉32的外圆面Q将测量机构定位在回转工作台的台面上；夹头20下降并夹紧连接杆19后，再上升夹头20，使定位钉24上的钢球23与第二连接板17脱离。数控回转工作台的伺服电机驱动工作台旋转，当工作台转至数控回转工作台的基准点时，从基准点开始，伺服电机编码器根据计算机设置的数控回转工作台旋转一整周的采样点数，按等角度间距发出信号，计算机对圆光栅9和两只笔式长度计37的信号同时采样，直至数控回转工作台回到基准点为止；计算机根据采得的数据，自动进行处理，从而得到数控回转工作台从基准点开始，对应角度的定位精度，并显示测量结果及误差曲线。数控回转工作台的伺服电机再驱动工作台反转，测量反转时数控回转工作台从基准点开始，对应角度的定位精度，并显示反转时数控回转工作台从基准点开始，对应角度定位精度的测量结果及误差曲线。最后，根据需要，计算机输出测量结果。

(2).静态测量：定位钉32放入数控回转工作台33中心的内孔中，测量机构放在数控回转工作台的台面上，用定位套31的内孔面P和定位钉32的外圆面Q将测量机构定位在回转工作台的台面上；夹头20下降并夹紧连接杆19后，再上升夹头20，使定位钉24上的钢球23与第二连接板17脱离。数控回转工作台的伺服电机驱动工作台旋转，当工作台转至数控回转工作台的基准点时，从基准点开始，伺服电机根据计算机设置的数控回转工作台旋转一整周的采样点数，转动一个等角度间距后停止，手动或计算机自动对圆光栅9和两只笔式长度计37的信号同时采样；之后，伺服电机再驱动工作台再旋转一个等角度间距后停止，手动或计算机自动对圆光栅9和两只笔式长度计37的信号同时采样；依次循环，直至工作台回到基准点为止；计算机根据采得的数据，自动进行处理，从而得到数控回转工作台从基准点开始，对应角度的定位精度，并显示测量结果及误差曲线。数控回转工作台的伺服电机再驱动工作台反转，测量反转时数控回转工作台从基准点开始，对应角度的定位精度，并显示反转时数控回转工作台从基准点开始，对应角度定位精度的测量结果及误差曲线。最后，根据需要，计算机输出测量结果。

实施例2：

用带内置轴承和定子联轴节的第一圆光栅作角度测量基准元件，偏心测量长度计固定不动，如图3，4，5，7，8，9所示。

角度测量仍由底板1，轴板4，支撑板6，连接环8，主轴10，定位套31，定位钉32和圆光栅9，推力球轴承29等组成，其连接和装配方法与实施例1完全一样。

偏心测量由支撑块13，光轴14，第一连接板15，第二连接板17，连接杆19，限位柱22，定位钉24，支座36，拨块46，测砧50和笔式长度计37，永久磁铁48，滚针或淬火圆柱销49等组成。第一连接板15用螺钉25与连接环8紧固，两个支撑块13中放入光轴14后，用螺钉12将其与第一连接板15固牢，再用螺钉38使光轴14分别夹紧在两个支撑块13中，限位柱22用螺钉21紧固在第一连接板15上，钢球23与定位钉24粘牢后，将其拧入第一连接板15中并固牢，用螺钉51将两只测砧50紧固在第一连接板15上；用螺钉35将支座36固牢在第二连接板17上后，再将两只笔式长度计37用两只螺钉34紧固在支座36中，拨块46中压入两只滚针或淬火圆柱销49，永久磁铁48粘牢在拨块46上后，将拨块46用螺钉47与第二连接板17固牢，连接杆19用螺钉18与第二连接板17固牢，再将第二连接板17放在第一连接板15上并由三只定位钢球23定位，此时，光轴14应正好处于拨块46上的两只滚针49之间，两只笔式长度计37的测头与测砧50的M面紧密接触，这就组成了偏心测量部分。

电缆的顺出和固定，仪器的防护，仪器的手柄安装均与实施例1完全一样。

注意事项与实施例1完全一样。

实现数控回转工作台定位精度的动态、静态快速测量方法也与实施例1完全一样。

实施例3：

用RESR圆光栅作角度测量基准元件，偏心测量长度计按偏心量移动，如图5，6，10，11，12，13，14所示。

角度测量由底板1，主轴10，第一连接板15，定位套31，定位钉32，垫圈56，钢球隔离套57，环圈58，轴套59，隔离套62，可调垫圈63，压板64，座69，调整座72和钢球55，圆光栅刻线环70及读数头71等组成。由主轴10，垫圈56，钢球隔离圈57，轴套59，隔离套62，可调垫圈63，压板64和钢球55，螺钉65构成轴向和径向均有过盈量的滚动轴系；轴套59用螺钉66与第一连接板15固牢，滚动轴系的主轴10上用螺钉68将环圈58与其紧固，圆光栅刻线环70用螺钉67紧固在环圈58上，两只读数头71用螺钉76与座69紧固后，再将座69用螺钉75与轴套59紧固在一起，调整座72用螺钉73与轴套59紧固在一起，调整座72上有可调螺钉74，用于调整两个读数头的相位，圆光栅刻线环70及两只读数头71按其技术要求调整并固定好；定位套31压入主轴10的内孔，将底板1用螺钉54与主轴10固牢，这就组成了角度测量部分。定位钉32根据数控回转工作台中心的孔尺寸制造，用作测量时仪器在工作台的定位。

偏心测量仍由支撑块13，光轴14，第一连接板15，第二连接板17，连接杆19，限位柱22，定位钉24，支座36，拨块46和笔式长度计37，永久磁铁48，滚针或淬火圆柱销49等组成，其连接和装配方法与实施例1完全一样。

电缆的顺出和固定，仪器的防护，仪器的手柄安装均与实施例1完全一样。

注意事项：滚动轴系必须按高精度密珠轴系制造，但轴向和径向的过盈量需小一些；此实施例3用RESR圆光栅作角度测量基准元件，安装圆光栅刻线环70及读数头71的基础精度必须满足其要求，并按其要求将圆光栅***调整至最高精度；定位套31的外圆面J与主轴10的内孔面H为过渡配合，定位套31的外圆面J与底板1的内孔面I为间隙配合，定位钉32的外圆面Q与定位套31的内孔面P为间隙配合，定位钉32的外圆面S与数控回转工作台33中心的内孔面K的配合为间隙配合；两只笔式长度计37的轴线应通过主轴10的回转中心，轴线应相互垂直，且一只笔式长度计37的轴线应与光轴14的轴线在同一铅垂面内；光轴14处于两只滚针49之间且必须有间隙，为避免数控回转工作台启动时的过大冲击和测量过程中工作台回转不均匀而产生的冲击，在拨块46上粘牢两块永久磁铁48是非常重要的。

实现数控回转工作台定位精度的动态、静态快速测量方法与实施例1完全一样。

实施例4：

用RESR圆光栅作角度测量基准元件，偏心测量长度计固定不动，如图5，9，12，13，14，15，16所示。

角度测量仍由底板1，主轴10，第一连接板15，定位套31，定位钉32，垫圈56，钢球隔离套57，环圈58，轴套59，隔离套62，调整垫圈63，压板64，座69，调整座72和钢球55，圆光栅刻线环70及读数头71等组成，其连接和装配方法与实施例3完全一样。

偏心测量仍由支撑块13，光轴14，第一连接板15，第二连接板17，连接杆19，限位柱22，定位钉24，支座36，拨块46，测砧50和笔式长度计37，永久磁铁48，滚针或淬火圆柱销49等组成，其连接和装配方法与实施例2完全一样。

电缆的顺出和固定，仪器的防护，仪器的手柄安装均与实施例1完全一样。

注意事项与实施例3完全一样。

实现数控回转工作台定位精度的动态、静态快速测量方法与实施例1完全一样。

根据需要，计算机可仍意设置数控回转工作台回转一整周的采样点数，对数控回转工作台的定位精度进行测量，得到需要定位精度数据。一整周内可设置仍意测量点数，是其它测量方法不能实现的。

Claims (6)

1、数控回转工作台定位精度快速测量机构，其特征在于主轴(10)与底板(1)固连，通过定位装置将主轴(10)定位于数控回转工作台中心的孔中，主轴(10)与圆光栅刻线环连接，圆光栅座与轴套和第一连接板(15)固连，第一连接板(15)与光轴(14)固连，第二连接板(17)与夹头(20)连接，两只笔式长度计(32)与第一或第二连接板连接，其轴线通过主轴(10)的回转中心成90°夹角，一只笔式长度计的轴线与光轴的轴线在同一铅垂面内，笔式长度计的测头与第二连接板或第一连接板固连的测砧的内壁面M紧密接触，光轴位于第二连接板(17)的两滚针或圆柱销(49)之间并与其有间隙。

2、根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于圆光栅(9)与支撑板(6)固连，支撑板(6)与连接环(8)固连，连接环(8)与第一连接板(15)固连，圆光栅(9)的刻线环通过环形螺母(11)与主轴(10)连接，第一推力球轴承(29)装在主轴(10)的轴肩上，第二推力球轴承装在底板(1)上，所说轴套为位于第一、第二推力球轴承之间的轴板(4)，轴板(4)与支撑板(6)固连。

3、根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于圆光栅由两只读数头(71)和刻线环(70)组成，两只读数头(71)与座(69)固连，座(69)与轴套(59)固连，轴套(59)与第一连接板(15)固连，主轴(10)与环圈(58)固连，环圈(58)与刻线环(70)固连，主轴(10)与轴套(59)之间有隔离套(62)、钢球隔离圈(57)、垫圈(56)、可调垫圈(63)，隔离套(62)和隔离圈(57)上有钢球(55)并通过压板(64)固定，调整座(72)通过螺钉(73)与轴套(59)固连，调整座上有可调螺钉(74)，调整座(72)通过其上的可调螺钉(74)与座(69)连接。

4、根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于定位套(31)的外圆面J与主轴(10)的内孔面H为过渡配合，与底板(1)的内孔面I为间隙配合，定位钉(32)的外圆面Q与定位套(31)的内孔面P为间隙配合，定位钉(32)的外圆面S与数控回转工作台(33)中心的内孔面K为间隙配合。

5、根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于第一连接板(15)与两支撑块(13)固连，光轴(14)位于两支撑块(13)之间并用螺钉(38)夹紧，两只笔式长度计(37)与第一连接板(15)连接，永久磁铁(48)与拨块(46)粘结，拨块(46)与两滚针或圆柱销(49)固连，拨块(46)与第二连接板(17)固连，光轴(14)位于两只滚针或圆柱销(49)之间并有间隙。

6、根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于第一连接板(15)与两支撑块(13)固连，光轴(14)位于两支撑块(13)之间并用螺钉(38)夹紧，测砧(50)与第一连接板(15)固连，两只笔式长度计(37)与第二连接板(17)连接，永久磁铁(48)与拨块(46)粘结，拨块(46)与两滚针或圆柱销(49)固连，拨块(46)与第二连接板(17)固连，光轴(14)位于两只滚针或圆柱销(49)之间并有间隙。

Images