第三位移傳感器6沿著豎直方向進行貫穿式安裝，安裝在連接板上的L形支持壁板3，L形支持壁板3的兩個壁面均垂直于支座I頂部水平端面布置，并與L形支持壁板的兩個壁面內部設置有螺紋通孔以便于第一位移傳感器4和第二位移傳感器5進行貫穿式安裝，實現對標準芯棒球頭在各方向位置姿態運動偏差數據進行實時檢測。
[0037]如圖4所示，本實施例提供了數控機床刀尖動態特性測試系統的硬件組成結構及檢測原理，通過各位移傳感器檢測出球頭芯棒的位姿實時信息，通過溫度傳感器組7檢測出機床各主要發熱部位的溫度狀態信息，通過數據采集器12采集上述球頭位置信息和溫度信息并高速發送這些數據信息進入計算機8進行自動計算分析與顯示及打印報告。
[0038]如圖5所示，為數控機床坐標系構成示意圖。主要是定位數控機床刀尖點位姿的理論參考基準，包括X/Y/Z/A/B/C六個自由度基準。
[0039]如圖6所示，為本發明的檢測方法實施工作流程圖。主要是首先設定數控機床的各工作參數，在機床工作臺上架設數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置，對位移傳感器4/5/6、熱敏電阻傳感器組7、各類放大器、數據采集器12和計算機進行初始化設定。然后，按照數控機床刀尖動態特性各項指標要求開啟計算機中各項測試功能模塊，通過位移傳感器4/5/6或溫度傳感器組7實現對數控機床相關運行狀態下的刀尖動態信號測量，并將測量的動態信號通過數據采集器12傳輸至計算機8，完成數控機床刀尖點動態數據采集處理。接著，根據測試要求由計算機實現對該項指標測試數據進行在機分析處理，并將機床刀尖動態特性的測量值與設定值或歷史數據進行對比，以對數控機床刀尖動態精度進行異常判斷，若判斷結果為否，則數控機床保持原來精度狀態或繼續測試，若判斷結果為是，則進入下一步數據報告生成。最后，生成相應修正或補償數據供數控系統進行參數調整并得到機床刀尖動態特性各項指標分析報告，為安裝及調整維修提供參考數據，最終實現對數控加工精度的改進和提升。
[0040]如圖7所示，為本發明應用在主軸熱態特性測試的工作示意圖。主要是通過空載或加載定時運行后，通過換刀將球頭芯棒安裝在主軸上并采用編程自動執行方法快速移動到預先設置后的刀尖位置實現對熱誤差的檢測。
[0041]如圖8所示，為本發明應用在主軸傾斜度測試的工作示意圖。主要是通過將標準芯棒安裝在主軸上并移動到預先設置后的刀尖位置，起動Z坐標軸上下往復運動并采集主軸相關信號，實現對主軸傾斜度的檢測。
[0042]如圖9所示，為本發明應用在主軸回轉精度測試的工作示意圖。主要是通過將標準芯棒安裝在主軸上并移動到預先設置后的刀尖位置，起動主軸作額定轉速η的旋轉運動并采集主軸相關信號，實現對主軸回轉精度的檢測。
[0043]如圖10所示,為本發明應用在刀尖點C軸動態精度測試的工作示意圖。主要是通過將球頭芯棒安裝在主軸上并移動到預先設置后的刀尖位置，對具有C坐標擺動頭的C軸進行固定角度回轉運行，同時啟動RTCP模式實現C軸全行程動態刀尖運動特性的檢測。
[0044]如圖11所示,為本發明應用在刀尖點B軸動態精度測試的工作示意圖。主要是通過將球頭芯棒安裝在主軸上并移動到預先設置后的刀尖位置(如在同一機床上已測過任意一個擺動或回轉坐標則可省略此步驟)，對具有B坐標擺動頭的B軸進行固定角度回轉運行，同時啟動RTCP模式實現B軸全行程動態刀尖運動特性的檢測。
[0045]如圖12所示,為本發明應用在刀尖點A軸動態精度測試的工作示意圖。主要是通過將球頭芯棒安裝在主軸上并移動到預先設置后的刀尖位置(如在同一機床上已測過任意一個擺動或回轉坐標則可省略此步驟)，對具有A坐標擺動頭的A軸進行固定角度回轉運行，同時啟動RTCP模式實現A軸全行程刀尖運動特性的檢測。
[0046]按照上述實施例，便可很好地實現本發明。值得說明的是，基于上述設計原理的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本發明所公開的結構基礎上做出的一些無實質性的改動或潤色，所采用的技術方案的實質仍然與本發明一樣，故其也應當在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，包括安裝在數控機床工作平臺的支座1，設置在支座頂部的連接板2，安裝在連接板上的L形支持壁板3，設置在支持壁板3和連接板2的位移傳感器4/5/6，通過各位移傳感器檢測出球頭芯棒的刀尖位姿實時信息，通過溫度傳感器組7檢測出機床各主要發熱部位的溫度狀態信息，通過數據采集器12獲取上述球頭刀尖位姿的多傳感器融合信號并高速發送數據進入計算機8實施計算分析。2.根據權利要求1所述的數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，所述的連接板2平行于支座1頂部水平端面布置固定，連接板2內部設置有螺紋通孔以便于第三位移傳感器6沿著豎直方向進行貫穿式安裝。3.根據權利要求1所述的數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，所述的L形支持壁板3的兩個壁面呈直角90°布置，L形支持壁板3的兩個壁面均垂直于支座1頂部水平端面布置，并與L形支持壁板3的兩個壁面內部設置有螺紋通孔以便于第一位移傳感器4和第二位移傳感器5進行貫穿式安裝。4.根據權利要求1所述的數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，所述的第一位移傳感器4、第二位移傳感器5和第三位移傳感器6呈兩兩垂直布置，實現對球頭的各方向位置姿態運動偏差數據進行實時檢測。5.根據權利要求1所述的數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，所述的溫度傳感器組7由多套熱敏電阻傳感器構成。6.根據權利要求1所述的數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，其特征在于，所述的計算機包括用于RTCP (旋轉刀具中心點)精度測試模塊、主軸徑向傾斜度測試模塊、主軸回轉精度測試模塊、主軸熱變形測試模塊，用于擺動軸補償值數據生成模塊、刀尖點受熱發生熱偏移修正數據生成模塊，以及由動態精度預警模塊和歷史數據跟蹤模塊組成的數據庫模塊。7.如權利要求1至6數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置的實現方法，其特征在于，所述的測試實現方法主要包括以下步驟: (1)設定數控機床的各工作參數，在機床工作臺上架設數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置，對各位移傳感器4/5/6、溫度傳感器組7、位移傳感器放大器9、溫度傳感器放大器.10，數據采集器12和計算機8進行初始化，完成檢測裝置工作參數的設定； (2)按照數控機床刀尖動態特性各項指標要求開啟計算機中各項測試功能模塊，通過位移傳感器或熱敏電阻傳感器組實現對數控機床相關運行狀態下的動態多路信號測量，并將測量的多路信號經數據采集器12通過總線方式傳輸至計算機，完成數控機床刀尖點動態融合數據采集處理； (3)根據測試要求由計算機實現對該項指標測試數據進行分析處理，并將機床刀尖動態特性的測量值與設定值或歷史數據進行對比，以對數控機床刀尖動態精度進行異常判斷，若判斷結果為否，則數控機床保持原來狀態或繼續完成測試，若判斷結果為是，則執行下一步； (4)生成機床刀尖動態特性各項指標分析報告和相應數控系統的修正或補償數據，最終實現對數控機床加工精度的改進和提升。
【專利摘要】本發明公開了一種數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置及其方法，主要解決了現有數控機床刀尖動態特性檢測性能指標不全面、不精準以及儀器及切削試件檢測成本較高等問題。該數控機床刀尖動態特性精度檢測裝置包括支座、連接板與L形支持壁板，通過孔以貫穿方式在支座頂部安裝有呈兩兩垂直布置的位移傳感器，同時通過集成機床各主要熱源處的溫度數據采集，實現主軸擺動或旋轉運動過程中對刀尖點位姿實時信息獲取，通過數據采集器自動獲取融合的數據信息高速傳輸進入計算機實施記錄及分析，完成精度相關計算和補償數據生成。本發明結構設計巧妙，刀尖特性測試功能全面，通用性強，大大降低了數控加工精度測試成本，具有較好的實用和推廣價值。
【IPC分類】B23Q17/09, B23Q17/22
【公開號】CN105269404
【申請號】CN201410663448
【發明人】黃智 , 陳學尚, 許可, 王正杰, 萬從保, 李俊英
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年11月20日