磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精密機(jī)床加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝 置，本發(fā)明還涉及利用上述裝置測(cè)量磨齒機(jī)熱誤差的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在磨齒加工中，冷卻液在冷卻工件的同時(shí)吸收大量磨削熱，集聚在工作臺(tái)的T型 槽和導(dǎo)流槽中，造成機(jī)床關(guān)鍵部件和加工環(huán)境的明顯升溫，這種情況稱(chēng)為冷卻液升溫效應(yīng)。 冷卻液升溫效應(yīng)是導(dǎo)致磨齒機(jī)熱誤差的主要因素。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)機(jī)床熱誤差的研究主要在非加工狀態(tài)下進(jìn)行，沒(méi)有充分考慮冷卻 液升溫效應(yīng)對(duì)于機(jī)床熱誤差的影響。真實(shí)加工條件下，飛濺的冷卻液會(huì)對(duì)激光干涉儀和電 渦流傳感器造成嚴(yán)重干擾；而不考慮冷卻液升溫效應(yīng)的非加工狀態(tài)熱誤差預(yù)測(cè)模型對(duì)實(shí)際 加工狀態(tài)下的熱誤差預(yù)測(cè)效果很差。因此，進(jìn)行加工狀態(tài)下熱誤差測(cè)量對(duì)提高精密磨齒機(jī) 加工精度具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置，解決了現(xiàn)有裝置因 無(wú)法測(cè)量磨齒機(jī)工作狀態(tài)下的熱誤差而造成的磨齒機(jī)加工精度低的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供利用上述測(cè)量裝置測(cè)量磨齒機(jī)熱誤差的方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置，包 括溫度測(cè)量部分和位移測(cè)量部分；溫度測(cè)量部分包括設(shè)置在磨齒機(jī)的主軸電機(jī)、主軸前后 端蓋、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)面、冷卻液導(dǎo)流槽、立柱、床身、轉(zhuǎn)臺(tái)基座、主軸基座上的溫度傳感 器；位移測(cè)量部分包括通過(guò)支架固定在磨齒機(jī)主軸基座上的X向位移傳感器和Y向位移傳 感器，X向位移傳感器和Y向位移傳感器與檢棒接觸，檢棒固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上。
[0007] 本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0008] 檢棒長(zhǎng)度為 680mm-720mm，直徑為 48mm-52mm。
[0009] 支架為碳纖維支架。
[0010] 本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量方法，采用一 種測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)為：
[0011] 包括溫度測(cè)量部分和位移測(cè)量部分；溫度測(cè)量部分包括設(shè)置在磨齒機(jī)的主軸電 機(jī)、主軸前后端蓋、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)面、冷卻液導(dǎo)流槽、立柱、床身、轉(zhuǎn)臺(tái)基座、主軸基座 上的溫度傳感器；位移測(cè)量部分包括通過(guò)支架固定在磨齒機(jī)主軸基座上的X向位移傳感器 和Y向位移傳感器，X向位移傳感器和Y向位移傳感器與檢棒接觸，檢棒固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上；
[0012] 檢棒長(zhǎng)度為 680mm-720mm，直徑為 48mm-52mm;
[0013] 支架為碳纖維支架；
[0014] 測(cè)量方法具體包括以下步驟：
[0015] 步驟1 :位移測(cè)量：
[0016] 首先設(shè)X向位移傳感器軸線(xiàn)與Y向位移傳感器軸線(xiàn)交點(diǎn)為測(cè)量坐標(biāo)系原點(diǎn)0,測(cè)量 坐標(biāo)系X、Y、Z軸平行于機(jī)床坐標(biāo)系；然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中記錄X向位移傳感器的 數(shù)據(jù)Dx1^PY向位移傳感器的數(shù)據(jù)Dy1];
[0017] 步驟2 :計(jì)算檢棒圓心坐標(biāo)序列：
[0018] 依據(jù)步驟1得到的X向位移傳感器的數(shù)據(jù)DxjPY向位移傳感器的數(shù)據(jù)Dyu以及 檢棒半徑rb，利用平面圓方程（x-X(j)2+(y-y。)2=rb2計(jì)算出當(dāng)前測(cè)量平面下檢棒圓心坐標(biāo) 序列r.j，j= (1，2,3,4,5,6);
[0019] 步驟3:排除系統(tǒng)誤差：
[0020] 將步驟2得到的檢棒圓心坐標(biāo)序列rj進(jìn)行最小二乘圓擬合，得到轉(zhuǎn)臺(tái)軸心坐標(biāo)序 列R1,i= (1，2,3,4,5);
[0021] 步驟4 :求轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)表達(dá)式：
[0022] 將步驟3得到的轉(zhuǎn)臺(tái)軸心坐標(biāo)序列R1進(jìn)行空間直線(xiàn)最小二乘擬合，求出轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn) 空間表達(dá)式為：
[0024] 式⑴中，M(RX。，Ry。，RJ為轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)上一點(diǎn)，a= (X，Y，Z)為轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)方向向量；
[0025] 步驟5 :熱誤差建模，具體方法為：
[0026] 步驟5. 1 :根據(jù)步驟3得出的轉(zhuǎn)臺(tái)軸心坐標(biāo)序列R1，求出測(cè)量坐標(biāo)系X、Y方向分 量&和Yi，再根據(jù)所述步驟4得出的轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)表達(dá)式導(dǎo)出轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)角度熱誤差序列：0p = (0i，02，... 0n)，其中p為測(cè)量數(shù)據(jù)組數(shù)，P= (1，2,……，n);
[0027] 步驟5.2:提取溫度傳感器數(shù)據(jù)Tpq，q為溫度傳感器編號(hào)，q= (1，2, 3,4, 5,6, 7,8， 9,10)，p為測(cè)量數(shù)據(jù)組數(shù)，P= (1，2,……，n);
[0028] 步驟5. 3:根據(jù)相關(guān)性判別公式：
[0030] 式（2)中，Rp為某一界面內(nèi)檢棒圓心坐標(biāo)隨著溫度變化的熱誤差序列，
[0031] 令：?.?M，其中，入為相關(guān)性系數(shù)閥值，
[0032] 利用多元線(xiàn)性回歸理論建立熱誤差模型：

[0036] 上式中，A、B、C分別代表熱誤差序列X、Y、0的熱誤差模型中的溫度變量系數(shù)向 量；
[0037] 步驟5. 4 :根據(jù)最小二乘原理求解系數(shù)向量A= (TtT) 1TtX,B= (TtT) 1TtY,C= (TtT) 1Tt 0，求得系數(shù)向量A、B、C;
[0038] 步驟5. 5:將所述步驟5. 4得出的系數(shù)向量A、B、C代入熱誤差模型中即得到磨齒 機(jī)的熱誤差。
[0039] 本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0040] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：
[0041] 步驟I. 1:沿坐標(biāo)系Z方向每隔90mm-l IOmm標(biāo)記5個(gè)與坐標(biāo)系Z軸垂直的測(cè)量平 面，記為S1，其中，i= (1，2, 3,4, 5);
[0042] 步驟1. 2 :將X向位移傳感器和Y向位移傳感器置于步驟I. 1所述的測(cè)量平面S1 內(nèi)，令轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)360°，期間每旋轉(zhuǎn)60°記錄X向位移傳感器的數(shù)據(jù)Dx1^PY向位移傳感器 的數(shù)據(jù)Dylj，其中，i= (1，2,3,4,5)，j= (1，2,3,4,5,6);
[0043] 步驟1. 3 :間隔10-15分鐘執(zhí)行步驟1. 2 -次，完成p組測(cè)量數(shù)據(jù)采集。
[0044] 步驟4求轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)表達(dá)式的具體方法為：
[0045] 設(shè)Cl1為轉(zhuǎn)臺(tái)軸心坐標(biāo)序列R濟(jì)軸線(xiàn)距離的平方和，

[0048] 求解后得到轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)上一點(diǎn)M(Rx。，Ry。，RJ以及轉(zhuǎn)臺(tái)軸線(xiàn)方向向量a= (X，Y，Z);
達(dá)式。
[0050] 本發(fā)明的有益效果是：磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置，在現(xiàn)有磨齒機(jī)上設(shè)置 X向位移傳感器和Y向位移傳感器，可以對(duì)加工狀態(tài)的磨齒機(jī)進(jìn)行位移測(cè)量，在磨齒機(jī)的主 要發(fā)熱部位布置溫度傳感器，可以采集磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)的溫度，將位移與溫度結(jié)合便可 得出磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)的熱誤差；用該裝置進(jìn)行熱誤差測(cè)量，測(cè)量精度高，補(bǔ)償效果更好； 并且利用磨齒加工Z方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，避免引入X、Y方向重復(fù)定位誤差；該裝置結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，測(cè)量方法容易掌握，易于推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0051] 圖1是本發(fā)明一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖2是利用一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置測(cè)量熱誤差方法中排除系統(tǒng) 誤差的示意圖。
[0053] 圖中，1.支架，2.X向位移傳感器，3.Y向位移傳感器，4.檢棒，5.轉(zhuǎn)臺(tái)，6.主軸基 座。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0055] 本發(fā)明一種磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括溫度測(cè)量 部分和位移測(cè)量部分；溫度測(cè)量部分包括設(shè)置在磨齒機(jī)的主軸電機(jī)、主軸前后端蓋、進(jìn)給驅(qū) 動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)面、冷卻液導(dǎo)流槽、立柱、床身、轉(zhuǎn)臺(tái)基座、主軸基座上的溫度傳感器；位移測(cè)量 部分包括通過(guò)支架1固定在磨齒機(jī)主軸基座6上的X向位移傳感器2和Y向位移傳感器3， X向位移傳感器2和Y向位移傳感器3與檢棒4接觸，檢棒4固定在轉(zhuǎn)臺(tái)5上，檢棒4長(zhǎng)度 為680mm-720mm，直徑為48mm-52mm，支架1為碳纖維支架。
[0056] 磨齒機(jī)工作狀態(tài)時(shí)熱誤差測(cè)量方法，采用一種測(cè)量裝置，其結(jié)構(gòu)為：
[0057] 包括溫度測(cè)量部分和位移測(cè)量部分；溫度測(cè)量部分包括設(shè)置在磨齒機(jī)的主軸電 機(jī)、主軸前后端蓋、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)面、冷卻液導(dǎo)流槽、立柱、床身、轉(zhuǎn)臺(tái)基座、主軸基座 上的溫度傳感器；位移測(cè)量部分包括通過(guò)支架1固定在磨齒機(jī)主軸基座6上的X向位移傳 感器2和Y向位移傳感器3,X向位移傳感器2和Y向位移傳感器3與檢棒4接觸，檢棒4 固定在轉(zhuǎn)臺(tái)5上，檢棒4長(zhǎng)度為680mm-720mm，直徑為48mm-52mm，支架1為碳纖維支架。
[0058] 測(cè)量方法具體包括以下步驟：
[0059] 步驟1 :位移測(cè)量：
[0060] 首先設(shè)X向位移傳感器2軸線(xiàn)與Y向位移傳感器3軸線(xiàn)交點(diǎn)為測(cè)量坐標(biāo)系原點(diǎn)0， 測(cè)量坐標(biāo)系X、Y、Z軸平行于機(jī)床坐標(biāo)系；然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)5,旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中記錄X向位移傳感 器2的數(shù)據(jù)DxjPY向位移傳感器3的數(shù)據(jù)Dy1];
[0061] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施，如圖2所示：
[0062] 步驟I. 1 :沿坐標(biāo)系Z方向每隔90mm-lIOmm標(biāo)記5個(gè)與坐標(biāo)系Z軸垂直的測(cè)量平 面，記為S1，其中，i= (1，2, 3,4, 5);
[0063] 步驟1. 2 :將X向位移傳感器2和Y向位移傳感器3置于步驟I. 1所述的測(cè)量平 面S1內(nèi)，令轉(zhuǎn)臺(tái)5旋轉(zhuǎn)360°，期間每旋轉(zhuǎn)60°記錄X向位移傳感器2的數(shù)