圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法，用單工位測量機構(gòu)與數(shù)據(jù)處理及調(diào)整指導方法，檢測芯棒及杠桿千分表安裝在工位加工主軸頭位置上。用單工位測量機構(gòu)測量獲取單工位旋轉(zhuǎn)圓跳動誤差數(shù)據(jù)作為基本誤差采集方法，獲取不同圓盤上的各工位圓跳動誤差。以單工位圓周跳動誤差幾何模型為基礎(chǔ)，進行檢測數(shù)據(jù)的可靠性校驗和單工位偏差計算，用群體智能優(yōu)化方法計算確定圓盤整體偏差，根據(jù)計算的整體偏差結(jié)果為依據(jù)對圓盤進行整體調(diào)整。實現(xiàn)了僅采用杠桿千分表等簡單儀器和軟件處理技術(shù)，即可有效地測量圓盤式多工位機床的工位軸心精度，并由測量得到的結(jié)果對機床進行有效的調(diào)整，達到了提高多工位機床的整體精度，減小加工誤差的目的。
【專利說明】圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機床精度測量及調(diào)整方法，尤其涉及圓盤式多工位機床的工位軸 心精度測量及調(diào)整方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓盤式多工位機床擁有多個工位和多個動力頭，在零件需要多工序精密加工的場 合應用具有優(yōu)勢，一般一個工作盤設(shè)置多臺動力電機及其加工組合機構(gòu)，稱為動力盤；與其 平行的另一個工作圓盤放置加工工件，稱為工件盤。通常動力盤保持靜止，而通過工件盤的 旋轉(zhuǎn)運動進料，使按照一定加工順序完成各工位的加工。其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖2所示。
[0003] 各工位的軸心偏差相互關(guān)聯(lián)，為了減小其中某個工位的軸心偏差對機床進行相應 調(diào)整，帶來的后果可能是其他工位的軸心偏差增大，整體加工誤差反而增大。因此圓盤式多 工位機床的精度檢測及調(diào)整是該類機床制造過程中的關(guān)鍵。
[0004] 在多工位軸心偏差測量中，若根據(jù)國標GB/T-17421. 1-1998規(guī)定的同軸度的測 量辦法，讓測量工具裝在動力頭上并圍繞著動力頭軸線回轉(zhuǎn)360°，使測量工具的測頭觸 及代表裝夾孔軸線的圓柱體的規(guī)定截面，讀數(shù)的任何變化都表示了同軸度誤差的兩倍。此 測量方法應用在該種機床中，具有只能獲取同軸度偏差值的大小，無法獲取同軸度的偏差 方向等問題。
[0005] 關(guān)于目前多工位機床的各工位軸心精度檢測及調(diào)整，經(jīng)過文獻檢索，中國專利申 請?zhí)枮镃N201218715Y，公開了名稱為多工位機床各軸相對位置精度檢測裝置的專利，該專 利申請了一種能直觀讀取數(shù)據(jù)、確保數(shù)據(jù)準確的多工位機床各軸相對位置精度檢測裝置， 有效減少了調(diào)整次數(shù)和調(diào)整時間。該專利所申請裝置，利用百分表等工具，通過分別對多工 位數(shù)控車絲機的上下料工位、鏜孔工位、車絲工位分別檢測并進行調(diào)整，實現(xiàn)對多工位機床 各軸相對位置檢測。但是這種檢測裝置及方法具有以下不足： 其一，該裝置及檢測方法是為多工位數(shù)控車絲機設(shè)計，并不通用于其他多工位機床。
[0006] 其二，該裝置及檢測方法僅適用于各工位的檢測及調(diào)整相互獨立的機床，即其中 某個工位的檢測及調(diào)整不會對其他工位造成影響。而高精度多工位多刀具機床的各工位的 檢測及調(diào)整會相互影響，該方法并不適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了有效測量圓盤式多工位機床的工位軸心精度并對機床進行調(diào)整以達到減小 加工誤差的目的，本發(fā)明提供一種圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法。該 方法通過測量計算出各工位的軸心偏差及偏差方向，經(jīng)數(shù)據(jù)處理可得到動力盤與工件盤的 整體軸心偏差，根據(jù)結(jié)果對機床進行有效調(diào)整，使得各工位的軸心偏差在調(diào)整后整體減少， 減小機床加工誤差。
[0008] 為了解決其技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法，采用單工位測量機構(gòu)和數(shù)據(jù) 處理及調(diào)整指導方法，單工位測量機構(gòu)由檢測芯棒和杠桿千分表組成，具體步驟是： 1) 獲取單工位誤差數(shù)據(jù) 將一動力頭拆除，換上檢測芯棒代替動力頭，杠桿千分表通過螺紋連接固定在檢測芯 棒上，杠桿千分表的表頭觸及其中一個裝夾孔的一截面，檢測芯棒旋轉(zhuǎn)一周，使杠桿千分表 跟著旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)過程中分別記錄下0°，90°，180°，270°四個位置處杠桿千分表（4) 的示數(shù)r0、r90、rl80、r270、最大值、最小值，獲得單工位誤差數(shù)據(jù)； 2) 獲取各工位與動力頭的同軸度偏差及偏差方向 將單工位誤差數(shù)據(jù)進行處理，得到所有裝夾孔在各工位與動力頭的同軸度偏差及偏差 方向； 3) 獲取裝夾孔的整體偏差 選取數(shù)據(jù)，將同一裝夾孔與各動力頭的同軸度偏差及偏差方向作為一組數(shù)據(jù)，將每組 數(shù)據(jù)通過計算機使用群體智能優(yōu)化方法處理，計算得到該裝夾孔的整體偏差；重復選取數(shù) 據(jù)進行處理，直到得到所有裝夾孔的整體偏差； 4) 獲取工作盤的回轉(zhuǎn)誤差 將各裝夾孔的偏心誤差矢量數(shù)據(jù)進行處理，找到一矢量，使得所有裝夾孔的偏心誤差 矢量減去該矢量后整體減小，該矢量即是兩個工作盤之間的偏心誤差，通過計算所有裝夾 孔的回轉(zhuǎn)誤差平均值得到工作盤的回轉(zhuǎn)誤差； 5) 調(diào)整圓盤式多工位機床的工作盤 根據(jù)步驟四得到的結(jié)果對圓盤式多工位機床的工作盤進行相應調(diào)整，使得每個裝夾孔 與所有動力頭的整體偏差整體減小。
[0009] 上述獲取裝夾孔的整體偏差的具體方法是：在機床工作過程中動力盤靜止，動力 頭位置確定，將動力頭的位置作為基準視為該裝夾孔在各個工位處的理想位置，裝夾孔在 各個工位的理論位置應均勻分布在一個圓上，通過步驟二計算得到裝夾孔在各工位與動力 頭的同軸度偏差及偏差方向數(shù)據(jù)，則可得到該裝夾孔在各工位的實際位置，通過群體智能 優(yōu)化方法，找到在整體上最接近裝夾孔實際位置的圓，使裝夾孔的實際位置最近似地均勻 分布在該圓上，這兩個圓的偏差即是該裝夾孔的整體偏差，整體偏差包括三個分量：偏心半 徑偏差R、偏心角度偏差β、回轉(zhuǎn)誤差Θ，其中偏心半徑偏差R、偏心角度偏差β構(gòu)成偏心 誤差矢量。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是： 僅通過杠桿千分表等簡單儀器，就可以有效測量圓盤式多工位機床的各工位軸心精 度，通過單工位圓周跳動誤差幾何模型和群體智能優(yōu)化方法處理得到工作盤之間的偏心誤 差及回轉(zhuǎn)誤差，并對機床進行有效調(diào)整使偏心誤差減小，提高加工精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是單工位測量機構(gòu)示意圖； 圖2是測量示意圖； 圖3是單工位偏差測量的數(shù)學幾何關(guān)系示意圖； 圖4-1是裝夾孔偏差的計算原理示意圖； 圖4-2是裝夾孔偏差的誤差分量示意圖； 圖4-3是裝夾孔偏差的求解數(shù)學模型示意圖； 圖5是工作盤偏心誤差計算原理示意圖。

【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0013] 請參閱圖1-5,本發(fā)明的圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法，它由 單工位測量機構(gòu)與數(shù)據(jù)處理及調(diào)整方法兩部分組成。
[0014] 圖1是單工位檢測機構(gòu)示意圖。圖1中，檢測芯棒3,杠桿千分表4。在檢測時，拆 除動力頭，用檢測芯棒3替代動力頭。檢測芯棒3頂端突起處有螺紋，檢測時杠桿千分表4 通過螺紋連接固定在檢測芯棒3上。
[0015] 圖2是本方法發(fā)明的測量示意圖。圖2中，放置電機和刀具的動力盤1，放置工件 的工件盤2,是檢測芯棒3,是杠桿千分表4,放置加工工件的裝夾孔5,動力頭6及加工刀 具。具體測量方法是將一動力頭6拆除，換上檢測芯棒3,杠桿千分表4固定在檢測芯棒3 上，表頭觸及其中某個裝夾孔5的某一截面，芯棒旋轉(zhuǎn)一周，杠桿千分表4固定在芯棒上也 跟著旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)過程中分別記錄下〇°，90°，180°，270°四個位置處杠桿千分表4的 示數(shù)IV r9(l、:r18(l、r27(l以及最大值max、最小值min。記錄下的這六個數(shù)據(jù)，可計算得到所測 量的裝夾孔5與該工位動力頭6的同軸度偏差及偏差方向，計算原理及數(shù)學模型在下一步 驟及圖3進行詳細說明。接著旋轉(zhuǎn)工件盤，使下一個裝夾孔5至該工位，重復測量并記錄數(shù) 據(jù)，直到在該工位測量完所有裝夾孔與該工位動力頭6的偏差數(shù)據(jù)。然后更換動力頭，將芯 棒安裝在其他動力頭位置，重復以上測量步驟，直到測量并記錄完機床所有裝夾孔在各工 位的偏差數(shù)據(jù)。
[0016] 圖3是單工位偏差測量的數(shù)學幾何關(guān)系示意圖。圖中局部坐標系原點0是杠桿 千分表的旋轉(zhuǎn)中心，即動力頭的軸線，01是裝夾孔的軸線(俯視圖，軸線成一點)，do為圓心 0-01偏差值，即動力頭與裝夾孔的同軸度偏差值，α為同軸度偏差方向，R0為裝夾孔半徑， Rd為在裝夾孔上離0點最近的Β點以0點為圓心的所在圓的半徑。圖3中將d0放大處理， 通常情況下d0為μ m數(shù)量級。
[0017] 根據(jù)杠桿千分表的原理，杠桿千分表的不數(shù)變化為相對變化值。其中最大值max 即為在離0點最近的B點的示數(shù)，最小值min即為在離0點最遠的A點的示數(shù)。則xl的值 即為13點處的示數(shù)max與0°處的示數(shù)的差值，即xl=max-r Q，同理：yl=max-r9(l、x2=max-r18(l、 y2=max-r270〇
[0018] 根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，可以得到以下關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法，采用單工位測量機構(gòu)和數(shù) 據(jù)處理及調(diào)整指導方法，所述單工位測量機構(gòu)由檢測芯棒（3)和杠桿千分表（4)組成，其特 征在于，具體步驟是： 1) 獲取單工位誤差數(shù)據(jù) 將一動力頭（6)拆除，換上檢測芯棒（3)代替動力頭，杠桿千分表（4)通過螺紋連接 固定在檢測芯棒（3)上，杠桿千分表（4)的表頭觸及其中一個裝夾孔的一截面，檢測芯棒 (3)旋轉(zhuǎn)一周，使杠桿千分表（4)跟著旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)過程中分別記錄下0°，90°，180°， 270°四個位置處杠桿千分表（4)的示數(shù)r0、r90、rl80、r270、最大值、最小值，獲得單工位 誤差數(shù)據(jù)； 2) 獲取各工位與動力頭的同軸度偏差及偏差方向 將單工位誤差數(shù)據(jù)進行處理，得到所有裝夾孔（5)在各工位與動力頭（6)的同軸度偏 差及偏差方向； 3) 獲取裝夾孔的整體偏差 選取數(shù)據(jù)，將同一裝夾孔（5)與各動力頭（6)的同軸度偏差及偏差方向作為一組數(shù)據(jù)， 將每組數(shù)據(jù)通過計算機使用群體智能優(yōu)化方法處理，計算得到該裝夾孔（5)的整體偏差； 重復選取數(shù)據(jù)進行處理，直到得到所有裝夾孔的整體偏差； 4) 獲取工作盤的回轉(zhuǎn)誤差 將各裝夾孔（5)的偏心誤差矢量數(shù)據(jù)進行處理，找到一矢量，使得所有裝夾孔（5)的偏 心誤差矢量減去該矢量后整體減小，該矢量即是兩個工作盤之間的偏心誤差，通過計算所 有裝夾孔（5)的回轉(zhuǎn)誤差平均值得到工作盤的回轉(zhuǎn)誤差； 5) 調(diào)整圓盤式多工位機床的工作盤 根據(jù)步驟四得到的結(jié)果對圓盤式多工位機床的工作盤進行相應調(diào)整，使得每個裝夾孔 (5)與所有動力頭（6)的整體偏差整體減小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓盤式多工位機床的工位軸心精度測量及調(diào)整方法,其特征 在于：所述獲取裝夾孔的整體偏差的具體方法是：在機床工作過程中動力盤（1)靜止，動力 頭（6)位置確定，將動力頭（6)的位置作為基準視為該裝夾孔（5)在各個工位處的理想位 置，裝夾孔（5)在各個工位的理論位置應均勻分布在一個圓上，通過步驟二計算得到裝夾孔 (5)在各工位與動力頭（6)的同軸度偏差及偏差方向數(shù)據(jù)，則可得到該裝夾孔（5)在各工位 的實際位置，通過群體智能優(yōu)化方法，找到在整體上最接近裝夾孔實際位置的圓，使裝夾孔 (5)的實際位置最近似地均勻分布在該圓上，這兩個圓的偏差即是該裝夾孔（5)的整體偏 差，整體偏差包括三個分量：偏心半徑偏差R、偏心角度偏差β、回轉(zhuǎn)誤差Θ，其中偏心半徑 偏差R、偏心角度偏差β構(gòu)成偏心誤差矢量。
【文檔編號】G01B5/252GK104266570SQ201410402076
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】林獻坤, 林弈江, 王益涵 申請人:上海理工大學