用于主軸回轉(zhuǎn)精度測量實驗的混合多方法測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種超精密測量裝置，特別是機(jī)床主軸或旋轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)精度測量(實驗)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]加工高精度的機(jī)械零件，對機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度有非常高的要求，主軸回轉(zhuǎn)誤差是衡量加工中心和機(jī)床精度的一個重要指標(biāo)，通常采用雙向法、三點法等對其進(jìn)行測試評估。通過測量，可以了解機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)狀態(tài)，分析誤差產(chǎn)生的原因；另一方面，對于教育教學(xué)來說，通過機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動測試，可使學(xué)生了解機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動的測試方法、原理，從而掌握測試系統(tǒng)組成、測試操作流程、數(shù)據(jù)處理及圖像分析方法等知識。現(xiàn)有幾種常用測試方法為:
[0003]雙測頭反向法:用兩個相隔180°的傳感器獨立進(jìn)行側(cè)量，又稱改進(jìn)反向法。雙測頭反向法只需一次安裝，避免了采用一個傳感器所需多次安裝，帶來的安裝誤差，不需要主軸回轉(zhuǎn)誤差具有良好的重復(fù)性。
[0004]三點法:需要三個傳感器同時采集數(shù)據(jù)，三個傳感器要位于同一主軸截面內(nèi)，且相交于主軸的幾何中心。三點法要求測試裝置需有較高的加工精度，同時對傳感器的裝夾、調(diào)試要求較高。另外，諧波抑制是三點法不可避免的一個現(xiàn)象:如果均勻布置傳感器，低階諧波將被抑制；相反，如果傳感器非均勻布置，低階諧波抑制現(xiàn)象將減輕。由于對傳感器安裝精度的高要求以及諧波抑制問題使三點法應(yīng)用受到限制。
[0005]四點法或其他多點法的優(yōu)點是，采用四個或更多的傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分離，能夠減少諧波抑制。但也使數(shù)據(jù)處理變的更加復(fù)雜，同時多個傳感器帶來的安裝對心、精確的角度布置、傳感器性能之間的差異問題同樣會降低誤差分離結(jié)果的精度。
[0006]綜上，主軸回轉(zhuǎn)精度測量時，傳感器安裝精度至關(guān)重要。
[0007]現(xiàn)有測試機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置常見為筒狀結(jié)構(gòu)，開徑向孔或徑向螺孔，傳感器插入此孔采集主軸回轉(zhuǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)。為了減輕重量、結(jié)構(gòu)緊湊，測試所用筒狀裝置常用薄壁件，即筒壁較薄，因薄壁零件裝夾、受熱、切肩振動等原因，加工難度高，剛性差、極易變形；而傳感器外表面常用螺紋結(jié)構(gòu)，對應(yīng)薄壁筒上的徑向螺孔的螺紋圈數(shù)并不多，兩者配合時，因螺紋配合本身就有間隙，致使兩者相對主軸定位精度更差。當(dāng)然，采用高精度螺紋配合，或把測試裝置的筒壁加厚，可以減少定位誤差，但同時又會造成測量裝置過于笨重。另有一些測試裝置通過對筒狀裝置開窗的方法，加工成框架式結(jié)構(gòu)，但薄壁件因殘余應(yīng)力等原因，切開時其精度又易改變。
[0008]即使現(xiàn)有測試結(jié)構(gòu)精度高，但常安裝在主軸箱凸臺或機(jī)床主框架上，安裝位置為非定位基準(zhǔn)面或非定位結(jié)構(gòu)，其定位精度往往并不高。
[0009]現(xiàn)有部分改進(jìn)設(shè)計，做出了卓有成效的努力，獲批了國家專利，如“用于主軸回轉(zhuǎn)誤差檢測的傳感器位置調(diào)節(jié)裝置”(CN103341789A)等。它們在一定程度上有助于解決上述問題，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)。比如，現(xiàn)有各傳感器并非安裝在同一基準(zhǔn)零件上，所需零部件多，調(diào)整機(jī)構(gòu)復(fù)雜；而且，傳感器定位精度不但依賴于不同零件間的精度一致性情況，同時還受制于零件間的裝配精度，故很難保證各傳感器同處一平面內(nèi)，該平面與主軸垂直。如果在安裝各傳感器時，沒有使之完全垂直于機(jī)床主軸，或各傳感器不在同一平面，測試結(jié)果必將會產(chǎn)生偏差。另一方面，對于主軸回轉(zhuǎn)誤差來說，不但主軸傳動系統(tǒng)的幾何誤差、轉(zhuǎn)動軸系的質(zhì)量偏心會造成回轉(zhuǎn)誤差；而且許多隨機(jī)性誤差，如工藝系統(tǒng)的顫振，對主軸的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生影啊，造成誤差；對于精度要求較高的測量，隨機(jī)誤差成分也占有一定的比重，不能忽視，但現(xiàn)有測量裝置沒有減震系統(tǒng)，機(jī)床加工時，工藝顫振會直接影響主軸回轉(zhuǎn)精度測量裝置所測結(jié)果的準(zhǔn)確性及精度。
[0010]另外，各種主軸回轉(zhuǎn)精度測試方法對應(yīng)于不同的測量裝置，這對大學(xué)生實驗或研究者來說，如果想學(xué)習(xí)了解這些回轉(zhuǎn)精度的不同測試方法，或比較不同方法的優(yōu)劣，勢必要花費大量的時間和成本，進(jìn)行不同測試方法所要求的不同數(shù)據(jù)采集工作，以及不同測試方法對應(yīng)的不同實驗裝置的制作工作，耗費巨大的人力、物力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種加工要求相對較低，但定位精度高，調(diào)整方便，且綜合了多種主軸回轉(zhuǎn)精度測試方法的裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體實現(xiàn)如下:
[0012]用于主軸回轉(zhuǎn)精度測量實驗的混合多方法測試裝置，包括機(jī)床連接件、減震器、固定座、調(diào)節(jié)座、調(diào)整機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向套等；機(jī)床連接件與工作臺或機(jī)床導(dǎo)軌配合連接；固定座通過減震器連接在機(jī)床連接件上；調(diào)節(jié)座通過球面接觸與固定座可調(diào)相連，調(diào)節(jié)座的上表面開有若干條呈中心發(fā)散狀V型槽，傳感器安放在V型槽內(nèi)；調(diào)整機(jī)構(gòu)有若干套，均安裝在調(diào)節(jié)座上表面，調(diào)整機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)傳感器相對主軸徑向距離并壓緊固定傳感器。
[0013]優(yōu)選情況下，所述機(jī)床連接件與機(jī)床配合連接，所述機(jī)床連接件有三種形式，具體實施過程中以其中任意一種實現(xiàn)，
[0014]機(jī)床連接件是T型螺母，與機(jī)床工作臺T型槽配合相連；
[0015]機(jī)床連接件是尾架連接件，與車床尾架配合相連；
[0016]機(jī)床連接件是套筒件，與主軸上端的主軸箱凸臺配合相連。
[0017]優(yōu)選情況下，所述尾架連接件一端是含有錐度的圓臺，與機(jī)床尾架配合連接；另一端設(shè)有若干個圓周對稱的長圓孔，與連接在固定座上的減震器配合相連。
[0018]優(yōu)選情況下，所述套筒件為筒狀結(jié)構(gòu)，徑向開設(shè)有若干螺孔，筒的內(nèi)徑大小適合套接在主軸上端的主軸箱凸臺上，通過螺釘旋入徑向的螺孔與機(jī)床主軸箱凸臺固定在一起。
[0019]優(yōu)選情況下，所述減震器一端與機(jī)床連接件固定相連，另一端與固定座配合相連。
[0020]優(yōu)選情況下，所述固定座的底部設(shè)有若干圓周對稱的長圓孔，與固定在機(jī)床連接件上的減震器配合連接，固定座的外側(cè)表面為球面，固定座的頂端設(shè)有倒立的四棱凸臺，四棱凸臺的四個側(cè)面均通過固定座外側(cè)球面的球心。
[0021]優(yōu)選情況下，所述調(diào)節(jié)座的底部設(shè)有球形內(nèi)凹面，內(nèi)凹面與固定座球面相配合，調(diào)節(jié)座與固定座通過該球面配合組成可動球面副機(jī)構(gòu)；
[0022]調(diào)節(jié)座的中間部位開有四個螺孔，螺孔周向均布，上下位置與固定座四棱凸臺平齊，方向近似為球面所在球心為圓心所作圓的切線方向，即螺孔的位置正好處于固定座四棱凸臺的4個側(cè)面中央并與之垂直，四個調(diào)平螺釘分別旋入四個螺孔中，使得調(diào)節(jié)座與固定座球面配合連接，調(diào)節(jié)四個調(diào)平螺釘可調(diào)整調(diào)節(jié)座上表面與固定座主軸的夾角，即旋轉(zhuǎn)左右調(diào)平螺釘使該上表面左右傾斜，旋轉(zhuǎn)前后調(diào)平螺釘使該表面前后傾斜成其他角度；調(diào)節(jié)座的上表面開有若干條呈中心向外發(fā)散的V型槽，或開有兩條V型槽，兩條V型槽十字交叉，每條V型槽中均可放置測試用傳感器；調(diào)節(jié)座的上表面設(shè)有螺孔若干，螺孔分布在V型槽的兩邊，調(diào)整機(jī)構(gòu)通過螺孔安裝在調(diào)節(jié)座上表面；調(diào)節(jié)座上表面的中央位置設(shè)有T型孔；調(diào)節(jié)座的上表面(上表面的外邊緣)設(shè)有兩個相互垂直的直邊。
[0023]優(yōu)選情況下，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)包括壓座、壓緊旋鈕、固連片、調(diào)長旋鈕及卡簧；壓座的下表面中間設(shè)有圓弧凹槽，上端中間開有螺孔，壓座安裝在調(diào)節(jié)座上表面的V型槽之上，通過壓緊旋鈕固定并壓緊V型槽內(nèi)的傳感器；固連片與傳感器固定相連；調(diào)長旋鈕通過卡簧與固連片活動相連后，旋入壓座上端螺孔中，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)長旋鈕，可調(diào)整傳感器在V型槽內(nèi)滑動，即調(diào)整傳感器相對主軸的徑向距離。
[0024]優(yōu)選情況下，所述用于主軸回轉(zhuǎn)精度測量實驗的混合多方法測試裝置還包括導(dǎo)向套，放置在在調(diào)節(jié)座上表面所設(shè)的T型孔中，導(dǎo)向套有多個；導(dǎo)向套的上表面打有中央點或開有不同孔徑的導(dǎo)向孔。
[0025]本發(fā)明把多個傳感器安放在同一零件上，具有定位一致性好的優(yōu)點；利用V型槽自動對中的特點，定位傳感器的中心相對主軸的位置；采用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可方便調(diào)平傳感器測試平面呈水平或與主軸相垂直，應(yīng)用調(diào)整機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)傳感器相對主軸