專利名稱：機床分度誤差補償方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工中在線原位測量系統的誤差補償。具體講涉及機床分度誤差補償方法及裝置。
背景技術：
國民經濟與國防的發展對于產品的精度要求越來越高、各種形狀復雜的零件所占的比重越來越大。這些高精度復雜零件加工時間長、加工費用高，不合格品帶來的損失大。 在加工工藝過程中采用適當的檢測裝置，適時地檢測加工件的各種尺寸、形狀、位置參數， 對于提高加工精度，保證產品質量、防止或減少廢品，具有重要意義。目前國內外廣泛采用的一類加工中檢測中裝置，如意大利Marpose公司和我國中原量儀廠等生產的加工中測量裝置，只能用于軸徑、孔徑、臺階高度等一些簡單參數的測量。而國民經濟與國防中需要加工許多復雜的零件，如發動機整體葉盤、齒輪、箱體等。這些零件形狀復雜，目前國內外生產的加工中測量裝置顯然無能為力。對于這類復雜零件，目前最常用的方法是在生產線的兩個工序間放置一些專用或通用測量儀器。在完成一個加工工序后對加工件進行較全面的檢測。根據檢測結果只讓在上一道工序符合要求的零件進入下一道工序。發動機整體葉盤等復雜零件的原材料與前面已完成的工序加工費用都很高。如果因為某一道工序中某些局部參數不符合要求而報廢是十分可惜的，應當盡可能進行返修，使之成為合格件。對于上面所述的方法，在發現某些局部參數不符合要求，要再送回原機床返修存在許多困難。一是整個工藝流程不順，二是將工件從機床上卸下后就失去了它的安裝基準，重新安裝會因基準改變帶來誤差。為了解決這兩個問題要求進行在線原位檢測。有的數控機床和加工中心帶有檢測裝置。最簡單的是在加工完畢后，用機床上配置的測頭檢測刀具的磨損。這種方法只能發現刀具的磨損，發現不了其它加工誤差。較先進的方法是，在刀具退出后，在刀具處換上測頭，利用機床帶動測頭運動，對工件進行檢測。 這種方法固然能夠發現由于刀具磨損、機床振動、由于切削力引起的變形等影響，但是從原理上說它存在問題，它不能發現由于機床運動誤差而產生的種種誤差。刀具與測頭是由同一控制系統、運動機構帶動運動，機床的運動誤差同時影響加工誤差與測量誤差。計量學的一條基本原則是檢測裝置應該獨立于加工機床。針對上述問題，發明了一種(1)體積小，能夠安裝在機床旁。在機床加工原位，不卸下工件，對復雜工件進行各種尺寸、形狀、位置參數全面檢測的測量系統。( 具有5個自由度，可探測性強，能夠對整體葉盤、異形齒輪等復雜零件進行在線原位測量。(3)重量輕，可以在必要時從機床旁移開，不影響機床各種工作。(4)能夠進行掃描或點位自動測量，測量效率高。( 具有多種誤差補償措施，測量精度高。(5)具有強大的數據處理軟件，對自由曲面進行擬合和重構，與被測曲面的理論模型進行比較，形成返修指令。它將在復雜零件的生產中獲得廣泛應用，解決國民經濟與國防中許多迄今為止難以解決的問題，具有重要的學術意義和實用價值，具有重大的經濟效益和社會效益。這一成果已另行申請專利。
圖1是數控機床的與加工中心的一種典型布局。加工件安裝在機床工作臺2的轉臺4上，它的后方是刀架3，前方有兩個輔助工位1和5，供上下料用。測量機只能安裝在兩個輔助工位1和5之間的狹小地帶(通常只有四、五百毫米寬)內。但是這種測量系統，不管采用什么樣的結構形式，只能測量接近測量機一端的某些部位。要伸到機床的后端，即刀架3的一端進行測量是很困難的。特別是對于整體葉盤等這樣一些復雜零件，葉片扭轉角很大，而相鄰葉片間槽很窄，探針從后端伸入是非常困難的。比較現實的方法通過轉動機床轉臺4，將需要測量的葉片或齒轉到機床前端，進行測量。但是這里出現了一個新問題，轉臺 4的分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差影響測量結果。它違反了計量學的一條基本原則檢測裝置應該獨立于加工機床。為了避免機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差的影響，需要有適當的方法，能夠補償上述誤差。

發明內容
本發明旨在解決克服現有技術的不足，提供一種能夠避免機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差的影響，進行誤差補償的方法或裝置，為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，機床分度誤差補償裝置，結構為圓形的標準球盤上安裝有N個標準球； N個標準球安裝在標準球盤的同一高度上，并均布在與標準球盤外圓同心的圓周上，標準球盤安裝在機床的轉臺上，標準球盤的外圓與機床的轉臺轉軸同心。標準球是鋼球或陶瓷球，在球的一端打一個盲孔，在孔內鑲入一根螺桿，并用膠粘死。標準球盤上設有N個球座，以沿切向均布的方式用螺釘固結在標準球盤底盤上， 球座在底盤上的徑向位置和切向位置可以在螺孔允許的范圍內調整，將粘結有標準球的螺桿插入球座的孔內，螺桿上在球座兩邊各有一個螺母，靠兩個螺母將螺桿固定在球座上，其 ζ向位置與徑向位置均可以在一定范圍內調整。一種機床分度誤差補償方法，借助于前述機床分度誤差補償裝置實現，包括下列步驟對各個標準球的位置進行調整調整的要求是(1)將各個標準球的球心調整到與底盤的外圓同心的圓上；( 將各個標準球的球心調整到同一高度H上；C3)將各個標準球的球心調整到間隔相等；將裝配好的標準球盤安裝在一個檢測用的精密轉臺上，通過測量標準球盤底盤的外圓將底盤與檢測用的精密轉臺軸線調整成同軸；然后通過檢測，調整各個標準球的位置， 并通過測量標準球上某一個點的位置來進行調整；利用旁向測頭測量各個標準球的等高性為此將一個旁向測頭調整到測量標準球頂部的位置，在轉臺連續轉動過程中旁向測頭的示值變化表示球心高度H的變化，略微松開固定球座的兩個螺母，在球座的孔與螺桿的間隙范圍內調整螺桿的位置，再鎖緊兩個螺母，直至各個球心的高度H相等；接著在調整用的轉臺帶動底盤轉動過程中，利用旁向測頭測量各個標準球的均布性。為此將一個旁向測頭調整到測量標準球一側的位置，轉臺每轉動一個間距角Q1 = 360° /N，旁向測頭進入測量球心的位置，拾取示值后退出，在N個轉位的測量中旁向測頭的示值變化表示球心間距角θ工的變化，略微松開螺釘，在底盤的孔與螺釘的間隙范圍內調整球座的位置，再鎖緊螺釘，直至各個球的間距角θ工相等，檢測與調整常需反復進行；最后在調整用的轉臺帶動底盤轉動過程中，利用軸向測頭測量各個標準球的球心圓的偏心，為此將一個軸向測頭調整到測量標準球外端的位置，連續轉動轉臺，軸向測頭測量球心至轉臺中心的距離Rtl的位置。在轉臺帶動底盤轉動一圈過程中軸向測頭的示值變化表示兩倍的偏心，略微松開螺釘，在底盤的孔與螺釘的間隙范圍內調整球座的位置，再鎖緊螺釘，直至各個球至轉臺中心的距離R0相等，檢測與調整常需反復進行；上述調整可能互相牽連，特別是標準球的均布性與偏心都是通過改變球座的位置來調整，如果螺桿上的兩個螺母位置不當，也可能靠改變球座的位置無法將偏心調得很小，這時需要適當改變兩個螺母在螺桿上的位置，然后再進行偏心檢測和調整，在這種情況下，偏心調整與等高性的調整也會互相牽連；在完成全部調整后，將調整好的標準球盤作為一個整體安裝到機床轉臺上，用螺釘將底盤大致固緊后，測量底盤上直徑為D的外圓面、并調整整個標準球盤的位置，直至底盤的外圓面與機床轉臺同軸，再鎖緊底盤；標準球盤安裝到機床轉臺上，并調整到與機床轉臺同軸后就不再移出；零件加工完畢后，安裝在機床旁的原位測量系統開始測量工件的第一個特征元素，測量完第一個特征元素后，測量某一個或幾個標準球，獲得球心坐標(Xl，Z1),為了便于測量工件的第二個特征元素，機床轉臺轉過分度角9^ = 360° /n后，利用安裝在機床旁的原位測量機測量同一個或同幾個標準球的球心位置，設為(X2，Y2, Z2), Δζ = Z2-Z1就是在這次轉動中轉臺4的軸向運動誤差，M0 = ^x22 -^x12 +y就是在這次轉動中轉臺4
的徑向運動誤差，M = arctan$-arctan+-氏就是在這次轉動中轉臺4的轉角誤差，可以
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按此引入誤差補償，使測量結果不受機床轉臺4轉動誤差的影響；由于在一般情況下，標準球盤上的球數N興n，機床轉臺每次轉過一個分度角θ ^，而標準球盤上兩個相鄰球之間的角度間距是Q1 = S6CT /N，這樣在機床轉臺轉過一個分度時，下一個球不是轉動到上一個球的原來位置，而是比上一個球的原來位置滯后Δ θ1 =θ re 0 = 360° (1/N-l/n)，在N<n時，Δ θ i > 0，轉動后下一個球比上一個球的原來位置滯后；在N > η時，Δ θ工< 0，轉動后下一個球超前于上一個球的原來位置，N與η都是已知的，通過檢測標準球的路徑進行正確規劃，測量k個特征元素后，轉臺總共轉過k θ ^，標準球的位置總共滯后kA θ17 |kA 0J超過一定值時，檢測標準球的路徑規劃自動改測相鄰的一個球；在機床轉臺4轉過η個分度角θ ^后，測量機完成對整個工件的測量，測量任務結束，合乎要求的加工件通過驗收，或允許其進入下一工序。對偏離技術要求的，計算返修量，并形成返修加工程序，進行返修。本發明的技術特點及效果1、采用本發明，可以利用機床轉臺的轉動，將需要測量的葉片、齒轉或其它部位到機床前端，測量機可以分別地對需要測量的部位進行逐個測量，而轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差又不影響測量結果。使測量符合計量學要求的獨立性原則，提高測量精度。2、采用在轉臺轉動前后測量同一個標準球的方法，可以大幅度地降低對標準球盤制造與調整精度要求。它只對標準球的球度誤差、硬度、穩定性，標準球盤的直徑、穩定性，標準球的球心圓與轉臺軸線的同心度有嚴格要求。所以對球度誤差有嚴格要求，是因為雖然測量同一個球，但測量的是球上不同的點。對球的硬度、穩定性，標準球盤的穩定性有要求是為了保證長期工作穩定性。標準球的球心圓與轉臺軸線的偏心會使標準球的球心圓半徑發生變化。其它因素，如標準球尺寸的一致性、標準球分布均勻性、等高性等，只影響調整與測量的方便性，可以降低對它們的要求。3、采用在轉臺轉動前后測量同一個標準球的方法，可以在測量具有不同分度角θ ο的零件時，采用同樣的標準球盤，對轉臺誤差進行補償，從而降低了標準球盤6的制造成本，避免了更換標準球盤、調整帶來的麻煩。4、可以利用經過精確標定的標準球盤底盤直徑D，對在線原位測量機的χ方向的零位進行標定或復核。


圖1為機床的典型布局示意圖。圖中，1輔助工位、2機床工作臺、刀架3、4轉臺、另一輔助工位5。圖2為裝有標準球盤的機床示意圖。圖中，6標準球盤。圖3為標準球盤結構示意圖。圖中，31底盤、32螺釘、33球座、標準球34、35鑲套在螺桿、37螺釘，螺桿35靠兩個螺母36固定在球座33上，其位置可以調整。底盤31通過若干個螺釘32固定在機床的轉臺上，在底盤31上安裝有N個球座33，這些球座均勻地分布在底盤31的一個與底盤31的外圓面同心的圓上，靠螺釘37固定在底盤31上。圖4為標準球的中心高度檢測與調整原理圖。圖中，圖5為標準球均布性的檢測與調整原理圖。圖6為標準球的球心圓的偏心檢測與調整原理圖。
具體實施例方式一些復雜工件的幾何參數的在線原位測量系統往往難以測量整個工件。需要利用機床的轉臺將需要測量部分轉動到測量機的前方。本發明通過檢測安裝在機床轉臺上的標準球盤上某一個或若干球的球心位置變化，對機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差進行補償，使機床轉臺誤差對測量結果沒有影響，提高測量精度。本發明屬于測試技術及儀器領域。具體講，涉及在線測量和誤差補償技術。本發明提供了一種能夠補償機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差的技術，從而使在線原位測量系統既能利用機床轉臺的轉動，將需要測量的葉片、齒轉或其它部位到機床前端，測量機可以分別地對需要測量的部位進行逐個測量，而轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差又不影響測量結果。本發明的基本思想是在機床轉臺上安裝一個標準球盤6，如圖2所示。圖2中其它符號的含義與圖1相同。通過所發明的在線原位測量機(已另行申請專利)檢測轉臺4轉動前后標準球盤6上某一個或若干球的球心位置變化，檢測出機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差，并對其影響進行誤差補償。它的主要特征是1.在機床轉臺上安裝一個具有N個標準球的球盤6，如圖2所示。N個標準球安裝在標準球盤6的同一高度上，并均布在與標準球盤6外圓同心的圓周上。對球的基本要求是球度誤差小、球徑一致、硬度高、穩定性好。2.對于標準球盤6的基本要求是穩定性好、底盤外圓圓度誤差小，直徑經過精確標定。標準球盤6安裝在機床的轉臺4上，利用標準球盤6的外圓將標準球盤調整到與機床的轉臺4同心。3.在測量零件的第一個特征元素(如整體葉盤的第一個葉片)、轉臺4處于第一個位置(轉動前的位置)時，利用測量機測量某一個標準球A的球心位置，在以轉臺4的軸線與工件安裝面交點為原點的坐標系中，其坐標為U1, I1, Z1)。為了測量該零件的第二個特征元素(如整體葉盤的第二個葉片)，需要將轉臺4轉過一個分度角以整體葉盤為例，對于一個具有η個葉片的整體葉盤= /η，其中η是該整體葉盤的葉片數。4.轉過分度角θ ^后，利用測量機測量同一個標準球A的球心坐標，設為(X2，y2,
ζ2) 0 Δζ = Z2-Z1就是在這次轉動中轉臺4的軸向運動誤差，Μ。=扣22”22 -^xf+yfm是在這次轉動中轉臺4的徑向運動誤差，A0 = arctan$-arctan，-氏就是在這次轉動中
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轉臺4的轉角誤差。可以按此引入誤差補償，使測量結果不受機床轉臺4轉動誤差的影響。5.如果機床只加工一種具有η個特征元素的零件，如具有η個葉片的葉盤，那么選擇球盤6上的標準球數N = η是最方便的。這時機床轉臺4每轉過一個分度角θ ^，球盤6上的下一個標準球轉動到前一個球轉動前的位置。每次轉動前后測量機測量的標準球的兩個位置是基本不變的。只是由于存在誤差因素，標準球的兩個位置會有微小變化。但是在絕大多數情況下，機床需要用于加工不同的零件，η不是固定的。對于不同η的零件更換具有不同標準球數N的球盤是很不方便的，這不僅因為球盤造價較高，每次更換加工件后，重新安裝標準球盤6也很不方便。N興η時，機床轉臺4每次轉過一個分度角θ ^，而標準球盤6上兩個相鄰球之間的角度間距是Q1 = 360° /N。這樣在機床轉臺4轉過一個分度時，下一個球不是轉動到上一個球的原來位置，而是比上一個球的原來位置滯后Δ Q1 = O1-O0=360° (l/N-1/n)。在N < η時，Δ θ工> 0，轉動后下一個球比上一個球的原來位置滯后；在Ν>η時，Δ Q1CO,轉動后下一個球超前于上一個球的原來位置。由于N與η都是已知的，可以通過對測量機檢測標準球的路徑進行正確規劃，使測量機正確地測量下一個球。測量k個特征元素后，轉臺4總共轉過I^tl，標準球的位置總共滯后kA 01O kA Q1太大時，會影響對標準球的正確檢測，需要改測相鄰的一個球，在進行測量機檢測標準球的路徑規劃時需要考慮這一因素。6.標準球盤6上的球數N太大，不僅會使標準球盤6的制造成本加大，也會使標準球的位置調整變得困難。此外，N太大也會使相鄰標準球挨得很近，給探測增加困難，所以N不宜太大。但是N太小時，兩個相鄰標準球隔得很遠，給探測帶來困難。一般可以推薦，測量機在它的量程內能夠探測到3個相鄰標準球，是比較合適的，可以按此來選擇標準球盤6上的球數。7.應該說，測量機探測一個標準球在轉臺4轉位前后的位置，即能滿足轉臺誤差補償的要求。但是也常同時探測兩個或更多標準球在轉臺4轉位前后的位置。同時探測兩個或更多標準球的好處是(1)提高測量結果的置信度；( 減小測量隨機誤差的影響，提高測量精度；(3)根據同時探測兩個或更多標準球在轉臺4轉位前后的位置，還可以獲得轉臺4的轉軸繞χ與y軸的傾擺角運動誤差。嚴格地講，被測件的一個特征元素在χ與y方向有一定分布范圍，在不同的點轉臺4的軸向運動誤差與徑向運動誤差是不同的。在測得轉臺4的轉軸繞χ與y軸的傾擺角運動誤差后，可以算出特征元素的各個點處轉臺4的軸向運動誤差與徑向運動誤差。但是一般說一個特征元素在χ與y方向的分布范圍有限，可以認為它們的軸向運動誤差與徑向運動誤差差別很小。8.圖3是標準球盤結構示意圖。圖中31是標準球盤的底盤，它是一個圓環。它的內徑d和外徑D根據在機床轉臺上安裝的方便確定。它應有一定厚度h，以防止熱處理時發生變形。底盤31通過若干個螺釘32固定在機床的轉臺上，并調整到與機床轉臺同軸。在底盤31上安裝有N個球座33，這些球座均勻地分布在底盤31的一個與底盤31的外圓面同心的圓上，靠螺釘37固定在底盤31上，其位置可以調整。標準球34鑲套在螺桿35上，并用膠粘死。螺桿35靠兩個螺母36固定在球座33上，其位置可以調整。選擇標準球34的高度H及其球心圓直徑Dtl應該考慮探測這些標準球的方便，同時不要影響工件的加工與測量加工件。9.圖4 6分別是檢測和調整標準球中心等高性、偏心與均布性的原理圖。本發明的目的在于為在線原位測量系統提供一種機床轉臺誤差補償技術。對于葉盤、異形齒輪等復雜零件，測量機很難從機床后端伸入零件槽內進行測量，比較現實的方法是利用機床轉臺的轉動，將需要測量的葉片、齒轉或其它部位到機床前端，測量機可以分別地對需要測量的各個部位進行逐個測量。本發明能夠補償轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差，使它們不影響測量結果。本發明的實施方式如下。1.根據測量機能夠覆蓋的測量范圍，適當選擇標準球盤上的球數N。2.加工N個球度誤差小、球徑差別小的標準球34(圖幻。對于標準球34的材料要求是硬度高、性能穩定、便于加工，可以是鋼或陶瓷。在球的一端打一個盲孔，在孔內鑲入一根螺桿；35，并用膠粘死。3.將N個球座33以沿切向均布的方式，用螺釘37固結在底盤31上，如圖3所示。球座33底盤31上的徑向位置和切向位置可以在螺孔允許的范圍內調整。 4.將粘結有標準球34的螺桿35插入球座33的孔內，螺桿35上在球座兩邊各有一個螺母36，靠兩個螺母36將螺桿35固定在球座33上，其ζ向位置與徑向位置均可以在一定范圍內調整。5.在將標準球盤裝配成圖3所示整體結構后，需要對各個標準球34的位置進行調整。調整的要求是(1)將各個標準球34的球心調整到與底盤31的外圓同心的圓上；(2)將各個標準球；34的球心調整到同一高度H上；( 將各個標準球34的球心調整到間隔相等。這三條要求第一條是最主要的，因為將標準球盤裝到機床轉臺上后，通過測量底盤31的外圓面，將底盤31的外圓面調整到與機床轉臺同軸，從而保證各個標準球34的球心圓與機床轉臺同軸。各個標準球34的球心圓與機床轉臺軸線之間的偏心，會引起各個標準球34的球心圓半徑隨轉角而變化，產生測量誤差。而標準球34的球心等高與均布對測量結果沒有直接影響。只是在等高與均布情況下測量更為方便，更容易讓所有測量點均在測量機的線性范圍內。6.將按圖3裝配好的標準球盤安裝在一個檢測用的精密轉臺上(圖4)，通過測量底盤31的外圓將底盤31與檢測用的精密轉臺軸線調整成同軸。然后通過檢測，調整各個標準球34的位置。按理說，由于各項調整要求是針對的球心位置提出的，檢測時也應該檢測各個球心的位置。但是檢測一個球心的位置，至少需要檢測球面上不在同一個平面上的34個點的位置。這些點需要從不同方向去探測，要求采用三維測頭，三維測頭的測量不確定度比一維測頭大。對標準球的球心圓的同心、等高、均布三項要求的調整互相有牽連。如果通過檢測各個球心的位置來進行調整，整個調整過程很麻煩。如果各個標準球的球度誤差很小、球徑差別也很小，那么完全可以通過測量球面上某一個點的位置來確定球心的位置，使調整過程得到簡化。標準球的球度誤差小、球徑一致性好是不難實現的，建議采用球度誤差小、球徑一致性好的標準球，然后通過測量某一個點的位置來進行調整。7.首先在轉臺帶動底盤31轉動過程中，利用旁向測頭測量各個標準球34的等高性。為此將一個旁向測頭調整到測量標準球頂部的位置，如圖4所示。在轉臺連續轉動過程中旁向測頭的示值變化表示球心高度H的變化。略微松開兩個螺母36，在球座33的孔與螺桿35的間隙范圍內調整螺桿35的位置，再鎖緊兩個螺母36，直至各個球心的高度H相等。檢測與調整常需反復進行。對等高性的調整精度要求不高，它不直接影響誤差補償精度，只是要求在將標準球盤裝到機床轉臺上后，各個球的高度都在在線原位測量機的測量范圍內即可。8.接著在調整用的轉臺帶動底盤31轉動過程中，利用旁向測頭測量各個標準球34的均布性。為此將一個旁向測頭調整到測量標準球一側的位置，如圖5所示。轉臺每轉動一個間距角Q1 = 360° /N，旁向測頭進入測量球心的位置，拾取示值后退出。在N個轉位的測量中旁向測頭的示值變化表示球心間距角9工的變化。略微松開螺釘37，在底盤31的孔與螺釘37的間隙范圍內調整球座33的位置，再鎖緊螺釘37，直至各個球的間距角θ工相等。檢測與調整常需反復進行。對均布性的調整精度要求不高，它不直接影響誤差補償精度，只是要求在將標準球盤裝到機床轉臺上后，各個球的位置都在原位測量機的測量范圍內即可。9.最后在調整用的轉臺帶動底盤31轉動過程中，利用軸向測頭測量各個標準球34的球心圓的偏心。為此將一個軸向測頭調整到測量標準球外端的位置，如圖6所示。連續轉動轉臺，軸向測頭測量球心至轉臺中心的距離Rtl的位置。在轉臺帶動底盤31轉動一圈過程中軸向測頭的示值變化表示兩倍的偏心。略微松開螺釘37，在底盤31的孔與螺釘37的間隙范圍內調整球座33的位置，再鎖緊螺釘37，直至各個球至轉臺中心的距離Rtl相等。檢測與調整常需反復進行。對同軸度的調整精度要求高，因為它直接影響誤差補償精度，需要仔細進行。10.上述調整可能互相牽連，特別是標準球的均布性與偏心都是通過改變球座33的位置來調整。如果螺桿35上的兩個螺母36位置不當，也可能靠改變球座33的位置無法將偏心調得很小，這時需要適當改變兩個螺母36在螺桿35上的位置，然后再進行偏心檢測和調整。在這種情況下，偏心調整與等高性的調整也會互相牽連。建議一是將偏心調整放在最后，這樣即使它會影響球心的均布性與等高性，但因為對于后面兩項的調整精度要求不高，可能三項調整都仍然能夠處在合乎要求范圍內。其次，在三項調整都進行完畢后，需要再一次進行檢測，以檢驗三項調整是否都處在合乎要求范圍內。11.在完成全部調整后，將調整好的標準球盤作為一個整體安裝到機床轉臺上。用螺釘32(圖幻將底盤31大致固緊后，測量底盤31上直徑為D的外圓面、并調整整個標準球盤的位置，直至底盤31的外圓面與機床轉臺同軸，再鎖緊底盤31。這一偏心直接影響誤差補償精度，因此要求較高。12.從原理上說，應該將標準球盤直接固結在機床轉臺上，這時只需要一個標準球盤。在將標準球盤直接固結在機床轉臺上有困難時，可以將標準球盤固結在加工零件時用的夾具上，然后與夾具一起固結在機床轉臺上。在這種情況下，在整個加工一批零件過程中，標準球盤與夾具應該始終固定在一起，它們的相對位置不變。在不少機床上，采用兩個夾具。零件加工完畢后，夾具與加工完的零件一起送到輔助工位，在那里將零件卸下。而另一輔助工位上，另一個夾具上已經裝好待加工的件，進入加工。在這種情況下，需要兩個標準球盤，分別裝在兩個夾具上。13.標準球盤安裝到機床轉臺上，并調整到與機床轉臺同軸后就不再移出。在零件加工過程中，雖然它不參與工作，但處于加工環境下，要經受振動、冷卻液、切屑的影響，要求加工環境對標準球盤性能沒有影響。14.零件加工完畢后，安裝在機床旁的原位測量系統開始測量工件的第一個特征元素，例如第一個葉片。測量完第一個特征元素后，測量某一個(或幾個)標準球，如圖2中的球A，獲得它的球心坐標(Xl，Yl, Z1) 0為了便于測量工件的第二個特征元素，機床轉臺轉過分度角9^ = 360° /n后，利用安裝在機床旁的原位測量機測量同一個(或同幾個)標準球A的球心位置，設為(X2，y2, z2) 0 Δζ = Z2-Z1就是在這次轉動中轉臺4
的軸向運動誤差，M0 = ^x22 +_y22 -^x12 +y就是在這次轉動中轉臺4的徑向運動誤差，A0 = arctan$-arctan+-氏就是在這次轉動中轉臺4的轉角誤差。可以按此引入誤差補
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償，使測量結果不受機床轉臺4轉動誤差的影響。15.由于在一般情況下，標準球盤上的球數N Φ η，機床轉臺4每次轉過一個分度角θ ^，而標準球盤6上兩個相鄰球之間的角度間距是Q1 = 360° /N，這樣在機床轉臺4轉過一個分度時，下一個球不是轉動到上一個球的原來位置，而是比上一個球的原來位置滯后Δ θι= O1-O 0 = 360° (l/N-1/n)。在N < η時，Δ θ i > 0，轉動后下一個球比上一個球的原來位置滯后；在N > η時，Δ θ工< 0，轉動后下一個球超前于上一個球的原來位置。N與η都是已知的，需要通過對測量機檢測標準球的路徑進行正確規劃，使測量機正確地測量下一個球。測量k個特征元素后，轉臺4總共轉過I^tl，標準球的位置總共滯后k Δ θ10
kA 0J超過一定值時，檢測標準球的路徑規劃自動改測相鄰的一個球。16.在機床轉臺4轉過η個分度角θ ^后，測量機完成對整個工件的測量，測量任務結束，合乎要求的加工件通過驗收，或允許其進入下一工序。對偏離技術要求的，計算返修量，并形成返修加工程序，進行返修。
權利要求
1.一種機床分度誤差補償裝置，其特征是，結構為圓形的標準球盤上安裝有N個標準球；N個標準球安裝在標準球盤的同一高度上，并均布在與標準球盤外圓同心的圓周上，標準球盤安裝在機床的轉臺上，標準球盤的外圓與機床的轉臺轉軸同心。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是，標準球是鋼球或陶瓷球，在球的一端打一個盲孔，在孔內鑲入一根螺桿，并用膠粘死。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征是，標準球盤上設有N個球座，以沿切向均布的方式用螺釘固結在標準球盤底盤上，球座在底盤上的徑向位置和切向位置可以在螺孔允許的范圍內調整，將粘結有標準球的螺桿插入球座的孔內，螺桿上在球座兩邊各有一個螺母，靠兩個螺母將螺桿固定在球座上，其ζ向位置與徑向位置均可以在一定范圍內調整。
4.一種機床分度誤差補償方法，借助于前述機床分度誤差補償裝置實現，包括下列步驟對各個標準球的位置進行調整調整的要求是(1)將各個標準球的球心調整到與底盤的外圓同心的圓上；( 將各個標準球的球心調整到同一高度H上；C3)將各個標準球的球心調整到間隔相等；將裝配好的標準球盤安裝在一個檢測用的精密轉臺上，通過測量標準球盤底盤的外圓將底盤與檢測用的精密轉臺軸線調整成同軸；然后通過檢測，調整各個標準球的位置，并通過測量標準球上某一個點的位置來進行調整；利用旁向測頭測量各個標準球的等高性為此將一個旁向測頭調整到測量標準球頂部的位置，在轉臺連續轉動過程中旁向測頭的示值變化表示球心高度H的變化，略微松開固定球座的兩個螺母，在球座的孔與螺桿的間隙范圍內調整螺桿的位置，再鎖緊兩個螺母，直至各個球心的高度H相等；接著在調整用的轉臺帶動底盤轉動過程中，利用旁向測頭測量各個標準球的均布性。 為此將一個旁向測頭調整到測量標準球一側的位置，轉臺每轉動一個間距角Q1 = S6CT / N，旁向測頭進入測量球心的位置，拾取示值后退出，在N個轉位的測量中旁向測頭的示值變化表示球心間距角θ工的變化，略微松開螺釘，在底盤的孔與螺釘的間隙范圍內調整球座的位置，再鎖緊螺釘，直至各個球的間距角θ工相等，檢測與調整常需反復進行；最后在調整用的轉臺帶動底盤轉動過程中，利用軸向測頭測量各個標準球的球心圓的偏心，為此將一個軸向測頭調整到測量標準球外端的位置，連續轉動轉臺，軸向測頭測量球心至轉臺中心的距離R0的位置。在轉臺帶動底盤轉動一圈過程中軸向測頭的示值變化表示兩倍的偏心，略微松開螺釘，在底盤的孔與螺釘的間隙范圍內調整球座的位置，再鎖緊螺釘，直至各個球至轉臺中心的距離R0相等，檢測與調整常需反復進行；上述調整可能互相牽連，特別是標準球的均布性與偏心都是通過改變球座的位置來調整，如果螺桿上的兩個螺母位置不當，也可能靠改變球座的位置無法將偏心調得很小，這時需要適當改變兩個螺母在螺桿上的位置，然后再進行偏心檢測和調整，在這種情況下，偏心調整與等高性的調整也會互相牽連；在完成全部調整后，將調整好的標準球盤作為一個整體安裝到機床轉臺上，用螺釘將底盤大致固緊后，測量底盤上直徑為D的外圓面、并調整整個標準球盤的位置，直至底盤的外圓面與機床轉臺同軸，再鎖緊底盤；標準球盤安裝到機床轉臺上，并調整到與機床轉臺同軸后就不再移出； 零件加工完畢后，安裝在機床旁的原位測量系統開始測量工件的第一個特征元素，測量完第一個特征元素后，測量某一個或幾個標準球，獲得球心坐標U1, Y1, Z1),為了便于測量工件的第二個特征元素，機床轉臺轉過分度角9^ = 360° /n后，利用安裝在機床旁的原位測量機測量同一個或同幾個標準球的球心位置，設為U2，Y2, Z2), Δζ = Z2-Z1就是在這次轉動中轉臺4的軸向運動誤差，M。=W2 -^x12+W就是在這次轉動中轉臺4的徑向運動誤差，M = arctan$-arctan+-氏就是在這次轉動中轉臺4的轉角誤差，可以按此X2X1引入誤差補償，使測量結果不受機床轉臺4轉動誤差的影響；由于在一般情況下，標準球盤上的球數N興n，機床轉臺每次轉過一個分度角θ ^，而標準球盤上兩個相鄰球之間的角度間距是θ i = 360° /N，這樣在機床轉臺轉過一個分度時，下一個球不是轉動到上一個球的原來位置，而是比上一個球的原來位置滯后Δ θ1 = θ r 6 0 = 360° (1/N-l/n)，在N<n時，Δ θ i > 0，轉動后下一個球比上一個球的原來位置滯后；在N > η時，Δ θ工< 0，轉動后下一個球超前于上一個球的原來位置，N與η都是已知的，通過檢測標準球的路徑進行正確規劃，測量k個特征元素后，轉臺總共轉過k θ ^，標準球的位置總共滯后kA θ17 |kA 0J超過一定值時，檢測標準球的路徑規劃自動改測相鄰的一個球；在機床轉臺4轉過η個分度角θ ^后，測量機完成對整個工件的測量，測量任務結束， 合乎要求的加工件通過驗收，或允許其進入下一工序。對偏離技術要求的，計算返修量，并形成返修加工程序，進行返修。
全文摘要
本發明涉及機械加工中在線原位測量系統的誤差補償。提供一種能夠避免機床轉臺分度誤差和轉軸的徑向與軸向運動誤差的影響，進行誤差補償的方法或裝置，為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，機床分度誤差補償裝置，結構為圓形的標準球盤上安裝有N個標準球；N個標準球安裝在標準球盤的同一高度上，并均布在與標準球盤外圓同心的圓周上，標準球盤安裝在機床的轉臺上，標準球盤的外圓與機床的轉臺轉軸同心。本發明主要應用于機械量加工測量。
文檔編號B23Q16/02GK102554701SQ20121005843
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者劉書桂, 張國雄, 李杏華, 裘祖榮, 馬艷玲 申請人:天津大學