專利名稱：雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)補(bǔ)償落地鏜銑床空間位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型金屬切削落地鏜銑機(jī)床在使用時(shí)，對(duì)落地鏜銑機(jī)床各空間位 置定位進(jìn)行精密修正補(bǔ)償?shù)姆椒?，具體涉及用精密雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)控落地鏜 銑床各空間位置并對(duì)其進(jìn)行精密修正的方法，屬于數(shù)控落地機(jī)床制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型落地鏜銑機(jī)床，是指安置于地面、體積龐大的工作母機(jī)。機(jī)床安裝于地面時(shí)， 理論要求其水平導(dǎo)軌與水平面平行，并在機(jī)床加工工作時(shí)也始終不變，機(jī)床的立柱則要求 始終與導(dǎo)軌垂直，即與水平面垂直，無論當(dāng)機(jī)床的立柱沿水平導(dǎo)軌移動(dòng)多少距離，或安裝刀 具的滑枕座沿機(jī)床立柱上下移動(dòng)多少距離，也不會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的立柱對(duì)機(jī)床水平導(dǎo)軌垂直度 的改變。從理論上說，數(shù)控落地機(jī)床由于自身安裝有光柵尺及精密數(shù)控系統(tǒng)，在對(duì)零件進(jìn)行 加工時(shí)，機(jī)床立柱和滑枕座的移動(dòng)均是在精密的數(shù)控系統(tǒng)控制下進(jìn)行的，因此所加工零件 的精密度和穩(wěn)定性也應(yīng)當(dāng)較高。但實(shí)際上，使用落地機(jī)床進(jìn)行金屬切削加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種 誤差。一是由于其體積龐大，自身重量較重，因此，在安裝機(jī)床時(shí)，盡管對(duì)地基作了較高要求 的處理。但由于地基的松軟程度、地基的沉降變化、落地機(jī)床自身的重量等因素會(huì)引起地基 和床身細(xì)微的變化，例如機(jī)床的水平導(dǎo)軌不完全與水平面平行、當(dāng)機(jī)床的立柱沿水平導(dǎo)軌 移動(dòng)時(shí)，可能產(chǎn)生機(jī)床的立柱對(duì)水平面垂直度改變；二是機(jī)床本身制造精度也存在精度誤 差，例如，如果機(jī)床的立柱與床身水平的垂直精度在每米0. 02mm,那么，在機(jī)床的立柱不動(dòng)， 而滑枕座沿機(jī)床立柱向上移動(dòng)3m時(shí)，那么鏜桿的中心點(diǎn)在移動(dòng)前、后在水平方向上的誤差 就有0. 06mm。這兩種誤差反應(yīng)在機(jī)床工作時(shí)，具體表現(xiàn)為影響被加工零件的精度及產(chǎn)品的 穩(wěn)定性差。因此，數(shù)控落地鏜銑床制造技術(shù)中，機(jī)床在加工工件時(shí)，需要對(duì)機(jī)床的空間各位 置進(jìn)行定位。比如，如果以X軸和Z軸構(gòu)成水平座標(biāo)平面，且機(jī)床的水平導(dǎo)軌理論上與X軸 平行，Y軸與水平面垂直。設(shè)某位置時(shí)鏜桿的中心點(diǎn)所在位置為第一個(gè)定位點(diǎn)，并作為基準(zhǔn) 點(diǎn)，水平面是基準(zhǔn)面，第一個(gè)定位點(diǎn)在XY平面內(nèi)；以機(jī)床的立柱不動(dòng)，滑枕座沿機(jī)床立柱向 上或向下移動(dòng)一段距離后鏜桿的中心點(diǎn)所在位置為第二個(gè)定位點(diǎn)，則第二個(gè)定位點(diǎn)仍在XY 平面上，但第二定位點(diǎn)在X方向相對(duì)第一定位點(diǎn)產(chǎn)生了誤差a，再以機(jī)床的立柱沿X軸，即沿 水平導(dǎo)軌移動(dòng)A距離后，鏜桿的中心點(diǎn)所在位置為第三個(gè)定位點(diǎn)，若機(jī)床立柱在XY平面上 產(chǎn)生一個(gè)傾斜，則第三定位點(diǎn)在X軸上又產(chǎn)生一個(gè)距離誤差b。如上所述，機(jī)床空間各位置 的定位精度取決于機(jī)床的自身的精度、地基的變化精度，包括地基的松軟程度、地基的沉降 等，這些因素決定了機(jī)床對(duì)空間個(gè)位置的定位精度的不穩(wěn)定性，在機(jī)械加工中，適時(shí)計(jì)入這 些誤差，有利于采取補(bǔ)償措施，提高加工產(chǎn)品的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服數(shù)控落地鏜銑床在加工過程中，由于機(jī)床自身制造精度 和地基的細(xì)微變化所導(dǎo)致的對(duì)產(chǎn)品加工精度的影響，對(duì)影響機(jī)床加工精度的變化因素適時(shí) 加以監(jiān)控，并采取相應(yīng)措施，提高產(chǎn)品的精度。
3
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明在現(xiàn)有數(shù)控落地機(jī)床自身光柵尺和數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上，增加帶有計(jì)算機(jī)的雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)所發(fā)出的激光， 對(duì)移動(dòng)中所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行適時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果通過計(jì)算后輸入到機(jī)床自身的數(shù)控系 統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償。本方法依次包括以下步驟1、在機(jī)床的水平床身導(dǎo)軌11工作端頭建一固定基準(zhǔn)平面H，將帶有計(jì)算機(jī)的雙頻 激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的雙頻激光發(fā)生器J固定于基準(zhǔn)平面H上，并使其發(fā)出的激光束高于床 身導(dǎo)軌面；在機(jī)床的下滑座12上安裝一個(gè)垂直轉(zhuǎn)換鏡17，其安裝角度應(yīng)使從雙頻激光發(fā)生 器發(fā)出的激光束經(jīng)垂直轉(zhuǎn)換鏡17轉(zhuǎn)換后得到垂直向上的激光束19，干涉靶鏡18安裝在機(jī) 床的滑枕座14上；2、選定機(jī)床立柱13和滑枕座14在某位置時(shí)的鏜桿15的中心點(diǎn)所在位置為第一 定位點(diǎn)，即基準(zhǔn)原點(diǎn)，并記錄下該點(diǎn)的坐標(biāo)，用雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光測(cè)出該點(diǎn)對(duì)垂直 激光束19在X軸上的水平距離c，通過雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)記錄下座標(biāo)數(shù) 據(jù)和偏移值；3、通過數(shù)據(jù)線將雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)記錄的數(shù)據(jù)傳入機(jī)床自身 的數(shù)控系統(tǒng)；4、在滑枕座14或/和機(jī)床立柱13移動(dòng)到新的切削位置，即第二、三定位點(diǎn)時(shí)，利 用雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光檢測(cè)出機(jī)床立柱13沿X軸移動(dòng)對(duì)水平面垂直度改變的誤差， 即機(jī)床立柱13在X軸上移動(dòng)A距離后對(duì)X軸產(chǎn)生的位移誤差b，以及滑枕座14沿機(jī)床立柱 13上下移動(dòng)B距離后，鏜桿15的中心點(diǎn)在X軸上產(chǎn)生的位移誤差a ；通過雙頻激光干涉測(cè) 量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)對(duì)所產(chǎn)生的上述位移誤差進(jìn)行計(jì)算，算出機(jī)床應(yīng)作出的補(bǔ)償值，即求 出位移量c+b+a之和；5、通過數(shù)據(jù)線將雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)算出的該補(bǔ)償值傳入機(jī)床 自身的數(shù)控系統(tǒng)，由機(jī)床自身的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)償值對(duì)原計(jì)算值進(jìn)行修正，機(jī)床刀具根據(jù) 修正后的數(shù)值進(jìn)行加工。本發(fā)明的原理是數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)和光柵尺保證了機(jī)床立柱和滑枕座移動(dòng)的 距離的準(zhǔn)確性，而移動(dòng)后由于地基的變化和機(jī)床加工精度所產(chǎn)生的誤差則由雙頻激光干涉 測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出，并經(jīng)計(jì)算求出其位移量，即帶有偏移方向的C+b+a的數(shù)值，最終反饋回機(jī)床 自身的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，這樣無論落地機(jī)床的立柱或滑枕座如何移動(dòng)，本方法均可精密 地、適時(shí)地測(cè)量出其偏移誤差并加以修正。同樣地，機(jī)床立柱沿水平導(dǎo)軌移動(dòng)和滑枕沿滑枕座移動(dòng)后在Z軸上產(chǎn)生的誤差可 由另一臺(tái)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的有益效果是由于采用雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)所發(fā)射的激光對(duì)機(jī)床加 工中由于機(jī)床立柱和滑枕座的移動(dòng)所產(chǎn)生的偏移誤差進(jìn)行了適時(shí)的測(cè)量，定位精度高達(dá) 0. 002mm,并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算后由數(shù)據(jù)線連接到機(jī)床自身的數(shù)控系統(tǒng)中，機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)對(duì) 誤差進(jìn)行了適時(shí)的補(bǔ)償，克服了由于地基原因引起的機(jī)床的細(xì)微變化和機(jī)床自身制造精度 所導(dǎo)致的對(duì)產(chǎn)品加工精度的影響，因此大大提高了加工得到零件的精度和穩(wěn)定性。


圖1是空間各點(diǎn)位置誤差圖，XZ軸形成的平面是水平面，Y軸與水平面垂直，W表 示理論上應(yīng)當(dāng)與Y軸平行的立柱，第1定位點(diǎn)是基準(zhǔn)點(diǎn)，即初始位置鏜桿的中心點(diǎn)，用I標(biāo) 示；ΙΓ點(diǎn)是理論上滑枕座沿機(jī)床立柱從第1定位點(diǎn)向上移動(dòng)B距離后，鏜桿的中心點(diǎn)所在 的位置，即第2定位點(diǎn)；但實(shí)際上鏜桿的中心點(diǎn)所在的位置為II點(diǎn)，即第2定位點(diǎn)的實(shí)際位 置II相對(duì)于理論位置ΙΓ點(diǎn)在X軸上產(chǎn)生的位移誤差是a，以座標(biāo)原點(diǎn)計(jì)，其值為負(fù)值；當(dāng) 立柱沿水平導(dǎo)軌在X軸移動(dòng)A距離后，鏜桿的中心點(diǎn)所在的位置第3定位點(diǎn)，理論上的位置 應(yīng)該是ΙΙΓ，但實(shí)際上鏜桿的中心點(diǎn)所在的位置所在的位置為III，即第3點(diǎn)的實(shí)際位置 III相對(duì)于理論位置ΙΙΓ在水平面X軸上的位移誤差是b，其值為正值。圖2是落地鏜銑床的正面示意圖，圖中，J是激光發(fā)生器，它安放在基準(zhǔn)平板H之 上，激光束通過安裝在下滑座的垂直轉(zhuǎn)換鏡得到一束垂直向上的基準(zhǔn)激光束19，定位第一 點(diǎn)時(shí)精確測(cè)出該點(diǎn)到激光束19的距離，即第一點(diǎn)對(duì)水平X軸的偏移c，當(dāng)機(jī)床要定位第二個(gè) 加工點(diǎn)時(shí)，滑枕向上移動(dòng)B距離(Y軸上)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出在X軸水平方向相對(duì)第一 點(diǎn)的位移偏差為a。圖3是垂直轉(zhuǎn)換鏡、干涉靶鏡安裝示意圖；圖中各標(biāo)記為11、床身導(dǎo)軌，12、下滑 座，13、立柱，1、滑枕座，15、鏜桿，16、滑枕，17、垂直轉(zhuǎn)換鏡，18、干涉靶鏡，19、激光束。圖4是實(shí)施例中加工檢驗(yàn)試件的主視圖，該試件是對(duì)機(jī)床空間位置定位的一個(gè)綜 合檢驗(yàn)的切削檢驗(yàn)試件，經(jīng)對(duì)該檢驗(yàn)試件進(jìn)行檢測(cè)，可以看出機(jī)床加工得到產(chǎn)品的精度。圖 中，①、②、③、④號(hào)孔的相鄰孔距為1000mm，在三座標(biāo)檢查儀上，以①、④號(hào)孔的中心為基 準(zhǔn)，分別檢查②號(hào)孔、③號(hào)孔中心對(duì)基準(zhǔn)的垂直距離和幾個(gè)孔中心的距離。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但實(shí)施例不是對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例，以同一臺(tái)落地鏜銑床(型號(hào)為TK6920)對(duì)采用本方法前和采用本方法后 的檢驗(yàn)試件進(jìn)行加工，然后在三座標(biāo)檢查儀上對(duì)加工得到的檢驗(yàn)試件進(jìn)行檢測(cè)，以說明本 方法對(duì)提高加工零件的精度和穩(wěn)定性的效果，加工時(shí)進(jìn)行了機(jī)床立柱和滑枕座的移動(dòng)。圖 4是檢驗(yàn)試件的加工圖，①、②、③、④號(hào)孔的相鄰孔距都為1000mm。第一次對(duì)切削試件進(jìn) 行常規(guī)切削，即沒有對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那邢鳎玫降那邢髟嚰谌鶚?biāo)檢查儀上進(jìn)行檢測(cè)， 以④號(hào)孔、①號(hào)孔的圓心為基準(zhǔn)，對(duì)②號(hào)孔、③號(hào)孔的位置進(jìn)行檢查，檢測(cè)結(jié)果是②號(hào)孔與 ④、①號(hào)孔的垂直誤差是0.018mm，③號(hào)孔與④、①號(hào)孔的垂直誤差是0. 02mm，②、③號(hào)孔的 距離是1000.005。第二次切削是采用本發(fā)明方法對(duì)誤差進(jìn)行檢測(cè)補(bǔ)償后進(jìn)行的切削，機(jī)床 立柱和滑枕座移動(dòng)后產(chǎn)生的誤差及定位點(diǎn)的確定見圖1、圖2，雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的安 裝見圖3，得到的切削試件同樣在三座標(biāo)檢查儀上進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果是②號(hào)孔與④、① 號(hào)孔的垂直誤差是0. 0015mm，③號(hào)孔與④、①號(hào)孔的垂直誤差是0. 002mm，②、③號(hào)孔的距 離是1000. 002?？梢钥闯?，落地鏜銑床在加工中采用本發(fā)明方法進(jìn)行檢測(cè)補(bǔ)償后，其精度有 很大提高，甚至達(dá)到1個(gè)數(shù)量級(jí)。
權(quán)利要求
雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)補(bǔ)償落地鏜銑床空間位置的方法，其特征在于本方法依次包括以下步驟1)、在機(jī)床的水平床身導(dǎo)軌(11)工作端頭建一固定基準(zhǔn)平面H，將帶有計(jì)算機(jī)的雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的雙頻激光發(fā)生器J固定于基準(zhǔn)平面H上，并使其發(fā)出的激光束高于床身導(dǎo)軌面；在機(jī)床的下滑座(12)上安裝一個(gè)垂直轉(zhuǎn)換鏡(17)，其安裝角度應(yīng)使從雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光束經(jīng)垂直轉(zhuǎn)換鏡(17)轉(zhuǎn)換后得到垂直向上的激光束(19)，干涉靶鏡(18)安裝在機(jī)床的滑枕座(14)上；2)、選定機(jī)床立柱(13)和滑枕座(14)在某位置時(shí)的鏜桿(15)的中心點(diǎn)所在位置為第一定位點(diǎn)，即基準(zhǔn)原點(diǎn)，并記錄下該點(diǎn)的坐標(biāo)，用雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光測(cè)出該點(diǎn)對(duì)垂直激光束(19)在X軸上的水平距離c，通過雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)記錄下座標(biāo)數(shù)據(jù)和偏移值；3)、通過數(shù)據(jù)線將雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)記錄的數(shù)據(jù)傳入機(jī)床自身的數(shù)控系統(tǒng)；4)、在滑枕座(14)或/和機(jī)床立柱(13)移動(dòng)到新的切削位置，即第二、三定位點(diǎn)時(shí)，利用雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光檢測(cè)出機(jī)床立柱(13)沿X軸移動(dòng)對(duì)水平面垂直度改變的誤差，即機(jī)床立柱(13)在X軸上移動(dòng)A距離后對(duì)X軸產(chǎn)生的位移誤差b，以及滑枕座(14)沿機(jī)床立柱(13)上下移動(dòng)B距離后，鏜桿(15)的中心點(diǎn)在X軸上產(chǎn)生的位移誤差a；通過雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)對(duì)所產(chǎn)生的上述位移誤差進(jìn)行計(jì)算，算出機(jī)床應(yīng)作出的補(bǔ)償值，即求出位移量c+b+a之和；5)、通過數(shù)據(jù)線將雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)自帶的計(jì)算機(jī)算出的該補(bǔ)償值傳入機(jī)床自身的數(shù)控系統(tǒng)，由機(jī)床自身的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)償值對(duì)原計(jì)算值進(jìn)行修正，機(jī)床刀具根據(jù)修正后的數(shù)值進(jìn)行加工。
全文摘要
雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)補(bǔ)償落地鏜銑床空間位置的方法，屬數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域。本方法在數(shù)控落地鏜銑床水平床身導(dǎo)軌端頭建一固定基準(zhǔn)平面，將帶有計(jì)算機(jī)的雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的激光發(fā)生器固定于基準(zhǔn)平面上，并使其發(fā)出的激光束高于床身導(dǎo)軌面，在機(jī)床的下滑座上安裝一個(gè)垂直轉(zhuǎn)換鏡，雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光束經(jīng)該轉(zhuǎn)換鏡轉(zhuǎn)換后得到垂直向上的激光束，干涉靶鏡安裝在機(jī)床的滑枕座上；以機(jī)床立柱和滑枕座在某位置時(shí)鏜桿中心點(diǎn)所在位置為第一定位點(diǎn)，機(jī)床立柱或/和滑枕座移動(dòng)到新位置后的點(diǎn)為第二、三定位點(diǎn)，利用雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光束測(cè)出因機(jī)床自身精度及地基變化所引起的誤差，并通過機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)加以補(bǔ)償，提高數(shù)控落地鏜銑床的加工精度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101890659SQ20101021320
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉可 申請(qǐng)人:沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份有限公司