数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法，特别涉及一种数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法。

背景技术：

目前，数控刀架作为数控机床的关键功能部件之一，精度指标直接影响被加工工件的精度。国标gb/t20960-2007中对数控刀架的一系列精度检测指标有明确规定，其中定位精度与重复定位精度是国产数控刀架厂商十分重视的精度指标，在刀架出厂前需要对其进行检测，同时对于用户来说也是数控刀架选择时的重要参考项目。

对于定位精度与重复定位精度的检测方法，国标gb/t20960-2007的要求是在不带刀盘情况下，用测试棒进行检测。但这种检测手段测量完成后刀盘的再次装配也难以保证装配精度，会对后续的使用造成影响，且对于数控刀架在用户使用一段时间后检测定位精度与重复定位精度退化情况的需求来说十分困难。另外，国标gb/t20960-2007中对于定位精度与重复定位精度的检测没有规定检测方法和检测装置，不具有实操性。

现有的专利和文献中提出的方法都需要将数控刀架从机床拆下，放在地平铁或试验台上进行测量，归纳起来主要有激光干涉仪与反射镜配合测量的方法，编码器与同步轴配合测量的方法，金属正多面棱体与光电自准直仪配合测量的方法。针对如何将金属正多面棱体同轴地固定到刀盘上并可调节同轴度的方法，申请号为zl201710165016.1的专利提出的调节方法只能是盲调，对于允差为4角秒的产品盲调精度不高，申请号为2018102343095的专利提出的方法每次调节时要将三组固定螺栓全部松开重新进行调整，实际操作过于困难且速度极慢。综上所述现有方法在实际检测中难以推广。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的数控刀架检测装置及检测方法在使用过程中存在的诸多问题，而提供的一种数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法。

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置包括有检测台和检测架，其中检测台装配在数控机床的床身上，检测架装配在被测刀架的刀盘上，检测台上装配有自准直仪，检测架上装配有二十四面棱体，自准直仪与二十四面棱体相对应。

数控机床的床身为斜面，斜面的倾斜角为30°或45°或60°。

检测台是由磁力座、固定架、升降丝杆和自准直仪组成，其中磁力座装配在数控机床的床身上，固定架设在磁力座上，升降丝杆枢接在固定架的底座上，自准直仪通过升降块螺接在升降丝杆上，升降丝杆的顶端装配有驱动手轮，通过摇动驱动手轮能够使升降块带动自准直仪沿升降丝杆进行上下移动。

自准直仪的型号为std-3032型。

磁力座的侧面上装配有磁力开关，通过磁力开关控制磁力座的磁性有无。

检测架包括有二十四面棱体、预定位底座和十字滑台，其中二十四面棱体通过棱体安装轴固定在十字滑台上面的滑块上，十字滑台固定在预定位底座上，预定位底座的后部设置有三块预定位板，每块预定板上均开设有预定位槽，三块预定位板叠加后在预定位槽处形成有六棱形的预定位孔，预定位底座后部的定位销插设在预定位孔内，预定位孔的位置对应刀盘的中心位置，每块预定位板的端部均设置有数排固定孔，每块预定位板通过固定孔连接在刀盘的刀槽内，预定位底座的后部还固连有三个夹紧杆，相邻夹紧杆的夹角为90°，夹紧杆插设在刀盘的刀槽内。

十字滑台是由底板、水平移动板和滑块组成，其中底板固连在预定位底座上，底板上枢接有竖直螺杆，水平移动板螺接在竖直螺杆上，竖直螺杆的顶端设置有第一调节轮，通过第一调节轮的转动能够驱使水平移动板沿竖直螺杆进行上下移动，水平移动板上枢接有水平螺杆，滑块螺接在水平螺杆上，水平螺杆的一端设置有第二调节轮，通过第二调节轮的转动能够驱使滑块沿水平螺杆进行左右移动。

二十四面棱体的周圈设置有二十四个金属镜面，每个金属镜面能对检测台上装配的自准直仪发出的光线进行镜面反射，二十四面棱体的中间设有一个中心孔，安装时将二十四面棱体的中心孔穿过棱体安装轴靠在棱体安装轴的轴肩上，棱体安装轴为一阶梯轴，棱体安装轴的前端设置有螺纹，螺纹的位置处螺接有压紧块，棱体安装轴上设置有平键，棱体安装轴的前部还套设有套筒，套筒对应平键的位置处开设有键槽，棱体安装轴的后端固定在十字滑台的滑块上，二十四面棱体与刀盘的同轴度通过调节十字滑台上的第一调节轮和第二调节轮进行定量调节。

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测方法，其方法如下所述：

步骤一、将三块预定位板安装于被测刀架的刀盘上；

步骤二、将三个夹紧杆安装于预定位底座上，调整预定位底座的位置，使预定位底座后部的定位销置于三块预定位板叠加后所形成的预定位孔中，随后将夹紧杆按照实际刀具夹持的方式安装在刀盘上；

步骤三、安装十字滑台、棱体安装轴、二十四面棱体、套筒和压紧块；

步骤四、手动旋转二十四面棱体，使二十四面棱体基面对应于相应刀位号，并旋紧压紧块；

步骤五、安装检测台，使检测台上的自准直仪正对二十四面棱体的基面；

步骤六、通过调整数控机床z轴的数值来调整被测刀架的水平位置，通过调整升降块来调节自准直仪的高度，使二十四面棱体的基面正对自准直仪；

步骤七、通过打表法检测棱体安装轴径向圆跳动，通过配合调节十字滑台上的第一调节轮和第二调节轮改变十字滑台上滑块的位置，带动二十四面棱体变动位置进而对同轴度进行微调，使棱体安装轴的径向圆跳动小于15微米；

步骤八、利用自准直仪自带的微调装置调整自准直仪的左右摆角和俯仰角，使自准直仪与二十四面棱体相应面对焦后，开始定位精度与重复定位精度检测；

步骤九、以一工位为起始位旋转被测刀架，逐位换刀，记录各工位读数，正反转各试验五组；

步骤十、记录数据并用以下计算公式，计算出被测刀架定位精度与重复定位精度：

(1)、定位精度评价方法：

xc(i，j)表示第i工位第j次测试值，单位为角秒，其中，j＝1,2,..,5表示正转测试，j＝6,7,..,10表示反转测试，将顺时针定义为正转，逆时针定义为反转，第j次测试的定位精度的单位为角秒，定位精度如下：

cla(j)cla(j)＝max(xc(i，j)-min(xc(i，j))，i＝1，2，...，imax

被测刀架定位精度用cla表示，单位为角秒，其值为

cla＝max(cla(i))，i＝1，2，...，imax

(2)、重复定位精度评价方法：

cc(i，j)表示第i工位第j次测试值，单位为角秒，其中，j＝1,2,..,5表示正转测试，j＝6,7,..,10表示反转测试，第i工位的重复定位精度rcla(i)为

本发明的工作原理：

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法中所述的定位精度是指不同刀位旋转到参与切削位置的最大转角误差，重复定位精度是指同一刀位多次旋转到参与切削位置的最大转角误差。将检测装置中的二十四面棱体作为基面，使被测刀架的每个刀位都有一个二十四面棱体的面与之对应，并调使该面与对应刀位的侧面平行，测量时自准直仪发出光线照射到二十四面棱体的棱体金属镜面上，并按反射定理返回被自准直仪接收，自准直仪能够读取到二十四面棱体转到参与切削位置时的实际偏角，实际偏角加上二十四面棱体自身棱面的误差补偿等于此时刀位相对于基面的转角误差，根据定位精度与重复定位精度的定义公式即可算得被测刀架的定位精度与重复定位精度。

本发明的有益效果：

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度快速在线检测装置，能够安装于不同类型的卧式斜床身数控机床中，在不将被测刀架从机床拆下且不拆刀盘的情况下，进行快速简单便捷的通用性的定位精度和重复定位精度的快速在线检测。

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度快速在线检测装置，具有预定位功能，之后结合打表法进行微调，能够做到使调节更加快速准确，有效缩短测量前的调整时间。设置有三个夹紧杆并采用每隔90°布置一个的方式，可适应不同刀位数的被测刀架。检测装置中夹紧杆与预定位底座是独立的，可以通过更换不同尺寸的夹紧杆来适应不同刀槽尺寸的被测刀架；预定位板可开多组孔系以适应不同刀槽螺纹孔。检测装置中自准直仪的高度可通过升降块快速便捷地调节，可适应不同中心高的被测刀架，属于通用性几何精度的检测装置。检测装置中在二十四面棱体和压紧块之间设置了有键槽的套筒和平键，防止压紧块拧紧的同时带动以调节好位置的二十四面棱体转动，更好的保证了使用的便捷性。

附图说明

图1为本发明所述检测装置整体结构示意图。

图2为本发明所述检测台结构示意图。

图3为本发明所述磁力座结构示意图。

图4为本发明所述检测架与刀盘安装结构示意图。

图5为本发明所述检测架爆炸结构示意图。

图6为本发明所述三块预定位板叠加结构示意图。

图7为本发明所述预定位板与预定位底座组合结构示意图。

图8为本发明所述套筒与棱体安装轴安装结构示意图。

图9为本发明所述十字滑台结构示意图。

上图中的标注如下：

1、检测台2、检测架3、数控机床4、被测刀架5、刀盘6、自准直仪7、二十四面棱体8、磁力座9、固定架10、升降丝杆11、升降块12、驱动手轮13、磁力开关14、预定位底座15、十字滑台16、棱体安装轴17、滑块18、预定位板19、预定位槽20、预定位孔21、定位销22、固定孔23、夹紧杆24、底板25、水平移动板27、竖直螺杆28、第一调节轮29、水平螺杆30、第二调节轮31、金属镜面32、压紧块33、平键34、套筒35、键槽。

具体实施方式

请参阅图1至图9所示：

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置包括有检测台1和检测架2，其中检测台1装配在数控机床3的床身上，检测架2装配在被测刀架4的刀盘5上，检测台1上装配有自准直仪6，检测架2上装配有二十四面棱体7，自准直仪6与二十四面棱体7相对应。

数控机床3的床身为斜面，斜面的倾斜角为30°或45°或60°。

检测台1是由磁力座8、固定架9、升降丝杆10和自准直仪6组成，其中磁力座8装配在数控机床3的床身上，固定架9设在磁力座8上，升降丝杆10枢接在固定架9的底座上，自准直仪6通过升降块11螺接在升降丝杆10上，升降丝杆10的顶端装配有驱动手轮12，通过摇动驱动手轮12能够使升降块11带动自准直仪6沿升降丝杆10进行上下移动。

自准直仪6的型号为std-3032型。

磁力座8的侧面上装配有磁力开关13，通过磁力开关13控制磁力座8的磁性有无。

检测架2包括有二十四面棱体7、预定位底座14和十字滑台15，其中二十四面棱体7通过棱体安装轴16固定在十字滑台15上面的滑块17上，十字滑台15固定在预定位底座14上，预定位底座14的后部设置有三块预定位板18，每块预定板18上均开设有预定位槽19，三块预定位板18叠加后在预定位槽19处形成有六棱形的预定位孔20，预定位底座14后部的定位销21插设在预定位孔20内，预定位孔20的位置对应刀盘5的中心位置，每块预定位板18的端部均设置有数排固定孔22，每块预定位板18通过固定孔22连接在刀盘5的刀槽内，预定位底座14的后部还固连有三个夹紧杆23，相邻夹紧杆23的夹角为90°，夹紧杆23插设在刀盘5的刀槽内。

十字滑台15是由底板24、水平移动板25和滑块17组成，其中底板24固连在预定位底座14上，底板24上枢接有竖直螺杆27，水平移动板25螺接在竖直螺杆27上，竖直螺杆27的顶端设置有第一调节轮28，通过第一调节轮28的转动能够驱使水平移动板25沿竖直螺杆27进行上下移动，水平移动板25上枢接有水平螺杆29，滑块17螺接在水平螺杆29上，水平螺杆29的一端设置有第二调节轮30，通过第二调节轮30的转动能够驱使滑块17沿水平螺杆29进行左右移动。

二十四面棱体7的周圈设置有二十四个金属镜面31，每个金属镜面31能对检测台1上装配的自准直仪6发出的光线进行镜面反射，二十四面棱体7的中间设有一个中心孔，安装时将二十四面棱体7的中心孔穿过棱体安装轴16靠在棱体安装轴16的轴肩上，棱体安装轴16为一阶梯轴，棱体安装轴16的前端设置有螺纹，螺纹的位置处螺接有压紧块32，棱体安装轴16上设置有平键33，棱体安装轴16的前部还套设有套筒34，套筒34对应平键33的位置处开设有键槽35，棱体安装轴16的后端固定在十字滑台15的滑块17上，二十四面棱体7与刀盘5的同轴度通过调节十字滑台15上的第一调节轮28和第二调节轮30进行定量调节。

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测方法，其方法如下所述：

步骤一、将三块预定位板18安装于被测刀架4的刀盘5上；

步骤二、将三个夹紧杆23安装于预定位底座14上，调整预定位底座14的位置，使预定位底座14后部的定位销21置于三块预定位板18叠加后所形成的预定位孔20中，随后将夹紧杆23按照实际刀具夹持的方式安装在刀盘5上；

步骤三、安装十字滑台15、棱体安装轴16、二十四面棱体7、套筒34和压紧块32；

步骤四、手动旋转二十四面棱体7，使二十四面棱体7基面对应于相应刀位号，并旋紧压紧块32；

步骤五、安装检测台1，使检测台1上的自准直仪6正对二十四面棱体7的基面；

步骤六、通过调整数控机床3的z轴的数值来调整被测刀架4的水平位置，通过调整升降块11来调节自准直仪6的高度，使二十四面棱体7的基面正对自准直仪6；

步骤七、通过打表法检测棱体安装轴16径向圆跳动，通过配合调节十字滑台15上的第一调节轮28和第二调节轮30改变十字滑台15上滑块17的位置，带动二十四面棱体7变动位置进而对同轴度进行微调，使棱体安装轴16的径向圆跳动小于15微米；

步骤八、利用自准直仪6自带的微调装置调整自准直仪的左右摆角和俯仰角，使自准直仪6与二十四面棱体7相应面对焦后，开始定位精度与重复定位精度检测；

步骤九、以一工位为起始位旋转被测刀架4，逐位换刀，记录各工位读数，正反转各试验五组；

步骤十、记录数据并用以下计算公式，计算出被测刀架4定位精度与重复定位精度：

(1)、定位精度评价方法：

xc(i，j)表示第i工位第j次测试值，单位为角秒，其中，j＝1,2,..,5表示正转测试，j＝6,7,..,10表示反转测试，将顺时针定义为正转，逆时针定义为反转，第j次测试的定位精度的单位为角秒，定位精度如下：

cla9j)cla(j)＝max(xc(i，j))-min(xc(i，j))，i＝1，2，...，imax

被测刀架定位精度用cla表示，单位为角秒，其值为

cla＝max(cla(i))，i＝1，2，...，imax

(2)、重复定位精度评价方法：

cc(i，j)表示第i工位第j次测试值，单位为角秒，其中，j＝1,2,..,5表示正转测试，j＝6,7,..,10表示反转测试，第i工位的重复定位精度rcls(i)为

本发明的工作原理：

本发明提供的数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法中所述的定位精度是指不同刀位旋转到参与切削位置的最大转角误差，重复定位精度是指同一刀位多次旋转到参与切削位置的最大转角误差。将检测装置中的二十四面棱体7作为基面，使被测刀架4的每个刀位都有一个二十四面棱体7的面与之对应，并调使该面与对应刀位的侧面平行，测量时自准直仪6发出光线照射到二十四面棱体7的金属镜面31上，并按反射定理返回被自准直仪6接收，自准直仪6能够读取到二十四面棱体7转到参与切削位置时的实际偏角，实际偏角加上二十四面棱体7自身棱面的误差补偿等于此时刀位相对于基面的转角误差，根据定位精度与重复定位精度的定义公式即可算得被测刀架4的定位精度与重复定位精度。