第三位移传感器6沿着竖直方向进行贯穿式安装，安装在连接板上的L形支持壁板3，L形支持壁板3的两个壁面均垂直于支座I顶部水平端面布置，并与L形支持壁板的两个壁面内部设置有螺纹通孔以便于第一位移传感器4和第二位移传感器5进行贯穿式安装，实现对标准芯棒球头在各方向位置姿态运动偏差数据进行实时检测。
[0037]如图4所示，本实施例提供了数控机床刀尖动态特性测试系统的硬件组成结构及检测原理，通过各位移传感器检测出球头芯棒的位姿实时信息，通过温度传感器组7检测出机床各主要发热部位的温度状态信息，通过数据采集器12采集上述球头位置信息和温度信息并高速发送这些数据信息进入计算机8进行自动计算分析与显示及打印报告。
[0038]如图5所示，为数控机床坐标系构成示意图。主要是定位数控机床刀尖点位姿的理论参考基准，包括X/Y/Z/A/B/C六个自由度基准。
[0039]如图6所示，为本发明的检测方法实施工作流程图。主要是首先设定数控机床的各工作参数，在机床工作台上架设数控机床刀尖动态特性精度检测装置，对位移传感器4/5/6、热敏电阻传感器组7、各类放大器、数据采集器12和计算机进行初始化设定。然后，按照数控机床刀尖动态特性各项指标要求开启计算机中各项测试功能模块，通过位移传感器4/5/6或温度传感器组7实现对数控机床相关运行状态下的刀尖动态信号测量，并将测量的动态信号通过数据采集器12传输至计算机8，完成数控机床刀尖点动态数据采集处理。接着，根据测试要求由计算机实现对该项指标测试数据进行在机分析处理，并将机床刀尖动态特性的测量值与设定值或历史数据进行对比，以对数控机床刀尖动态精度进行异常判断，若判断结果为否，则数控机床保持原来精度状态或继续测试，若判断结果为是，则进入下一步数据报告生成。最后，生成相应修正或补偿数据供数控系统进行参数调整并得到机床刀尖动态特性各项指标分析报告，为安装及调整维修提供参考数据，最终实现对数控加工精度的改进和提升。
[0040]如图7所示，为本发明应用在主轴热态特性测试的工作示意图。主要是通过空载或加载定时运行后，通过换刀将球头芯棒安装在主轴上并采用编程自动执行方法快速移动到预先设置后的刀尖位置实现对热误差的检测。
[0041]如图8所示，为本发明应用在主轴倾斜度测试的工作示意图。主要是通过将标准芯棒安装在主轴上并移动到预先设置后的刀尖位置，起动Z坐标轴上下往复运动并采集主轴相关信号，实现对主轴倾斜度的检测。
[0042]如图9所示，为本发明应用在主轴回转精度测试的工作示意图。主要是通过将标准芯棒安装在主轴上并移动到预先设置后的刀尖位置，起动主轴作额定转速η的旋转运动并采集主轴相关信号，实现对主轴回转精度的检测。
[0043]如图10所示,为本发明应用在刀尖点C轴动态精度测试的工作示意图。主要是通过将球头芯棒安装在主轴上并移动到预先设置后的刀尖位置，对具有C坐标摆动头的C轴进行固定角度回转运行，同时启动RTCP模式实现C轴全行程动态刀尖运动特性的检测。
[0044]如图11所示,为本发明应用在刀尖点B轴动态精度测试的工作示意图。主要是通过将球头芯棒安装在主轴上并移动到预先设置后的刀尖位置(如在同一机床上已测过任意一个摆动或回转坐标则可省略此步骤)，对具有B坐标摆动头的B轴进行固定角度回转运行，同时启动RTCP模式实现B轴全行程动态刀尖运动特性的检测。
[0045]如图12所示,为本发明应用在刀尖点A轴动态精度测试的工作示意图。主要是通过将球头芯棒安装在主轴上并移动到预先设置后的刀尖位置(如在同一机床上已测过任意一个摆动或回转坐标则可省略此步骤)，对具有A坐标摆动头的A轴进行固定角度回转运行，同时启动RTCP模式实现A轴全行程刀尖运动特性的检测。
[0046]按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，包括安装在数控机床工作平台的支座1，设置在支座顶部的连接板2，安装在连接板上的L形支持壁板3，设置在支持壁板3和连接板2的位移传感器4/5/6，通过各位移传感器检测出球头芯棒的刀尖位姿实时信息，通过温度传感器组7检测出机床各主要发热部位的温度状态信息，通过数据采集器12获取上述球头刀尖位姿的多传感器融合信号并高速发送数据进入计算机8实施计算分析。2.根据权利要求1所述的数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，所述的连接板2平行于支座1顶部水平端面布置固定，连接板2内部设置有螺纹通孔以便于第三位移传感器6沿着竖直方向进行贯穿式安装。3.根据权利要求1所述的数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，所述的L形支持壁板3的两个壁面呈直角90°布置，L形支持壁板3的两个壁面均垂直于支座1顶部水平端面布置，并与L形支持壁板3的两个壁面内部设置有螺纹通孔以便于第一位移传感器4和第二位移传感器5进行贯穿式安装。4.根据权利要求1所述的数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，所述的第一位移传感器4、第二位移传感器5和第三位移传感器6呈两两垂直布置，实现对球头的各方向位置姿态运动偏差数据进行实时检测。5.根据权利要求1所述的数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，所述的温度传感器组7由多套热敏电阻传感器构成。6.根据权利要求1所述的数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，其特征在于，所述的计算机包括用于RTCP (旋转刀具中心点)精度测试模块、主轴径向倾斜度测试模块、主轴回转精度测试模块、主轴热变形测试模块，用于摆动轴补偿值数据生成模块、刀尖点受热发生热偏移修正数据生成模块，以及由动态精度预警模块和历史数据跟踪模块组成的数据库模块。7.如权利要求1至6数控机床刀尖动态特性精度检测装置的实现方法，其特征在于，所述的测试实现方法主要包括以下步骤: (1)设定数控机床的各工作参数，在机床工作台上架设数控机床刀尖动态特性精度检测装置，对各位移传感器4/5/6、温度传感器组7、位移传感器放大器9、温度传感器放大器.10，数据采集器12和计算机8进行初始化，完成检测装置工作参数的设定； (2)按照数控机床刀尖动态特性各项指标要求开启计算机中各项测试功能模块，通过位移传感器或热敏电阻传感器组实现对数控机床相关运行状态下的动态多路信号测量，并将测量的多路信号经数据采集器12通过总线方式传输至计算机，完成数控机床刀尖点动态融合数据采集处理； (3)根据测试要求由计算机实现对该项指标测试数据进行分析处理，并将机床刀尖动态特性的测量值与设定值或历史数据进行对比，以对数控机床刀尖动态精度进行异常判断，若判断结果为否，则数控机床保持原来状态或继续完成测试，若判断结果为是，则执行下一步； (4)生成机床刀尖动态特性各项指标分析报告和相应数控系统的修正或补偿数据，最终实现对数控机床加工精度的改进和提升。
【专利摘要】本发明公开了一种数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法，主要解决了现有数控机床刀尖动态特性检测性能指标不全面、不精准以及仪器及切削试件检测成本较高等问题。该数控机床刀尖动态特性精度检测装置包括支座、连接板与L形支持壁板，通过孔以贯穿方式在支座顶部安装有呈两两垂直布置的位移传感器，同时通过集成机床各主要热源处的温度数据采集，实现主轴摆动或旋转运动过程中对刀尖点位姿实时信息获取，通过数据采集器自动获取融合的数据信息高速传输进入计算机实施记录及分析，完成精度相关计算和补偿数据生成。本发明结构设计巧妙，刀尖特性测试功能全面，通用性强，大大降低了数控加工精度测试成本，具有较好的实用和推广价值。
【IPC分类】B23Q17/09, B23Q17/22
【公开号】CN105269404
【申请号】CN201410663448
【发明人】黄智 , 陈学尚, 许可, 王正杰, 万从保, 李俊英
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年11月20日