CN119057564B - 一种机床误差数据测量装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床误差检测技术领域，公开了一种机床误差数据测量装置及处理方法，包括磁力座，与机床的工作台相连接；第一球杆仪一端设置有第一标准球，第一标准球与磁力座相连接；第二球杆仪一端设置有第二标准球，第二标准球与第一球杆仪远离磁力座的端部相连接，第二球杆仪与第一球杆仪相垂直；连接球与机床的电主轴相连接，连接球与第二球杆仪远离第二标准球的端部相连接，电主轴与第二球杆仪同轴；调整装置包括支架，支架分别与第一标准球、第一球杆仪以及连接球相连接，本发明能够获得更为精准的测量结果。

Description

一种机床误差数据测量装置及处理方法

技术领域

本发明涉及机床误差检测技术领域，特别是涉及一种机床误差数据测量装置及处理方法。

背景技术

随着现代制造业的不断发展，高端技术领域对数控机床所加工零件的精度要求日益提高。有效检测机床几何误差成为提升加工精度的重要环节之一。球杆仪因其测量精度高、硬件成本低、测量效率高、安装简便、操作方便等优点，成为数控机床精度检测领域中广泛使用的仪器之一。

在测量过程中，球杆仪随着数控机床沿顺时针和逆时针做圆弧运动，测量半径误差并通过数据处理计算分离出机床的垂直度、伺服不匹配、反向跃冲、直线度、比例不匹配等误差项。然而，球杆仪只能测量沿杆长方向的误差变化，仅能分析单一平面上的圆弧轨迹，无法同时测量垂直于平面的伺服轴（如Z轴）的轴向误差。这种非期望的Z轴轴向运动会导致球杆仪测量结果不准确。尤其是在应用球杆仪在工业机器人测量过程中，垂直于测量平面的轴向运动客观存在且无法有效避免，这会导致测量的结果不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种机床误差数据测量装置及处理方法，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种机床误差数据测量装置，包括：

磁力座，与机床的工作台相连接；

第一球杆仪，一端设置有第一标准球，所述第一标准球与所述磁力座相连接；

第二球杆仪，一端设置有第二标准球，所述第二标准球与所述第一球杆仪远离所述磁力座的端部相连接，所述第二球杆仪与所述第一球杆仪相垂直；

连接球，与所述机床的电主轴相连接，所述连接球与所述第二球杆仪远离所述第二标准球的端部相连接，所述电主轴与所述第二球杆仪同轴；

调整装置，包括支架，所述支架分别与所述第一标准球、所述第一球杆仪以及所述连接球相连接。

可选的，所述支架上螺纹连接有基座杯，所述基座杯与所述第一标准球相连接。

可选的，所述支架上螺纹连接有定位调整球，所述定位调整球上设置有定位架，所述定位架包括环体，所述环体套设在所述第一球杆仪上并与所述第一球杆仪通过螺钉相连接，所述环体上设置有一对第一圆柱导柱以及第一圆柱磁铁，一对所述第一圆柱导柱用于与所述定位调整球相抵，所述第一圆柱磁铁用于与所述定位调整球磁力连接。

可选的，所述支架上螺纹连接有调整架，所述调整架上设置有一对第二圆柱导柱以及第二圆柱磁铁，一对所述第二圆柱导柱用于与所述连接球相抵，所述第二圆柱磁铁用于与所述连接球磁力连接。

可选的，所述连接球上设置有第一连接杆，所述第一连接杆与所述第二球杆仪螺纹连接。

可选的，所述连接球上设置有第二连接杆，所述第二连接杆通过弹簧夹头与所述电主轴相连接。

可选的，所述第一球杆仪远离所述第一标准球的一端设置有连接座，所述连接座与所述第二标准球相连接。

可选的，还包括校准板，所述校准板包括玻璃底座，所述玻璃底座一端设置有一对支撑座，任一所述支撑座上设置有多个周向均匀分布的支撑球，多个所述支撑球用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球相抵；另一所述支撑座上设置有一对第三圆柱导柱、第三圆柱磁铁以及限位球，一对所述第三圆柱导柱用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球相抵，所述第三圆柱磁铁用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球磁力连接，所述限位球用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球相抵。

可选的，所述第一标准球、所述第二标准球以及所述连接球尺寸相同。

本发明还提供了一种机床误差数据处理方法，包括：

获取所述第一球杆仪测量结果为；

获取所述第二球杆仪测量结果为；

基于公式完成Z轴轴向误差补偿计算，获得所述第一球杆仪原始测量结果为；

基于所述第一球杆仪原始测量结果为，结合标准球杆仪数据处理方法，获得若干项机床的误差项目计算。

本发明公开了以下技术效果：通过设置相垂直的第一球杆仪和第二球杆仪，并且第二球杆仪与电主轴同轴设置，并且通过支架将第一标准球、第一球杆仪以及连接球相连接为整体，从而将第一球杆仪在XY平面内的Z向偏移转移到第二球杆仪的水平轴向运动，改变了现有单一球杆仪测量结果受非期待的Z轴的轴向误差的影响，通过第二球杆仪直接反映非期待Z轴轴向测量误差，经过公式补偿Z轴轴向误差的第一球杆仪能够获得更为精准的测量结果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的调整装置示意图；

图3为本发明的定位架结构示意图；

图4为本发明的校准板与第一球杆仪装配图；

图5为本发明的校准板与第二球杆仪装配图；

图6为本发明的校准板结构示意图。

图中：1、电主轴；2、连接球；3、第二球杆仪；4、连接座；5、第一球杆仪；6、磁力座；7、工作台；8、调整装置；8-1、基座杯；8-2、支架；8-3、调整架；8-4、定位调整球；8-5、定位架；8-51、环体；8-52、第一圆柱导柱；8-53、第一圆柱磁铁；9、校准板；9-1、玻璃底座；9-2、支撑球；9-3、支撑座；9-4、第三圆柱磁铁；9-5、第三圆柱导柱；9-6、限位球。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-图6，本发明提供一种机床误差数据测量装置，包括：

磁力座6，与机床的工作台7相连接；

第一球杆仪5，一端设置有第一标准球，第一标准球与磁力座6相连接；

第二球杆仪3，一端设置有第二标准球，第二标准球与第一球杆仪5远离磁力座6的端部相连接，第二球杆仪3与第一球杆仪5相垂直；

连接球2，与机床的电主轴1相连接，连接球2与第二球杆仪3远离第二标准球的端部相连接，电主轴1与第二球杆仪3同轴；

调整装置8，包括支架8-2，支架8-2分别与第一标准球、第一球杆仪以及连接球2相连接。

通过设置相垂直的第一球杆仪5和第二球杆仪3，并且第二球杆仪3与电主轴1同轴设置，并且通过支架8-2将第一标准球、第一球杆仪以及连接球2相连接为整体，从而将第一球杆仪5在XY平面内的Z向偏移转移到第二球杆仪3的水平轴向运动，改变了现有单一球杆仪测量结果受非期待的Z轴的轴向误差的影响，通过第二球杆仪3直接反映非期待Z轴轴向测量误差，经过公式补偿Z轴轴向误差的第一球杆仪5能够获得更为精准的测量结果。

进一步地，调整装置8总重量小于350克。

进一步地，连接球2的材质为殷瓦钢，同轴度小于0.002毫米，半径为6.25mm，其表面经过加工后，尺寸公差：±1µm，表面粗糙度：Ra≤0.05µm且球度：≤0.5µm。

进一步优化方案，支架8-2上螺纹连接有基座杯8-1，基座杯8-1与第一标准球相连接。

进一步优化方案，支架8-2上螺纹连接有定位调整球8-4，定位调整球8-4上设置有定位架8-5，定位架8-5包括环体8-51，环体8-51套设在第一球杆仪5上并与第一球杆仪5通过螺钉相连接，环体8-51上设置有一对第一圆柱导柱8-52以及第一圆柱磁铁8-53，一对第一圆柱导柱8-52用于与定位调整球8-4相抵，第一圆柱磁铁8-53用于与定位调整球8-4磁力连接。

进一步优化方案，支架8-2上螺纹连接有调整架8-3，调整架8-3上设置有一对第二圆柱导柱以及第二圆柱磁铁，一对第二圆柱导柱用于与连接球2相抵，第二圆柱磁铁用于与连接球2磁力连接。

进一步优化方案，连接球2上设置有第一连接杆，第一连接杆与第二球杆仪3螺纹连接。连接球2上设置有第二连接杆，第二连接杆通过弹簧夹头与电主轴1相连接。

进一步优化方案，第一球杆仪5远离第一标准球的一端设置有连接座4，连接座4与第二标准球相连接。

进一步优化方案，还包括校准板9，校准板9包括玻璃底座9-1，玻璃底座9-1一端设置有一对支撑座9-3，任一支撑座9-3上设置有多个周向均匀分布的支撑球9-2，多个支撑球9-2用于与第一标准球或第二标准球或连接球2相抵；另一支撑座9-3上设置有一对第三圆柱导柱9-5、第三圆柱磁铁9-4以及限位球9-6，一对第三圆柱导柱9-5用于与第一标准球或第二标准球或连接球2相抵，第三圆柱磁铁9-4用于与第一标准球或第二标准球或连接球2磁力连接，限位球9-6用于与第一标准球或第二标准球或连接球2相抵。

第一球杆仪5和第二球杆仪3的校准方式：

将第二球杆仪3在校准板9上，第二球杆仪3的一端的第二标准球与校准板9上的第三圆柱导柱9-5和限位球9-6接触，连接球2与校准板9上的三个支撑球9-2相接触，待读数稳定后，记录校准值；

将第二球杆仪3和第一球杆仪5连接后安装在校准板9上，第一球杆仪5的一端的第一标准球与校准板9上的三个支撑球9-2相接触，分别与连接座4及第二球杆仪3连接的第二标准球和校准板9上的第三圆柱导柱9-5和限位球9-6接触，这两个第一标准球和第二标准球组成了第一球杆仪5的两端，其中心距代表了第一球杆仪5的校准半径；

根据标准尺寸，分别计算出第r球杆仪5和得让球杆仪3的读数和标准尺寸之间的关系式，该公式作为后续球杆仪在机测量读数转换。

进一步优化方案，第一标准球、第二标准球以及连接球2尺寸相同，半径为6.25mm。

安装步骤：

将定位架8-5安装在第一球杆仪5上，完成粗定位；

分别安装第二球杆仪3及磁力座6到电主轴1及工作台7上，运行测试机床设备，将磁力座6和第二球杆仪3一端的第二标准球通过磁力相连接，记录工作台7的空间坐标位置；

调整工作台7空间位置，使其与电主轴1的轴线的空间距离为名义测量半径，后安装第一球杆仪5使其分别于第二球杆仪3和磁力座6相连接；

安装调整装置8，分别连接第一球杆仪5的第一标准球以及连接球2，并准确调整粗定位安装的定位架8-5，使其和定位调整球8-4精确接触；

运行数控机床，按照测量规则，使得工作台7围绕电主轴1轴线做半径为名义测量半径的圆回转运动；启动球杆仪器数据记录仪，完成第一球杆仪5和第二球杆仪3的数据采集。

一种机床误差数据处理方法，包括：

获取第一球杆仪5测量结果为，其表示富含非期待Z 轴轴向误差值的半径结果；

获取第二球杆仪3测量结果为，其直接反映非期待Z轴轴向测量误差；

基于公式完成Z轴轴向误差补偿计算，获得第一球杆仪5原始测量结果为；

基于第一球杆仪5原始测量结果为，结合标准球杆仪数据处理方法，经过最小二乘拟合后找到精确的回转中心，并计算出准确的半径误差，根据ISO230-4:2022国标，获得若干项机床的误差项目计算。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机床误差数据测量装置，其特征在于，包括：

磁力座（6），与机床的工作台（7）相连接；

第一球杆仪（5），一端设置有第一标准球，所述第一标准球与所述磁力座（6）相连接；

第二球杆仪（3），一端设置有第二标准球，所述第二标准球与所述第一球杆仪（5）远离所述磁力座（6）的端部相连接，所述第二球杆仪（3）与所述第一球杆仪（5）相垂直；

连接球（2），与所述机床的电主轴（1）相连接，所述连接球（2）与所述第二球杆仪（3）远离所述第二标准球的端部相连接，所述电主轴（1）与所述第二球杆仪（3）同轴；

调整装置（8），包括支架（8-2），所述支架（8-2）分别与所述第一标准球、所述第一球杆仪以及所述连接球（2）相连接；

还包括校准板（9），所述校准板（9）包括玻璃底座（9-1），所述玻璃底座（9-1）一端设置有一对支撑座（9-3），任一所述支撑座（9-3）上设置有多个周向均匀分布的支撑球（9-2），多个所述支撑球（9-2）用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球（2）相抵；另一所述支撑座（9-3）上设置有一对第三圆柱导柱（9-5）、第三圆柱磁铁（9-4）以及限位球（9-6），一对所述第三圆柱导柱（9-5）用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球（2）相抵，所述第三圆柱磁铁（9-4）用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球（2）磁力连接，所述限位球（9-6）用于与所述第一标准球或所述第二标准球或所述连接球（2）相抵。

2.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述支架（8-2）上螺纹连接有基座杯（8-1），所述基座杯（8-1）与所述第一标准球相连接。

3.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述支架（8-2）上螺纹连接有定位调整球（8-4），所述定位调整球（8-4）上设置有定位架（8-5），所述定位架（8-5）包括环体（8-51），所述环体（8-51）套设在所述第一球杆仪（5）上并与所述第一球杆仪（5）通过螺钉相连接，所述环体（8-51）上设置有一对第一圆柱导柱（8-52）以及第一圆柱磁铁（8-53），一对所述第一圆柱导柱（8-52）用于与所述定位调整球（8-4）相抵，所述第一圆柱磁铁（8-53）用于与所述定位调整球（8-4）磁力连接。

4.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述支架（8-2）上螺纹连接有调整架（8-3），所述调整架（8-3）上设置有一对第二圆柱导柱以及第二圆柱磁铁，一对所述第二圆柱导柱用于与所述连接球（2）相抵，所述第二圆柱磁铁用于与所述连接球（2）磁力连接。

5.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述连接球（2）上设置有第一连接杆，所述第一连接杆与所述第二球杆仪（3）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述连接球（2）上设置有第二连接杆，所述第二连接杆通过弹簧夹头与所述电主轴（1）相连接。

7.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述第一球杆仪（5）远离所述第一标准球的一端设置有连接座（4），所述连接座（4）与所述第二标准球相连接。

8.根据权利要求1所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于：所述第一标准球、所述第二标准球以及所述连接球（2）尺寸相同。

9.一种机床误差数据处理方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种机床误差数据测量装置，其特征在于，包括：

获取所述第一球杆仪（5）测量结果为；

获取所述第二球杆仪（3）测量结果为；

基于公式完成Z轴轴向误差补偿计算，获得所述第一球杆仪（5）原始测量结果为；

基于所述第一球杆仪（5）原始测量结果为，结合标准球杆仪数据处理方法，获得若干项机床的误差项目计算。