CN116295171B - 摇篮式转台装配精度检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密机械装配技术领域,提供一种摇篮式转台装配精度检测装置及检测方法,该检测装置包括:圆盘,圆盘固定在摇篮式转台上基座上的第一芯轴上,或圆盘固定在摇篮式转台上尾座上的第二芯轴上;支撑杆,支撑杆沿第一芯轴的轴向设置在圆盘背离基座的一侧,或支撑杆沿第二芯轴的轴向设置在圆盘背离尾座的一侧;至少两个球体。本发明提供的上述方案,通过计算A轴基座和尾座配合面的研磨量、A轴基座和尾座扭摆调整量以及C轴轴线调整量就可以实现对摇篮式转台上A轴和C轴的精准调整,有效提高了安装精度。而且,整体过程只需要进行一个安装工作,降低了人工操作难度,避免了手动检测轴线的繁琐性,提高装配效率。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械装配技术领域,尤其涉及一种摇篮式转台装配精度检测装置及检测方法。
背景技术
数控机床加工工件过程中,由于设备空间误差大,会导致实际加工位置与理想加工位置偏差较大。而五轴数控机床,转台轴线装配精度是影响机床空间精度关键因素之一,若转台装配精度较高,则可以有效提高设备的加工精度。
现有的摇篮式转台装配手段大多采用验棒和千分表,在装配时先将验棒固定在摇篮式转台上的A轴基座芯轴上,利用千分表将验棒根部及远端调同心,如果远端跳动较大,旋转A轴取远端中间点,并从验棒的根部拉到远端中间点记为母线,然后通过拉表检验母线状态,并人工计算刮研量及扭摆量,以此调整转台轴线精度。同样对于摇篮式转台上的尾座端,将验棒固定在对应的芯轴上,再利用千分表将验棒调同心,然后根据验棒母线姿态来调整刮研量及扭摆量,最终要求母线在竖直、水平方向拉直,并且基座母线、尾座母线,调整为共线。当A轴安装合格后再安装摇篮式转台上的C轴,然后再将验棒安装在C轴台面上,利用类似方法调节C轴轴线精度。
由于上述A轴和C轴在安装的时候,受验棒精度、千分表精度、以及空间误差影响,调试难度大,而且需要工人有足够经验及责任心,无法实现高精度、高效率装配。
发明内容
本发明提供一种摇篮式转台装配精度检测装置及检测方法,用以解决现有技术中摇篮式转台安装精度不高的缺陷,实现摇篮式转台的高精度装配。
本发明提供了一种摇篮式转台装配精度检测装置,包括:
圆盘,所述圆盘固定在摇篮式转台上基座上的第一芯轴上,或所述圆盘固定在摇篮式转台上尾座上的第二芯轴上;
支撑杆,所述支撑杆沿所述第一芯轴的轴向设置在所述圆盘背离所述基座的一侧,或所述支撑杆沿所述第二芯轴的轴向设置在所述圆盘背离所述尾座的一侧;
至少两个球体,每个所述球体通过连接杆固定在所述支撑杆上,且所述连接杆的延伸方向与所述支撑杆的延伸方向相互垂直。
在其中一个实施例中,所述支撑杆的长度可调。
本发明还提供了一种摇篮式转台装配精度检测方法,用于如本发明实施例中任意一项所述的摇篮式转台装配精度检测装置,包括以下步骤:
S1:驱动基座或尾座上的A轴绕X轴方向旋转,A轴带动对应的第一芯轴或第二芯轴旋转,第一芯轴或第二芯轴依次通过圆盘、支撑杆带动对应的两个球体绕A轴旋转;
S2:通过两个球体在旋转时形成的两个圆计算A轴的调整量;
S3:根据A轴的调整量调整A轴的位置;
S4:将球体安装到摇篮式转台上的C轴,驱动C轴绕Z轴方向旋转,并记录C轴在不同旋转角度下,球体的坐标;
S5:根据球体的坐标拟合空间圆并计算C轴的调整量,通过C轴的调整量调整C轴的位置。
在其中一个实施例中,所述S2包括:驱动A轴绕X轴方向旋转不同角度,利用测头探测并记录每个球体的球心坐标,其中,A轴至少旋转三次,A轴旋转角度合计不低于180°,根据每个球体的不同球心坐标确定形成的两个圆的圆心,将两个圆心的连接线作为摇篮式转台的轴线;
计算βAY、γAZ、ΔY以及ΔZ,其中,βAY为两个圆心的连线投影在ZOX平面内与X轴形成的夹角;γAZ为两个圆心的连线投影在XOY平面内与X轴形成的夹角;ΔY=基座轴线的Y值-尾座轴线的Y值;ΔZ=基座轴线的Z值-尾座轴线的Z值;
其中,基座轴线的Y值=(圆心Y1+圆心Y2)/2;尾座轴线的Y值=(圆心Y3+圆心Y4)/2;基座轴线的Z值=(圆心Z1+圆心Z2)/2;尾座轴线的Z值=(圆心Z3+圆心Z4)/2;圆心Y1和圆心Y2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值,圆心Y3和圆心Y4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值;圆心Z1和圆心Z2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值,圆心Z3和圆心Z4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值;
计算A轴基座和尾座配合面的研磨量=N*tan(βAY),和A轴基座和尾座扭摆调整量=N*sin(γAZ),其中,N>0,tan(βAY)=(Z2-Z1)/两个圆心之间沿X轴方向的距离L,sin(γAZ)=(Y2-Y1)/两个圆心之间的距离。
在其中一个实施例中,所述根据每个球体的不同球心坐标确定形成的两个圆的圆心,包括:
确定每个球体在旋转时的不同球心坐标;
根据最小二乘法计算每个圆的圆心。
在其中一个实施例中,所述S3包括:根据A轴基座和尾座配合面的研磨量,通过人工刮研调整A轴的研磨量;
根据A轴基座和尾座扭摆调整量对A轴进行扭摆调整。
在其中一个实施例中,所述根据A轴基座和尾座扭摆调整量对A轴进行扭摆调整,包括:
通过测头测量A轴轴线的初始位置,计算扭摆调整量,若达到管控要求,则停止对A轴进行扭摆调整,若没有达到,则利用位移传感器对A轴进行扭摆调整。
在其中一个实施例中,在步骤S5中,所述根据球体的坐标拟合空间圆包括:
确定球体在C轴不同旋转角度下对应的球心坐标;
根据最小二乘法计算圆心;
根据圆心与球心坐标拟合形成空间圆。
在其中一个实施例中,所述S5包括:根据空间圆确定空间圆的法向量与Z轴的夹角;
计算C轴轴线调整量=M*tan(βcy),其中,M>0 ,tan(βcy)= 法向量与空间圆的交点和Z轴与空间圆的交点之间的距离/法向量。
在其中一个实施例中,所述通过C轴的调整量调整C轴的位置,包括:
通过测头测量C轴轴线的初始位置,计算调整量,若达到管控要求,则停止对C轴进行调整,若没有达到,则利用位移传感器对C轴进行调整。
本发明的有益效果包括:
本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置及检测方法,只需要将圆盘、支撑杆以及球体安装到摇篮式转台上的A轴和C轴,然后驱动A轴绕X轴旋转,驱动C轴绕Z轴旋转,通过计算A轴基座和尾座配合面的研磨量、A轴基座和尾座扭摆调整量以及C轴轴线调整量就可以实现对摇篮式转台上A轴和C轴的精准调整,有效提高了安装精度。而且,整体过程只需要进行一个安装工作,降低了人工操作难度,避免了手动检测轴线的繁琐性,提高装配效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测A轴的结构示意图;
图2为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测C轴的结构示意图;
图3为本发明提供的又一摇篮式转台装配精度检测装置在检测A轴的结构示意图;
图4为本发明提供的又一摇篮式转台装配精度检测装置在检测C轴的结构示意图;
图5为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测方法的流程示意图;
图6为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测A轴时的过程原理图;
图7为图6旋转有球体形成的圆心连线与X轴夹角的示意图;
图8为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测C轴时的过程原理图;
图9为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测ΔY时的过程原理图;
图10为本发明提供的摇篮式转台装配精度检测装置在检测ΔZ时的过程原理图。
附图标记:
10、圆盘;20、支撑杆;30、球体; 40、联轴器;11、基座;1101、第一芯轴;12、尾座;1201、第二芯轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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作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。
如图1所示,本发明一实施例中,提供了一种摇篮式转台装配精度检测装置,包括:圆盘10、支撑杆20以及至少两个球体30,其中,圆盘10固定在摇篮式转台上基座11上的第一芯轴1101上,或圆盘10固定在摇篮式转台上尾座12上的第二芯轴1201上;支撑杆20沿第一芯轴1101的轴向设置在圆盘10背离基座11的一侧,或支撑杆20沿第二芯轴1201的轴向设置在圆盘10背离尾座12的一侧;至少两个球体30,每个球体30通过连接杆固定在支撑杆20上,且连接杆的延伸方向与支撑杆20的延伸方向相互垂直。
示例性的,如图1所示,本发明在摇篮式转台上的基座11上的第一芯轴1101上朝向尾座12的一侧设置有圆盘10,然后在圆盘10背离基座11的一侧设置有支撑杆20,该支撑杆20与圆盘10垂直,随后在支撑杆20的上方通过两条连接杆对应安装两个球体30。对于尾座12上第二芯轴1201上的圆盘10、支撑杆20以及球体30的安装结构与基座11上第一芯轴1101上的各个部件的安装结构相同,此处不再累述。
在使用时,通过驱动基座11或尾座12上的A轴转动,此处,基座11上的A轴即为第一芯轴1101,尾座12上的A轴即为第二芯轴1201,在基座11或尾座12上的A轴转动时,就可以带动球体30绕A轴旋转。由于基座11上的A轴和尾座12上的A轴本身存在安装误差,此时,测量球体30在转动时对应的参数就可以计算出A轴基座和尾座配合面的研磨量以及A轴基座和尾座扭摆调整量,从而就可以对A轴进行调整。当A轴精度合格后将C轴安装到摇篮式转台上,然后如图2所示,将一个球体30通过连接杆安装到C轴的台面上。此时,驱动C轴转动,然后测量该球体30在转动时对应的参数就可以计算出C轴轴线调整量,从而就可以对C轴进行调整。
当尾座12上没有驱动电机时,如图3所示,本发明通过联轴器40将基座11上的支撑杆20和尾座12上的支撑杆20连接在一起,整体装置由基座11上的驱动电机直接驱动即可。当A轴精度合格后将C轴安装到如图4上的摇篮式转台上C轴台面即可。该结构的测试原理与图1、图2中的结构的测试原理相同,此处不再累述。
本发明提供的上述方案,只需要将圆盘、支撑杆以及球体安装到摇篮式转台上的A轴和C轴,然后驱动A轴绕X轴旋转,驱动C轴绕Z轴旋转,通过计算A轴基座和尾座配合面的研磨量、A轴基座和尾座扭摆调整量以及C轴轴线调整量就可以实现对摇篮式转台上A轴和C轴的精准调整,有效提高了安装精度。而且,整体过程只需要进行一个安装工作,降低了人工操作难度,避免了手动检测轴线的繁琐性。
本发明还提供了一种摇篮式转台装配精度检测方法,用于如本发明实施例描述中任意一项的摇篮式转台装配精度检测装置,如图5所示,包括以下步骤:
步骤110:驱动基座或尾座上的A轴绕X轴方向旋转,A轴带动对应的第一芯轴或第二芯轴旋转,第一芯轴或第二芯轴依次通过圆盘、支撑杆带动对应的两个球体绕A轴旋转;
步骤120:通过两个球体在旋转时形成的两个圆计算A轴的调整量;
步骤130:根据A轴的调整量调整A轴的位置;
步骤140:将球体安装到摇篮式转台上的C轴,驱动C轴绕Z轴方向旋转,并记录C轴在不同旋转角度下,球体的坐标;
步骤150:根据球体的坐标拟合空间圆并计算C轴的调整量,通过C轴的调整量调整C轴的位置。
具体地,首先在基座11上的支撑杆20上固定两个球体30,同时在尾座12上的支撑杆20上也固定两个球体30。
然后驱动基座11上的A轴绕X轴方向旋转不同角度,如图6所示,记录每个球体的球心坐标,其中,A轴至少旋转三次,A轴旋转角度合计不低于180°,根据每个球体的不同球心坐标确定形成的两个圆的圆心,将两个圆心的连接线作为摇篮式转台的轴线;
计算βAY、γAZ、ΔY以及ΔZ,其中,βAY为两个圆心的连线投影在ZOX平面内与X轴形成的夹角;γAZ为两个圆心的连线投影在XOY平面内与X轴形成的夹角;ΔY=基座轴线的Y值-尾座轴线的Y值;ΔZ=基座轴线的Z值-尾座轴线的Z值;
其中,基座轴线的Y值=(圆心Y1+圆心Y2)/2;尾座轴线的Y值=(圆心Y3+圆心Y4)/2;基座轴线的Z值=(圆心Z1+圆心Z2)/2;尾座轴线的Z值=(圆心Z3+圆心Z4)/2;圆心Y1和圆心Y2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值,圆心Y3和圆心Y4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值;圆心Z1和圆心Z2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值,圆心Z3和圆心Z4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值;
计算A轴基座和尾座配合面的研磨量=N*tan(βAY),和A轴基座和尾座扭摆调整量=N*sin(γAZ),其中,N>0,tan(βAY)=(Z2-Z1)/两个圆心之间沿X轴方向的距离L,sin(γAZ)=Δ(Y2-Y1)/两个圆心之间的距离。
示例性的,如图6所示,在A轴旋转的时候,基座11上的两个球体30形成第一旋转圆和第二旋转圆,尾座12上的两个球体30形成第三旋转圆和第四旋转圆。第一旋转圆的圆心在Y轴的值为圆心Y1,第二旋转圆的圆心在Y轴的值为圆心Y2,第三旋转圆的圆心在Y轴的值为圆心Y3,第四旋转圆的圆心在Y轴的值为圆心Y4;第一旋转圆的圆心在Z轴的值为圆心Z1,第二旋转圆的圆心在Z轴的值为圆心Z2,第三旋转圆的圆心在Z轴的值为圆心Z3,第四旋转圆的圆心在Z轴的值为圆心Z4。
参考图7所示,βAY为第一旋转圆和第二旋转圆之间圆心的连线投影在ZOX平面内与X轴形成的夹角;γAZ为第一旋转圆和第二旋转圆之间圆心的连线投影在XOY平面内与X轴行程形成的夹角;参考图9和图10所示,ΔY=基座轴线的Y值-尾座轴线的Y值;ΔZ=基座轴线的Z值-尾座轴线的Z值。
其中,基座轴线的Y值=(圆心Y1+圆心Y2)/2;尾座轴线的Y值=(圆心Y3+圆心Y4)/2;基座轴线的Z值=(圆心Z1+圆心Z2)/2;尾座轴线的Z值=(圆心Z3+圆心Z4)/2;
在测量出对应的参数后,计算A轴基座和尾座配合面的研磨量=N*tan(βAY),和A轴基座和尾座扭摆调整量=N*sin(γAZ),本发明中的N为A轴配合面X向尺寸,可以通过测量得出,tan(βAY)=(Z2-Z1)/两个圆心之间沿X轴方向的距离L,sin(γAZ)=(Y2-Y1)/两个圆心之间的距离。
随后根据计算A轴基座和尾座配合面的研磨量,通过人工刮研调整A轴的研磨量,根据A轴基座和尾座扭摆调整量,通过测头测量A轴轴线的初始位置,计算扭摆调整量,若达到管控要求,则停止对A轴进行扭摆,若没有达到,则利用位移传感器对A轴进行扭摆调整。
当A轴精度调节好后,将C轴安装到摇篮式转台上,驱动C轴绕Z轴方向旋转,如图8所示,并记录C轴在不同旋转角度下,球体的坐标,根据球体的坐标拟合空间圆,根据空间圆确定空间圆的法向量与Z轴的夹角βcy,最后计算C轴轴线调整量=M*tan(βcy),其中,M>0 ,tan(βcy)= 法向量与空间圆的交点和Z轴与空间圆的交点之间的距离/法向量,此时,通过C轴的调整量调整C轴的位置。
本发明通过计算A轴基座和尾座配合面的研磨量、A轴基座和尾座扭摆调整量以及C轴轴线调整量就可以实现对摇篮式转台上A轴和C轴的精准调整,有效提高了安装精度。而且,整体过程只需要进行一个安装工作,降低了人工操作难度,避免了手动检测轴线的繁琐性。
在一些实施例中,为了确保调整后C轴位置的精准行,本发明通过测头测量C轴轴线的初始位置和调整后的位置,计算调整后的位置与初始位置之间的距离差是否达到调整量,若达到,则停止对C轴进行调整,若没有达到,则利用位移传感器对C轴进行调整。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种摇篮式转台装配精度检测方法,用于摇篮式转台装配精度检测装置,所述摇篮式转台装配精度检测装置包括圆盘(10),所述圆盘(10)固定在摇篮式转台上基座(11)上的第一芯轴(1101)上,或所述圆盘(10)固定在摇篮式转台上尾座(12)上的第二芯轴(1201)上;所述第一芯轴(1101)为所述基座(11)的A轴,或所述第二芯轴(1201)为所述尾座(12)的A轴;支撑杆(20),所述支撑杆(20)沿所述第一芯轴(1101)的轴向设置在所述圆盘(10)背离所述基座(11)的一侧,或所述支撑杆(20)沿所述第二芯轴(1201)的轴向设置在所述圆盘(10)背离所述尾座(12)的一侧;所述支撑杆(20)的长度可调;至少两个球体(30),每个所述球体(30)通过连接杆固定在所述支撑杆(20)上,且所述连接杆的延伸方向与所述支撑杆(20)的延伸方向相互垂直,所述球体(30)适于随所述支撑杆转动而转动,所述A轴适于根据至少两个所述球体(30)转动形成的的轴线调整;C轴,适于在所述A轴调整完成的情况下连接于所述基座(11)和所述尾座(12);一个球体(30)安装于所述C轴,所述球体(30)适于转动调整所述C轴,其特征在于,包括以下步骤:
S1:驱动基座或尾座上的A轴绕X轴方向旋转,A轴带动对应的第一芯轴或第二芯轴旋转,第一芯轴或第二芯轴依次通过圆盘、支撑杆带动对应的两个球体绕A轴旋转;
S2:通过两个球体在旋转时形成的两个圆计算A轴的调整量;
S3:根据A轴的调整量调整A轴的位置;
S4:将球体安装到摇篮式转台上的C轴,驱动C轴绕Z轴方向旋转,并记录C轴在不同旋转角度下,球体的坐标;
S5:根据球体的坐标拟合空间圆并计算C轴的调整量,通过C轴的调整量调整C轴的位置;
其中,所述S2包括:
驱动A轴绕X轴方向旋转不同角度,利用测头探测并记录每个球体的球心坐标,其中,A轴至少旋转三次,A轴旋转角度合计不低于180°,根据每个球体的不同球心坐标确定形成的两个圆的圆心,将两个圆心的连接线作为摇篮式转台的轴线;
计算βAY、γAZ、ΔY以及ΔZ,其中,βAY为两个圆心的连线投影在ZOX平面内与X轴形成的夹角;γAZ为两个圆心的连线投影在XOY平面内与X轴形成的夹角;ΔY=基座轴线的Y值-尾座轴线的Y值;ΔZ=基座轴线的Z值-尾座轴线的Z值;
其中,基座轴线的Y值=(圆心Y1+圆心Y2)/2;尾座轴线的Y值=(圆心Y3+圆心Y4)/2;基座轴线的Z值=(圆心Z1+圆心Z2)/2;尾座轴线的Z值=(圆心Z3+圆心Z4)/2;圆心Y1和圆心Y2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值,圆心Y3和圆心Y4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Y轴的值;圆心Z1和圆心Z2为基座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值,圆心Z3和圆心Z4为尾座上对应两个球体在旋转时形成的两个圆的圆心在Z轴的值;
计算A轴基座和尾座配合面的研磨量=N*tan(βAY),和A轴基座和尾座扭摆调整量=N*sin(γAZ),其中,N>0,tan(βAY)=(Z2-Z1)/两个圆心之间沿X轴方向的距离L,sin(γAZ)=(Y2-Y1)/两个圆心之间的距离,其中,N为A轴配合面X向尺寸。
2.根据权利要求1所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,所述根据每个球体的不同球心坐标确定形成的两个圆的圆心,包括:
确定每个球体在旋转时的不同球心坐标;
根据最小二乘法计算每个圆的圆心。
3.根据权利要求1所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,所述S3包括:
根据A轴基座和尾座配合面的研磨量,通过人工刮研调整A轴的研磨量;
根据A轴基座和尾座扭摆调整量对A轴进行扭摆调整。
4.根据权利要求3所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,所述根据A轴基座和尾座扭摆调整量对A轴进行扭摆调整,包括:
通过测头测量A轴轴线的初始位置,计算扭摆调整量,若达到管控要求,则停止对A轴进行扭摆调整,若没有达到,则利用位移传感器对A轴进行扭摆调整。
5.根据权利要求1所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,在步骤S5中,所述根据球体的坐标拟合空间圆包括:
确定球体在C轴不同旋转角度下对应的球心坐标;
根据最小二乘法计算圆心;
根据圆心与球心坐标拟合形成空间圆。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,所述S5包括:
根据空间圆确定空间圆的法向量与Z轴的夹角βcy;
计算C轴轴线调整量=M*tan(βcy),其中,M>0 ,tan(βcy)= 法向量与空间圆的交点和Z轴与空间圆的交点之间的距离/法向量;其中,M为C轴配合面Z向尺寸。
7.根据权利要求6所述的摇篮式转台装配精度检测方法,其特征在于,所述通过C轴的调整量调整C轴的位置,包括:
通过测头测量C轴轴线的初始位置,计算调整量,若达到管控要求,则停止对C轴进行调整,若没有达到,则利用位移传感器对C轴进行调整。
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