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专利名称：双频激光测量系统检测补偿落地镗铣床空间位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种大型金属切削落地镗铣机床在使用时，对落地镗铣机床各空间位 置定位进行精密修正补偿的方法，具体涉及用精密双频激光干涉测量系统检测数控落地镗 铣床各空间位置并对其进行精密修正的方法，属于数控落地机床制造技术领域。
背景技术：
大型落地镗铣机床，是指安置于地面、体积庞大的工作母机。机床安装于地面时， 理论要求其水平导轨与水平面平行，并在机床加工工作时也始终不变，机床的立柱则要求 始终与导轨垂直，即与水平面垂直，无论当机床的立柱沿水平导轨移动多少距离，或安装刀 具的滑枕座沿机床立柱上下移动多少距离，也不会导致机床的立柱对机床水平导轨垂直度 的改变。从理论上说，数控落地机床由于自身安装有光栅尺及精密数控系统，在对零件进行 加工时，机床立柱和滑枕座的移动均是在精密的数控系统控制下进行的，因此所加工零件 的精密度和稳定性也应当较高。但实际上，使用落地机床进行金属切削加工时，会产生两种 误差。一是由于其体积庞大，自身重量较重，因此，在安装机床时，尽管对地基作了较高要求 的处理。但由于地基的松软程度、地基的沉降变化、落地机床自身的重量等因素会引起地基 和床身细微的变化，例如机床的水平导轨不完全与水平面平行、当机床的立柱沿水平导轨 移动时，可能产生机床的立柱对水平面垂直度改变；二是机床本身制造精度也存在精度误 差，例如，如果机床的立柱与床身水平的垂直精度在每米0. 02mm,那么，在机床的立柱不动， 而滑枕座沿机床立柱向上移动3m时，那么镗杆的中心点在移动前、后在水平方向上的误差 就有0. 06mm。这两种误差反应在机床工作时，具体表现为影响被加工零件的精度及产品的 稳定性差。因此，数控落地镗铣床制造技术中，机床在加工工件时，需要对机床的空间各位 置进行定位。比如，如果以X轴和Z轴构成水平座标平面，且机床的水平导轨理论上与X轴 平行，Y轴与水平面垂直。设某位置时镗杆的中心点所在位置为第一个定位点，并作为基准 点，水平面是基准面，第一个定位点在XY平面内；以机床的立柱不动，滑枕座沿机床立柱向 上或向下移动一段距离后镗杆的中心点所在位置为第二个定位点，则第二个定位点仍在XY 平面上，但第二定位点在X方向相对第一定位点产生了误差a，再以机床的立柱沿X轴，即沿 水平导轨移动A距离后，镗杆的中心点所在位置为第三个定位点，若机床立柱在XY平面上 产生一个倾斜，则第三定位点在X轴上又产生一个距离误差b。如上所述，机床空间各位置 的定位精度取决于机床的自身的精度、地基的变化精度，包括地基的松软程度、地基的沉降 等，这些因素决定了机床对空间个位置的定位精度的不稳定性，在机械加工中，适时计入这 些误差，有利于采取补偿措施，提高加工产品的精度。

发明内容
本发明的目的，在于克服数控落地镗铣床在加工过程中，由于机床自身制造精度 和地基的细微变化所导致的对产品加工精度的影响，对影响机床加工精度的变化因素适时 加以监控，并采取相应措施，提高产品的精度。
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为实现本发明的目的，本发明在现有数控落地机床自身光栅尺和数控系统的基础 上，增加带有计算机的双频激光干涉测量系统，利用双频激光干涉测量系统所发出的激光， 对移动中所产生的误差进行适时检测，并将检测结果通过计算后输入到机床自身的数控系 统中进行补偿。本方法依次包括以下步骤1、在机床的水平床身导轨11工作端头建一固定基准平面H，将带有计算机的双频 激光干涉测量系统的双频激光发生器J固定于基准平面H上，并使其发出的激光束高于床 身导轨面；在机床的下滑座12上安装一个垂直转换镜17，其安装角度应使从双频激光发生 器发出的激光束经垂直转换镜17转换后得到垂直向上的激光束19，干涉靶镜18安装在机 床的滑枕座14上；2、选定机床立柱13和滑枕座14在某位置时的镗杆15的中心点所在位置为第一 定位点，即基准原点，并记录下该点的坐标，用双频激光发生器发出的激光测出该点对垂直 激光束19在X轴上的水平距离c，通过双频激光干涉测量系统自带的计算机记录下座标数 据和偏移值；3、通过数据线将双频激光干涉测量系统自带的计算机记录的数据传入机床自身 的数控系统；4、在滑枕座14或/和机床立柱13移动到新的切削位置，即第二、三定位点时，利 用双频激光发生器发出的激光检测出机床立柱13沿X轴移动对水平面垂直度改变的误差， 即机床立柱13在X轴上移动A距离后对X轴产生的位移误差b，以及滑枕座14沿机床立柱 13上下移动B距离后，镗杆15的中心点在X轴上产生的位移误差a ；通过双频激光干涉测 量系统自带的计算机对所产生的上述位移误差进行计算，算出机床应作出的补偿值，即求 出位移量c+b+a之和；5、通过数据线将双频激光干涉测量系统自带的计算机算出的该补偿值传入机床 自身的数控系统，由机床自身的数控系统根据补偿值对原计算值进行修正，机床刀具根据 修正后的数值进行加工。本发明的原理是数控机床的数控系统和光栅尺保证了机床立柱和滑枕座移动的 距离的准确性，而移动后由于地基的变化和机床加工精度所产生的误差则由双频激光干涉 测量系统测出，并经计算求出其位移量，即带有偏移方向的C+b+a的数值，最终反馈回机床 自身的数控系统进行补偿，这样无论落地机床的立柱或滑枕座如何移动，本方法均可精密 地、适时地测量出其偏移误差并加以修正。同样地，机床立柱沿水平导轨移动和滑枕沿滑枕座移动后在Z轴上产生的误差可 由另一台双频激光干涉测量系统对其进行检测。本发明的有益效果是由于采用双频激光干涉测量系统所发射的激光对机床加 工中由于机床立柱和滑枕座的移动所产生的偏移误差进行了适时的测量，定位精度高达 0. 002mm,并通过计算机计算后由数据线连接到机床自身的数控系统中，机床的数控系统对 误差进行了适时的补偿，克服了由于地基原因引起的机床的细微变化和机床自身制造精度 所导致的对产品加工精度的影响，因此大大提高了加工得到零件的精度和稳定性。


图1是空间各点位置误差图，XZ轴形成的平面是水平面，Y轴与水平面垂直，W表 示理论上应当与Y轴平行的立柱，第1定位点是基准点，即初始位置镗杆的中心点，用I标 示；ΙΓ点是理论上滑枕座沿机床立柱从第1定位点向上移动B距离后，镗杆的中心点所在 的位置，即第2定位点；但实际上镗杆的中心点所在的位置为II点，即第2定位点的实际位 置II相对于理论位置ΙΓ点在X轴上产生的位移误差是a，以座标原点计，其值为负值；当 立柱沿水平导轨在X轴移动A距离后，镗杆的中心点所在的位置第3定位点，理论上的位置 应该是ΙΙΓ，但实际上镗杆的中心点所在的位置所在的位置为III，即第3点的实际位置 III相对于理论位置ΙΙΓ在水平面X轴上的位移误差是b，其值为正值。图2是落地镗铣床的正面示意图，图中，J是激光发生器，它安放在基准平板H之 上，激光束通过安装在下滑座的垂直转换镜得到一束垂直向上的基准激光束19，定位第一 点时精确测出该点到激光束19的距离，即第一点对水平X轴的偏移c，当机床要定位第二个 加工点时，滑枕向上移动B距离(Y轴上)，双频激光测量系统测出在X轴水平方向相对第一 点的位移偏差为a。图3是垂直转换镜、干涉靶镜安装示意图；图中各标记为11、床身导轨，12、下滑 座，13、立柱，1、滑枕座，15、镗杆，16、滑枕，17、垂直转换镜，18、干涉靶镜，19、激光束。图4是实施例中加工检验试件的主视图，该试件是对机床空间位置定位的一个综 合检验的切削检验试件，经对该检验试件进行检测，可以看出机床加工得到产品的精度。图 中，①、②、③、④号孔的相邻孔距为1000mm，在三座标检查仪上，以①、④号孔的中心为基 准，分别检查②号孔、③号孔中心对基准的垂直距离和几个孔中心的距离。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但实施例不是对本发明的限定。实施例，以同一台落地镗铣床(型号为TK6920)对采用本方法前和采用本方法后 的检验试件进行加工，然后在三座标检查仪上对加工得到的检验试件进行检测，以说明本 方法对提高加工零件的精度和稳定性的效果，加工时进行了机床立柱和滑枕座的移动。图 4是检验试件的加工图，①、②、③、④号孔的相邻孔距都为1000mm。第一次对切削试件进 行常规切削，即没有对误差进行补偿的切削，得到的切削试件在三座标检查仪上进行检测， 以④号孔、①号孔的圆心为基准，对②号孔、③号孔的位置进行检查，检测结果是②号孔与 ④、①号孔的垂直误差是0.018mm，③号孔与④、①号孔的垂直误差是0. 02mm，②、③号孔的 距离是1000.005。第二次切削是采用本发明方法对误差进行检测补偿后进行的切削，机床 立柱和滑枕座移动后产生的误差及定位点的确定见图1、图2，双频激光干涉测量系统的安 装见图3，得到的切削试件同样在三座标检查仪上进行检测，检测结果是②号孔与④、① 号孔的垂直误差是0. 0015mm，③号孔与④、①号孔的垂直误差是0. 002mm，②、③号孔的距 离是1000. 002。可以看出，落地镗铣床在加工中采用本发明方法进行检测补偿后，其精度有 很大提高，甚至达到1个数量级。
权利要求
双频激光测量系统检测补偿落地镗铣床空间位置的方法，其特征在于本方法依次包括以下步骤1)、在机床的水平床身导轨(11)工作端头建一固定基准平面H，将带有计算机的双频激光干涉测量系统的双频激光发生器J固定于基准平面H上，并使其发出的激光束高于床身导轨面；在机床的下滑座(12)上安装一个垂直转换镜(17)，其安装角度应使从双频激光发生器发出的激光束经垂直转换镜(17)转换后得到垂直向上的激光束(19)，干涉靶镜(18)安装在机床的滑枕座(14)上；2)、选定机床立柱(13)和滑枕座(14)在某位置时的镗杆(15)的中心点所在位置为第一定位点，即基准原点，并记录下该点的坐标，用双频激光发生器发出的激光测出该点对垂直激光束(19)在X轴上的水平距离c，通过双频激光干涉测量系统自带的计算机记录下座标数据和偏移值；3)、通过数据线将双频激光干涉测量系统自带的计算机记录的数据传入机床自身的数控系统；4)、在滑枕座(14)或/和机床立柱(13)移动到新的切削位置，即第二、三定位点时，利用双频激光发生器发出的激光检测出机床立柱(13)沿X轴移动对水平面垂直度改变的误差，即机床立柱(13)在X轴上移动A距离后对X轴产生的位移误差b，以及滑枕座(14)沿机床立柱(13)上下移动B距离后，镗杆(15)的中心点在X轴上产生的位移误差a；通过双频激光干涉测量系统自带的计算机对所产生的上述位移误差进行计算，算出机床应作出的补偿值，即求出位移量c+b+a之和；5)、通过数据线将双频激光干涉测量系统自带的计算机算出的该补偿值传入机床自身的数控系统，由机床自身的数控系统根据补偿值对原计算值进行修正，机床刀具根据修正后的数值进行加工。
全文摘要
双频激光测量系统检测补偿落地镗铣床空间位置的方法，属数控机床领域。本方法在数控落地镗铣床水平床身导轨端头建一固定基准平面，将带有计算机的双频激光干涉测量系统的激光发生器固定于基准平面上，并使其发出的激光束高于床身导轨面，在机床的下滑座上安装一个垂直转换镜，双频激光发生器发出的激光束经该转换镜转换后得到垂直向上的激光束，干涉靶镜安装在机床的滑枕座上；以机床立柱和滑枕座在某位置时镗杆中心点所在位置为第一定位点，机床立柱或/和滑枕座移动到新位置后的点为第二、三定位点，利用双频激光发生器发出的激光束测出因机床自身精度及地基变化所引起的误差，并通过机床的数控系统加以补偿，提高数控落地镗铣床的加工精度。
文档编号G01B11/02GK101890659SQ20101021320
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者刘可 申请人:沈机集团昆明机床股份有限公司