光学倾斜仪在数控机床a／b摆角定位误差检测中的应用

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1、·48·计测技术2013年第33卷增刊光学倾斜仪在数控机床A／B摆角定位误差检测中的应用史建华(北京航空制造工程研究所，北京100024)摘要：介绍了利用光学倾斜仪测量数控机床A／B摆角定位误差的原理和方法，并对该测量方法进行了不确定度分析。关键词：A／B摆角；光学倾斜仪；测量不确定度中图分类号：TB922文献标识码：B文章编号：1674—5795(2013)s2—0048—030引言随着数控装备制造技术的发展，多轴数控机床在航空制造业领域所占比例不断增加，成为先进航空制造技术的重要组成部分，在现代飞机研制生产中发挥着重要作用。数控机床的精度水平直接影响着航空先进技

2、术的发展，尤其制约了现代飞机设计中广泛采用的复杂型面大型整体结构件的推广与应用。数控机床直线轴定位误差测量方法比较成熟，但A／B摆角定位误差的测量方法目前在国内许多企业还未真正掌握，图1A／B摆角结构本文主要介绍使用光学倾斜仪检测数控机床A／B摆角机械安平工程、机床台面调整水平及测量大型结构件定位误差的原理和方法。相互之间的夹角等方面。由于数控机床A／B摆角结构1数控机床A／B摆角定位误差的特殊性，不能使用常规的测角设备进行检测，专用的A／B摆角检测设备国内外市场很难买到，通过对光1．1定位误差学倾斜仪的功能和测量原理分析研究，制定了一套检数控机床的定位误差分为直线

3、轴定位误差和旋转测方案，并经过多次实践验证，确保了这种方法的可轴(摆角)定位误差，一般直线轴定位误差的检测通行性和正确性。过激光干涉仪实现，旋转轴(摆角)由于其结构的特本文采用的是TaylorHobsonTB80光学倾斜仪示殊性，定位误差检测需要使用特殊的检测设备来实现。值误差为3，重复定位误差为1”，最小读数值为0．2，1．2A／B摆角水准器重复定位误差为1。数控机床A／B摆角结构如图1所示。当机床坐标2．I仪器组成系确定后，绕轴旋转的坐标轴为A摆角，绕y轴旋光学倾斜仪由主体和水准器组成。水准器是一个转的坐标轴为B摆角。类似于合像水平仪的气泡装置，准确度较低，且气

4、泡2光学倾斜仪合像调整速度很慢，为了提高倾斜仪测角精度和检测速度，经过试验，采用TESAMICROBEVEL1电子水使用光学倾斜仪检测数控机床摆角定位误差，是平仪代替水准器，水平仪误差0．001mm／m，重复定位对光学倾斜仪功能的扩展应用。光学倾斜仪主要用于误差．4-0．2。2．2测量原理作者简介：史建华(1970一)，男，高级工程师，主要从事几何光学倾斜仪是一种基于水准器原理的计量仪器，量检测技术工作。用于测量某一平面(或圆柱面)相对于水平面的倾斜2013年计量测试技术论文专集·49·角及平面(或圆柱面)问的夹角，可实现0。一360。任这时倾斜仪的读数值为检测零点

5、，机床摆角旋转一个意角度检测。将光学倾斜仪固定安装在被测物体上，步距后，再次调平倾斜仪上的水平仪，这时倾斜仪的调平倾斜仪上的水平仪(水准器固定联接在倾斜仪度读数值与零位读数值之差，就是机床摆角旋转角度的盘上)，记录下倾斜仪的读数值，当被测物体旋转一个实测值。根据不同的机床定位精度验收标准的规定，角度后，再次调平水平仪，这时倾斜仪的读数与第一次确定不同的测量步距角，依次测量并记录机床摆角行读数之差，就是被测物体旋转角度的实测值。程内不同位置的角度值。3．3数据处理3数控机床A／B摆角检测将机床摆角的实测值与目标值相减，即可得到角3．1仪器安装度偏差。将光学倾斜仪通过自

6、行设计的专用夹具安装到机8=0一0一床主轴上，如图2所示，调整专用夹具，使仪器度盘式中：为第i个位置的角度偏差；0为机床摆动坐标回转中心与机床摆角回转中心平行。专用夹具根据不位于零位时倾斜仪读的数值；0为机床摆动坐标旋转同机床的主轴头结构自行设计，需确保刚性，并避免到第i个步距后倾斜仪的读数值；为机床摆动坐标摆角旋转时仪器与机床其它部分发生干涉。旋转到第i个位置的目标值。最终定位精度测量结果可根据机床验收标准使用MATLAB编程或其它软件计算得出。3．4应用案例光学倾斜仪检测某五坐标立式加工中心A摆角的应用案例。A摆角行程为±30。，检测步距5。，定位误差设计要求1

7、5”，其评定标准为德国VDI／DGQ3441。首先测量出A摆角原始状态的数值，进行机床螺距补偿，然后按照德国VDI／DGQ3441标准规定，正反向测量5次，计算出最终结果。表1为A摆角测量原始数据，图3为A摆角补偿前和补偿后按德国VDI／DGQ图2光学倾斜仪安装示意图3441标准分析的定位误差曲线。表2为按德国VDI／3．2数据采集DGQ3441标准评定的最终检测结果。当机床摆角处于零位时，调平倾斜仪上的水平仪，表1A摆角测量原始数据·50·计测技术2013年第33卷增刊、、2)光学倾斜仪示值误差引入的标准不确定度分322、补偿前0SOS0S0S05量2、、补偿