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一种机床工作台定位误差测量方法

技术领域

本发明涉及一种机床工作台定位误差测量方法，属于机床的几何误差测量及补偿技术领域。

背景技术

数控加工中，依靠丝杠传动拖动主轴和工作台移动是当前所采用的方法。为了提高工作台移动的定位精度，准确的测量出工作台移动的位移量和偏摆角度是误差补偿的前提条件。由于丝杠为细长杆，所以它受温度的影响会产生热伸长，而工作台移动考丝杠的旋转传递运动和动力的，这样将会影响工作台移动位置。目前，采用的方法是借助于测量设备对工作台的定位精度进行检测，所测量的数据来自于激光干涉仪，然后将这些数据取平均值后填入到误差补偿模块中从而达到补偿的目的。

但是这种测量方法效率低，对操作者要求较高，在进行测量时一般都是在机床未加工时进行的，因此测量的实时性较差，在加工过程中出现的刀具波动不能及时的补偿，使得机床的加工精度受到影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种机床工作台定位误差测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机床工作台定位误差测量方法，通过感应装置获取工作台在机床导轨中的实际移动距离和工作台两侧的接触应力值；

根据所述实际移动距离和接触应力值分别计算定位误差和偏摆误差；

将定位误差和偏摆误差传输给数控控制模块，完成机床集合误差的补充。

进一步的，所述感应装置包括感应材料、位置传感器和压力传感器。通过实时测量得出工作台在实际加工时的位置误差和偏摆角度误差，该测量结果直接反应工作台在沿着各个轴运行时的最终的位置和偏摆角度。

两根所述感应材料沿导轨方向分别设在机床导轨的外侧面上；所述位置传感器设在工作台两侧面上，并与所述感应材料接触；所述压力传感器也设在工作台两侧面上，并与所述感应材料接触；

所述位置传感器和压力传感器电连接数控控制模块。

进一步的，还包括与所述机床导轨相匹配的滑块，所述滑块有四个，分别设在工作台的下侧四个角上，以工作台运动方向为前方，在前方的两个滑块的相同位置分别设有所述压力式位置传感器，在后方的两个滑块的相同位置分别设有所述应变式压力传感器。

进一步的，还包括丝杠和伺服电机，所述丝杠分别接工作台和伺服电机，所述伺服电机用于带动丝杆转动，丝杠转动带动工作台线性移动，数控控制模块控制伺服电机转动的角度，进而控制工作台移动的距离。

进一步的，所述感应材料采用半导体应变片，该半导体应变片在较小功耗下具有较高的灵敏度和较大的电阻变化，温度稳定性较好，线性度高，应变范围大。

进一步的，所述位置传感器和压力传感器分别采用压力式位置传感器和应变式压力传感器，压力式位置传感器和应变式压力传感器精度高，测量范围广寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

进一步的，所述定位误差的计算过程为：

δ＝x-l0

其中δ为工作台实际停留位置和理想位置偏离值，x为通过感应装置采集的工作台实际移动距离，l0为预先设置的理想位置距离。

进一步的，所述偏摆误差得到计算过程为：

其中，表示普朗特应力函数，G表示该感应材料的剪切模量，α表示单位长度的偏摆角。

本发明所达到的有益效果：

本发明通过实时测量得出工作台在实际加工时的位置误差和偏摆角度误差，该测量结果直接反应工作台在沿着各个轴运行时的最终的位置和偏摆角度。根据实际测量的结果反馈给数控系统，最大程度实现数控系统的实时补偿，从而提升加工质量与效率。

附图说明

图1是本发明的测量和补偿流程示意图；

图2是本发明的闭环控制示意图；

图3是本发明的工作台未发生偏移的传感装置示意图；

图4是本发明的工作台发生偏移的传感装置示意图。

1是导轨，2是数控控制模块，3是工作台，4是伺服电机，5是丝杠，6是基座，7是半导体应变片，8是滑块，9是压力式位置传感器，10是应变式压力传感器。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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和简化描述，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。

如图1-4所示，一种机床工作台定位误差测量方法，包括如下步骤：

步骤1:首先选用半导体应变片7安装在平行导轨1的两个侧面，利用压力式位置传感器9和应变式压力传感器10分别进行位置和压力的检测。所安装的半导体应变片7固定在平行导轨1沿导轨运动方向的外侧面，压力式位置传感器9安装在工作台3左端的滑块8上，应变式压力传感器10安装在工作台3右端的滑块8上，所述滑块8用于在轨道1中滑动，这样一旦导轨在运行过程中产生偏移时相当于两个侧面同一边上一端受压，另一端处于放松状态，正常情况下，工作台的偏摆角度为零，当工作台3移动产生倾斜，使得和他接触的导轨产生力的作用，两个压力传感器一个放松，一个受压,从这个角度分析相当于对力的放大，因此选择将半导体应变片案子在导轨的两个外表面相当于对该受力进行了放大。

步骤2:导轨1和工作台3相互接触，工作台3在移动的过程中接触的部位在不停的变化，当工作台3移动距离为x时，由于丝杠5的热伸长使得工作台实际停留的位置和理想位置偏离了δ值，该值也被半导体应变片实时的检测出来通过压力式位置传感器传给数控系统的数控控制模块2；

其中所述丝杠5分别接工作台3和伺服电机4，所述伺服电机4用于带动丝杆5转动，丝杠转动5带动工作台3线性移动，数控控制模块2控制伺服电机4转动的角度，进而控制工作台3移动的距离。

步骤3:机床工作台移动的位移量能够直接读出来，而工作台产生的偏摆角度可通过计算求出，具体的计算公式如下：

这里的表示普朗特应力函数。由于导轨的两个侧面受工作台的作用，使得和工作台相互接触的感应材料同一边的两端产生的应力差，该应力差就是G表示该感应材料的剪切模量；α表示单位长度的偏摆角。

步骤4:根据测量和计算的数据，数控系统能够实时的调整刀具相对于工作台的位置，从而有效的提高机床的加工精度。

本发明通过实时测量得出工作台在实际加工时的位置误差和偏摆角度误差，该测量结果直接反应工作台在沿着各个轴运行时的最终的位置和偏摆角度。根据实际测量的结果反馈给数控系统，最大程度实现数控系统的实时补偿，从而提升加工质量与效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，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。