基于球杆仪检测五轴数控机床主轴的热误差.pdf

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1、第23卷第5期光学精密工程Vol

2、23No．5OpticsandPrecisionEngineeringMav．20152015年5月文章编号1004—924X(2015)05—1401—08基于球杆仪检测五轴数控机床主轴的热误差何振亚，傅建中h，陈子辰(1．浙江大学机械工程学系浙江省先进制造技术重点实验室，浙江杭州310027；2．华南理工大学机械与汽车工程学院广东省精密装备与制造技术重点实验室，广东广州510640)摘要：提出了一种基于球杆仪的主轴热误差检测新方法用于五轴数控机床主轴热误差的便捷检测。该方法借助五轴数控机

3、床的两个旋转轴分别单独运动，实现两个正交圆或圆弧构成的球杆仪空间轨迹测量；采用最小二乘方法对测量数据进行处理，求解主轴空间位置；通过初始状态和经过一定时间间隔测量多组数据，分离得到相应时间段的主轴热误差，包括1个轴向热伸长和2个径向热误差。以双转台五轴数控机床为例，从安装方法、测量步骤和辨识原理等方面介绍基于球杆仪的主轴热误差检测方法，并与ISO230—3中的5点法进行了对比实验。实验结果显示：该方法的辨识结果与5点法测量结果的平均相对偏差小于15．8，验证了本文方法的可行性和有效性。该方法测量装置简洁，便于携带、安装和测量

4、，测试结果可为五轴数控机床主轴热误差补偿提供依据，从而有效地提高机床的加工精度。关键词：五轴数控机床；主轴；热误差；误差测量；球杆仪中图分类号：TG659文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．20152305．1401Thermalerrormeasurementofspindlefor5-axisCNCmachinetoolbasedonballbarHEZhen—ya～。FUJian—zhongh，CHENZi—chen(1_ZhejiangProvinceKeyLaboratoryofAdvancedManuf

5、acturingTechnology，DepartmentofMechanicalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China；2．GuangdongProvincialKeyLaboratoryPrecisionEquipmentandManufacturingTechnology，SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，C

6、hina)*C0rrP0，zgauthor，E-mail：fJz@U．edu．cnAbstract：Anovelmethodbasedonaballbartomeasurethethermalerrorsofmachinetoolspindleswasproposedtocompensatethethermalerrorof5-axisComputerNumericalControl(CNC)machinetools．Withthehelpofthemovementsofthetworotationalaxes，thevol

7、umetricpathscomprisedoftWOorthogona1circlesorarcsweremeasuredbytheballbar．Theleastsquaremethodwasusedtoprocessthemeasurementdatatoobtainthevolumetricpositionsofthemachinetoolspindles．Throughfrequentlytestingwiththismethodatcertainintervals，thethermalerrorsofmachine

8、toolspindlescouldbecalculated，including1axialelongationand2radialthermalerrors．Toexplainthis收稿日期：2014—08—20；修订日期：2014—10—13．基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．51175461)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(No20120101110055)；华南理工大学中央高校基本科研业务费资助光学精密工程第23卷method，a5-axisCNCmachinetoolwithatitlingrot

9、arytablewastakenasanexampletoelaboratetheinstallation，measurementprocedureandtheidentificationprinciple．Finally，acontrastexperimentwasconductedwi