加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法

技术领域

本发明涉及一种加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法，属于机床精度校准方法的技术领域。

背景技术

目前机床生产厂家多以《GB/T 18400加工中心检验条件》标准为参考，确定加工中心类机床出厂检验标准。机床对轮廓精加工试件的加工精度符合标准要求，即满足出厂条件。但轮廓精加工试件加工节拍短，通过加工检测该试件只能反映机床短时精度状态。而机床在长时间运行，特别是在冷机到热机过程中，热误差对加工精度影响占比较大。因此，仅以轮廓精加工试件作为评价机床的标准试件略显不足，对机床精度的测试不够全面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法，该方法对试件加工过程进行合理规划设计，加工过程按时间顺序分为三个部分，试件检测基准加工、机床空载及负载运行和试件被检测特征加工；试件加工精度能够对机床精度保持性，特别是对坐标原点偏移误差及镗孔位置度进行充分展现，使机床精度测试工作更全面。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法，包括以下步骤：

1）预加工测试件：测试件采用圆柱型结构，并圆周设置四个沉头螺钉孔；在测试件上预钻镗孔底孔；并在圆周面上铣出定位基准平面；

2）定位测试件并确定加工坐标系：将测试件通过螺钉和T型块预固定在机床工作台上，使用千分表打表找正测试件，保证基准平面与机床X轴平行度小于0.01mm，然后拧紧固定螺钉，完成测试件的定位；以寻边器分别从X+、X-、Y+、Y-方向接触测试件的外圆周，确定测试件的中心位置，以此位置作为加工坐标系原点；

3）测试件检测基准加工：完成各刀具长度设置后，执行标准测试加工程序，加工检测基准，即铣测试件直径D的外圆周、顶面及定位基准平面；

4）机床空载及负载运行：机床进行空载运行或负载运行，空载运行包括铣平面、铣圆、倒角、钻孔、镗孔、换刀等空运行动作，此时机床不进行材料切削，负载运行是机床以动态铣削方式切削45#钢试料；

5）测试件被检测特征加工：以设定程序加工测试件，即顺序依次镗削直径d的小孔，其中六个小孔以同一个小直径圆圆周分布，另外六个小孔以另一个大直径圆周圆周分布，还有一个小孔位于测试件的中心轴线处；

6）测试件误差检测：以测试件的顶面、直径D的圆周面和基准平面为参考，建立测量坐标系，以三坐标测量仪测量各孔圆心坐标及圆度；中心孔与基准A坐标差值即为坐标原点偏移量，其余各小孔相对基准A的位置度即为测试过程镗孔位置度，中心孔的轴心为基准B，各孔相对基准B的位置度即为机床热稳定状态镗孔位置度。

所述的加工测试件步骤中，提前在测试件的底面加工排屑槽，排屑槽与第4）步骤加工的小孔位置对应，并对测试件的底面进行精铣加工，平面度小于0.02mm。

根据步骤6）所得的加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度的偏差值，对测量结果进行修正处理，以消除检测误差。

本申请的加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法采用上述步骤，具有以下有益效果：

1.测试件可根据机床结构进行灵活布置，可根据具体需要，测试机床不同工作位置的加工精度；且试件可多次重复使用，测试成本低；

2.测试件的加工过程按时间顺序分为三个部分，试件检测基准加工、机床空载及负载运行、试件被检测特征加工；试件加工精度能够对机床精度保持性，特别是对坐标原点偏移误差及镗孔位置度进行充分展现；

3.对测试件检测数据的修正处理过程，可以最大限度消除检测误差，真实全面反映机床精度。

附图说明

图1为本申请的加工示意主视图。

图2为本申请的加工示意俯视图。

图3为测试件俯视图。

图4为加工小孔的字母顺序图。

图5为图3的C-C剖视图。

图6为测试件测量坐标偏差示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种加工中心坐标原点偏移误差及镗孔位置度测试方法，包括以下步骤：

1)加工测试件：测试件2采用圆柱型结构，并圆周设置四个沉头螺钉孔2-1；在测试件2的圆周面上铣出定位基准平面2-2；同时，提前在测试件2的底面加工排屑槽2-3，排屑槽2-3与第4步骤加工的小孔位置对应，并对测试件2的底面进行精铣加工，平面度小于0.02mm，如图5所示。

2)定位测试件并确定加工坐标系：将测试件2通过螺钉和T型块预固定在机床工作台上，使用千分表打表找正测试件2，保证基准平面2-2与机床X轴平行度小于0.01mm，然后拧紧固定螺钉，完成测试件2的定位；以寻边器分别从X+、X-、Y+、Y-方向接触测试件2的外圆周，确定测试件2的中心位置，以此位置作为加工坐标系原点；

3)测试件检测基准加工：完成各刀具长度设置后，执行标准测试加工程序，加工检测基准，即铣测试件2直径D的外圆周、顶面及定位基准平面2-2；

4)机床空载及负载运行：机床进行空载运行7或负载运行6，空载运行包括铣平面、铣圆、倒角、钻孔、镗孔、换刀等空运行动作，此时机床不进行材料切削，负载运行是机床以动态铣削方式切削45#钢试料5；

5)测试件被检测特征加工：以设定程序加工测试件2，即按图3和图4所示的a～m的字母顺序依次镗削直径d的小孔，其中六个小孔以同一个小直径d1圆圆周分布，另外六个小孔以另一个大直径d2圆周圆周分布，还有一个小孔位于测试件2的中心轴线处；

6)测试件各特征检测：以测试件2的顶面、直径D的圆周面和基准平面2-2为参考，建立测量坐标系，以三坐标测量仪测量各孔圆心坐标及圆度；此时测量数据以测量坐标系为基准，因测量坐标系与加工坐标系可能存在偏差，如图6，需要对测量结果进行修正处理，以消除检测误差；

7)测量结果修正处理：将孔a与孔d的Y坐标差与d1的比值、孔g与孔j的Y坐标差与d2比值取平均，然后对其进行反正弦函数计算，得出工件测量坐标系X'OY'与加工坐标系XOY的相对偏角α，以相对偏角α作为坐标变换角度，通过坐标变换公式计算得出孔a-m圆心在加工坐标系XOY的坐标值；

以

坐标系相对偏角：

坐标变换过程：

各孔圆心坐标经变换后，可用于确定坐标原点偏移误差及镗孔位置度。孔m与基准A坐标差值即为坐标原点偏移量，孔a-f、孔g-l相对基准A的位置度即为测试过程镗孔位置度；中心孔的轴心为基准B，孔a-f、孔g-l相对基准B的位置度即为机床热稳定状态镗孔位置度。