[发明专利]数控机床全工作台热误差测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种数控机床全工作台热误差测量系统，其特征在于：包括吸附在数控机床工作台台面上的定位板，定位板上均匀安装多个长方体标准件，所述数控机床数控系统的PMC模块I/O口与信号转换器相连，信号转换器与计算机双向通讯，位于所述数控机床的刀具位置处安装测头，所述长方体标准件、测头、数控机床、信号转换器和计算机组成热误差测量系统；

所述定位板的上板面加工螺纹孔，长方体标准件的下端面伸出与该螺纹孔相配合的螺柱，所述定位板的下板面通过片状强磁磁铁吸附于数控机床工作台台面上；所述长方体标准件的上端面即Z向面与数控机床坐标系的Z轴轴向垂直，长方体标准件的两侧面即X向面、Y向面分别与数控机床坐标系的X轴轴向、Y轴轴向垂直，长方体标准件的Z向面上设置一个测点，长方体标准件的X向面和Y向面上均设置两个测点；

所述信号转换器包括微控制器、光电耦合器组、RS232串口转USB通讯模块、电压转换模块和24V电源输入模块，光电耦合器组的输入端与数控机床数控系统的PMC模块I/O口相连，光电耦合器组的输出端与微控制器的输入端相连，微控制器的输出端与RS232串口转USB通讯模块的输入端相连，RS232串口转USB通讯模块与计算机双向通讯，24V电源输入模块通过电压转换模块分别向微控制器、光电耦合器组供电。

2.一种如权利要求1所述的数控机床全工作台热误差测量系统的测量方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)先用数控机床的测头触碰数控机床工作台台面，测量数控机床工作台台面的Z向坐标，记为Z₀；

(2)再用数控机床的测头触碰长方体标准件的三个面，对长方体标准件的X向面、Y向面、Z向面三个面上的测点坐标进行测量，获得长方体标准件各测点的初始坐标，X向面的两个测点坐标记为和Y向面的两个测点坐标记为和Z向面的一个测点坐标记为Z_i,0，其中i为长方体标准件的编号，i＝1,2,…,N，Z₁和Z₂为X、Y向面两个测点的Z向坐标，且|Z₁-Z₀|<|Z₂-Z₀|；测量数据保存在计算机内；

(3)数控机床在条件允许范围内按照实验计划设定参数运行一定时间；

(4)数控机床停止运行，用数控机床的测头触碰长方体标准件的三个面，

对长方体标准件的X向面、Y向面、Z向面三个面上的测点坐标进行测量，获得长方体标准件各测点坐标，X向面的两个测点坐标记为和Y向面的两个测点坐标记为和Z向面的一个测点坐标记为Z_i，k，其中i为长方体标准件的编号，i＝1,2,…,N，k为本步骤的重复次数，Z₁和Z₂为X、Y向面两个测点的Z向坐标，且|Z₁-Z₀|<|Z₂-Z₀|；测量数据保存在计算机内；

(5)计算数控机床工作台台面各测点X、Y、Z向热误差和绕X、Y轴热倾斜误差；

(6)重复步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)，直至到达实验计划设定时间；

所述数控机床工作台表面各点X、Y、Z向热误差和绕X、Y轴热倾斜误差的计算方法如下：

X向热误差ΔX_i,k：将Z₀、Z₁、Z₂代入下式：

Y向热误差ΔY_i,k：将Z₀、Z₁、Z₂代入下式：

Z向热误差ΔZ_i,k：将Z_i,0和Z_i,k代入下式：

ΔZ_i,k＝Z_i,k-Z_i,0

绕X轴热倾斜误差ΔαX_i,k：将Z₁、Z₂代入下式：

绕Y轴热倾斜误差ΔαY_i,k：将Z₁、Z₂代入下式：