[发明专利]一种检测机床精度及其薄壁件加工能力的试件及检测方法

说明书

本发明公开了一种检测机床精度及其薄壁件加工能力的试件及检测方法，包括“△”形尺、不规则“O型环”试件及其底座三部分。该发明的“△+O”形试件，以“△”形尺的不同台阶面到顶部端面的距离偏差评价机床单轴的移动精度。不规则“O型环”试件左半部分同轴半圆环在不同高度处的外圆圆度及其同轴度误差，评价机床C轴的旋转精度。不规则“O型环”试件的右半部分与底座之间的夹角，沿着曲线路径呈非均匀变化。通过开闭角转换，检验数控机床多轴联动的加工能力。将不规则“O型环”试件加工到半径与壁厚比为x：1时，通过检测其内轮廓精度，评价机床加工薄壁零件的能力。

技术领域

本发明涉及一种检测机床精度及其薄壁件加工能力的试件及检测方法，特别适用于检测大型精密数控机床多轴运动精度及其加工薄壁零件能力，属于机床加工技术领域。

背景技术

数控机床加工精度的检测方法可分为直接测量与间接测量法。直接测量法利用各类精度测量工具对机床的加工精度进行直接测量。与加工精度标准进行比对确定是否达到加工精度要求；间接测量法即机床加工标准检测试件，加工完成后对试件进行检测。通过标准试件的加工精度来推断机床的加工精度是否达到精度要求。援引美国加联数据库的定义，标准试件含义为参照物。实际上就是这一试件提供一个或多个量值作为其他测量值是否准确的“参照值”。采用一种方法对机床加工精度进行测量，如测量得到的值在其提供的“参照值”范围内，则待测机床加工精度是合格的；相反，如不在这一范围，则待测机床加工精度是不合格的。目前在不同的检测试件中，应用最广的是ISO国际标准试件。该标准测试件多用于三轴机床精度检测，能较好地检验机床平动轴的动该标准测试件多用于三轴机床精度检测，能较好地检验机床平动轴的动态精度。但无法评价多轴机床转动轴的动态精度，如多轴插补精度等。特别是针对本发明研究的典型航天件，主要特征为：零件大都为回转体、壁厚较小而直径较大。使用当前标准试件，无法检测机床加工这类零件的精度。

目前用于检测数控机床的标准试件种类较多，应用较为广泛的有如下几种：

(1)ISO国际标准试件：ISO/TC39机床技术委员会于1988年制定了针对加工中心的国际标准草案ISO10791，其中在精加工试件精度检验标准部分，规定了用于评定机床的切削精度的标准试件，提供端铣试件和轮廓加工两种。其中，端铣试件用来评价机床加工平面的精度等级，这种试件的评价指标单一，应用范围及其有限。

(2)NASA979系列标准试件：美国国家航空航天局(NASA)于1969年制定了“通用切削测试——NAS系列金属切削装备规范”，该规范共包含了两个试件。其中，NASA979试件主要用于检测三轴机床平动轴的几何精度和位置精度；NAS979圆锥台试件，主要用于多轴联动机床转动轴精度检测。

(3)“S”形试件：成都飞机工业集团公司发明了“S”形检测试件，“S”形试件及其测试方法是用于检测五轴联动机床精度的。“S”形试件的主体是一个呈S形走向的扭曲曲面形成的等厚度缘条，缘条与坐标平面的夹角连续变化，曲面形状复杂。“S”形试件源于典型航空件的结构且具有一定的薄壁特征。

(4)“X”形试件：上海理工大学设计了一种“X”型检测试件。“X”形航空薄壁标准试件由非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件和矩形基座组合而成。X形试件是根据典型航空薄壁零件的几何特征与型面特征归纳而成，以反映所用数控机床对加工航空薄壁零件的特性。

综上所述与分析，以上相关技术的主要缺点概括如下：

1.现有标准试件不能分辨出机床单轴移动精度及旋转轴的旋转精度，不能为控制或提高机床精度的误差补偿提供科学依据。

2.现有标准试件大多针对典型航空件，一旦实际被加工零件与上述典型航空件的形状、尺寸或薄壁特征不相符合，使用现有标准件去检测加工上述与典型航空件不相符合零件用的机床能力，一定会产生较大程度的加工误差。

3.现有标准试件主要用以检测各种形状组合而成的零件加工机床精度，没有对机床加工薄壁件，尤其是50:1或更薄的薄壁件加工能力的判断。