CN113500459A - 一种用于热误差检测的工件、检测方法及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热误差检测的工件、检测方法及处理方法，其中所述工件包括工件本体，所述工件本体包括棱柱体，所述棱柱体的轴心上设有用于供夹具夹持的中心通孔，且棱柱体的侧面上均设有颜色涂层；所述检测方法可以通过判断所述工件本体表面磨损状况得到热误差数据，实现了在有切屑和切削液的情况下，对机床实际工况下的热误差数据的检测；所述处理方法，实现了对误差检测后的工件再回收利用，节约了社会资源，且操作执行简单。

Description

一种用于热误差检测的工件、检测方法及处理方法

技术领域

本发明涉及热误差检测领域，特别是涉及一种用于热误差检测的工件、检测方法及处理方法。

背景技术

机床热误差是指由于主轴旋转，轴承等部件生热，导致主轴产生的热变形。热误差是机床误差的主要来源之一，由温度引起的误差可以占到机床总几何误差的75%。

现有的机床热误差的检测主要通过非接触传感器进行直接测量。检测时，主轴上安装芯棒，机床空转运行（不进行实际切削且不开启切削液）。例如，使用电涡流传感器测量芯棒在空转状态下的热误差、使用电感测微仪测量芯棒轴向热误差、或使用激光位移传感器测量热误差。

另一种间接测量方法，是通过测量被加工工件来实现。机床正常运行，开启切削液，按照预定程序加工。加工完成后，通过测量工件实现对热误差的测量。例如，目前现有的阶梯结构的精加工件用于测量加工过程热误差。但是上述两种方法中，直接测量方法采集的并非机床工况下的热误差数据，它们均是在空转、无切屑、无切削液、以芯棒代替刀具的条件下进行的测量。而间接测量方法需要后期的检测，对精度检验的能力有一定要求，并且工件不能重复使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于热误差检测的工件、检测方法及处理方法，可以直接通过判断表面磨损状况得到热误差数据，简化了检测操作，同时也具有可以在有切屑和切削液的情况下进行检测的优点。

本发明的技术方案是：一种用于热误差检测的工件，包括工件本体，所述工件本体包括棱柱体，所述棱柱体的轴心上设有用于供夹具夹持的中心通孔，且棱柱体的侧面上均设有颜色涂层。

上述技术方案的工作原理如下：本方案在使用时，棱柱体轴心上的中心通孔可以方便机床的夹具夹持固定；同时工件本体的表面涂有颜色涂层，也便于观察加工时的磨损情况。

在进一步的技术方案中，所述工件本体包括多个截面尺寸不同的棱柱体，所述多个棱柱体沿轴向依次连接，且多个棱柱体的轴线处于同一直线上。

本方案中，工件本体包括多个截面尺寸不同的棱柱体，便于可以在不更换工件的情况下即完成整个热误差检测过程。

另一方面。本发明还公开了一种用于热误差检测的检测方法，包括以下步骤：

S10、将所述工件本体固定在机床夹具上，旋转砂轮，选取工件本体中棱柱体的任意一个侧面为初始侧面，使所述初始侧面正对机床的砂轮且与砂轮接触，记录当前砂轮的位置为初始位置；

S20、机床在正常工况下运行指定时间后，将工件本体重新固定在机床夹具上，使得所述初始侧面正对机床的砂轮，旋转砂轮，调节砂轮的位置至初始位置；

S30、切换所述砂轮正对的工件本体的棱柱体的侧面，且切换后砂轮所正对的侧面到砂轮之间的相对距离小于切换前砂轮所正对的侧面到砂轮之间的相对距离；

S40、重复步骤S30，直至所有指定侧面均完成一次正对砂轮的过程；

S50、以工件本体中所有出现了磨损的面为检测面，根据检测面的距离变化数据，得到热误差数据。

在进一步的技术方案中，在所述步骤S10之前还包括对所述工件本体的侧面进行表面误差检测，从而便于对工件本体的表面进行检测，降低检测误差。

在进一步的技术方案中，对所述工件本体的侧面进行表面误差检测具体包括以下步骤：

选取工件本体中的任意一个侧面为标准侧面，旋转砂轮，使所述标准侧面正对机床的砂轮且与砂轮接触，记录当前砂轮的位置为初始位置；

将所述砂轮向远离工件本体的方向移动距离M，并依次切换所述砂轮正对的工件本体的侧面；

根据所述工件本体的所有侧面的磨损情况得到工件本体的表面误差数据。

另一方面，本发明还公开了一种工件热误差检测后的处理方法，包括以下步骤：

将所述的工件本体在检测后对工件本体的所有侧面进行磨削处理；

将磨削处理后的工件本体的所有侧面进行涂层处理。

即本方案公开了对误差检测后的工件进行回收在利用的办法，节约了社会资源，且操作简单。

本发明的有益效果包括：

1、本发明公开的一种用于热误差检测的工件，其制备简单，能够在有切屑和切削液的情况下，满足对机床实际工况下的热误差数据的测量，同时也具有可回收使用的优点；

2、本发明公开的一种用于热误差检测的检测方法，具有执行简单，通过判断表面磨损状况就可以得到热误差数据，而不需要进一步检测，同时，实现了在有切屑和切削液的情况下，对机床实际工况下的热误差数据的检测。

3、本发明公开的一种工件热误差检测后的处理方法，实现了对误差检测后的工件再回收利用，节约了社会资源，且操作执行简单。

附图说明

图1是本发明实施例公开的用于热误差检测的工件的正视结构示意图；

图2是实施例公开包括多个棱柱体的工件本体的正视结构示意图；

图3是图1中所述工件本体安装在机床上的结构示意图；

图4是实施例公开的12个工件的12个表面被磨损情况统计图；

图5是实施例公开的120min内机床轴向热误差图；

附图标记说明：

10-工件本体，20-夹具，30-砂轮，40-主轴，101-中心通孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示：

一种用于热误差检测的工件，包括工件本体10，所述工件本体10包括棱柱体，所述棱柱体的轴心上设有用于供夹具20夹持的中心通孔101，且棱柱体的侧面上均设有颜色涂层。

其中，所述棱柱体可以为正棱柱体，且棱柱体轴心上的中心通孔101可以方便机床的夹具20夹持固定；同时工件本体10的表面涂有颜色涂层，也便于观察加工时的磨损情况。

在另外的实施例中，如图2所示，所述工件本体10包括多个截面尺寸不同的棱柱体，所述多个棱柱体沿轴向依次连接，且多个棱柱体的轴线处于同一直线上，从而便于可以在不更换工件的情况下即完成整个热误差检测过程。

在另外的实施例中，如图3所示，本发明还公开了一种用于热误差检测的检测方法，包括以下步骤：

S10、将上述实施例中的工件本体10固定在机床夹具20上，旋转砂轮30，选取工件本体10中棱柱体的一个侧面为初始侧面，使所述初始侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30接触，记录当前砂轮30的位置为初始位置；

S20、机床在正常工况下运行指定时间后，将工件本体10重新固定在机床夹具20上，使得所述初始侧面正对机床的砂轮30，旋转砂轮30，调节砂轮30的位置至初始位置；

S30、切换所述砂轮30正对的工件本体10的棱柱体的侧面，且切换后砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离小于切换前砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离；

S40、重复步骤S30，直至所有指定侧面均完成一次正对砂轮30的过程；

S50、以工件本体10中所有出现了磨损的面为检测面，根据检测面的距离变化数据，得到热误差数据。

注意的是，上述步骤中砂轮30位置的调节均是通过调节机床的主轴40实现的，并且该主轴40的调节变化幅度可以直接通过机床的读数机构获取，下面列举较为合适的两种方式：

方式一：在步骤S10中，如图1所示，所述工件本体10为单个正多边形棱柱，且该正多边形棱柱的侧面上均设有颜色涂层，其多边形边数由机床实际需求和工件加工条件确定，以正十二边形的棱柱为例，该棱柱的12个侧面分别命名为第一侧面、第二侧面...第十二侧面，且以第一侧面为初始侧面；在检测时，旋转砂轮，使所述初始侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30刚好接触，然后记录当前砂轮30的位置为初始位置，其中所述初始位置的读取可以由所述主轴40的位置代替，并通过机床上的读数位置获取，同时，在初始侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30接触后轮30之前旋转砂轮，以及在正多边形棱柱的侧面上均设有颜色涂层，也便于通过砂轮30对标准侧面的磨损情况，来判断砂轮30是否与标准侧面为刚好接触，从而确保初始位置的无误。

在步骤S20中，机床在正常工况下运行指定时间，其中，该指定时间也可以根据机床实际需求确定，其目的是使得机床在运行指定时间后产生热误差，之后将所述工件本体10重新固定在机床夹具20上，旋转砂轮30，使得所述初始侧面正对机床的砂轮30，然后调节砂轮30的位置至初始位置；

注意的是，由于机床已经在正常工况下运行了指定时间，此时，机床的主轴40会产生一定距离的热误差，即表现为砂轮30会向靠近工件本体10的位移一定的距离，因此，当调节砂轮30的位置至初始位置后，砂轮30实际的位置存在向工件本体10位移的误差，当砂轮30旋转时，所述初始侧面就会产生磨损。

在步骤S30中，当初始侧面被磨损后，可以转动所述工件本体10，使得所述工件本体10的第二侧面正对所述砂轮30，然后将所述砂轮30向远离工件本体10的方向移动距离L。

注意的是，步骤S30中，切换后砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离小于切换前砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离，其中，相对距离指的是侧面的最外层的表面到砂轮30靠近工件本体10的最前端之间的距离，而由于热误差的存在，当砂轮30磨损初始侧面时，砂轮30的最前端是刺入工件本体10的初始侧面以下的，而切换到第二侧面，并将砂轮30向远离工件本体10的方向移动距离L后，砂轮30的最前端就相当于向第二侧面的最外层的表面靠近了L距离，因此，切换后砂轮30所正对的第二侧面到砂轮30之间的相对距离小于切换前砂轮30所正对的初始侧面到砂轮30之间的相对距离。

在步骤S40中，当第二侧面被磨损后，可以继续转动所述工件本体10，使得所述工件本体10的第三侧面正对所述砂轮30，并继续将所述砂轮30向远离工件本体10的方向移动距离L；当第三侧面磨损后，可以继续重复上述步骤，直至所有指定侧面均完成一次正对砂轮30的过程，比如工件本体10的所有指定侧面均完成了一次正对砂轮30的过程。

在步骤S50中，所述距离变化数据可以指的是各个面在被磨损时，砂轮30的工作位置相比于初始位置之间的距离；比如，可以选取最后出现磨损的侧面的砂轮30的工作位置与初始位置之间的距离差作为下行值，选取第一次没有出现磨损的侧面的砂轮30的工作位置与初始位置之间的距离差作为上行值，所述上行值和下行值之间的区间范围即为热误差区间。

例如，假设在经过时间t的运行之后，主轴40产生了3L的热误差，即表现为砂轮30向靠近工件本体10方向伸长了3L。那么，在检测过程中，第一侧面、第二侧面和第三侧面都会产生磨损，而第四侧面以后则不会产生磨损，从而实现了对热误差的检测。以此类推，通过在不同时间更换新的工件，观察工件外表面磨损情况，就可以得到长时间内热误差变化情况。

同样的，在方式一中，在所述步骤S10之前还可以包括对所述工件本体10的侧面进行表面误差检测，该误差检测方法包括以下步骤：

选取工件本体10中的一个侧面为标准侧面，旋转砂轮30，该标准侧面可以是棱柱体12个侧面的任意一个侧面，使所述标准侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30接触，记录当前砂轮30的位置为初始位置；

将所述砂轮30向远离工件本体10的方向移动距离M，并依次切换所述砂轮30正对的工件本体10的侧面；

即砂轮30和标准侧面刚好接触（假设该标准侧面为第一侧面），当砂轮30旋转，此时，在没有热误差的情况下，第一侧面会产生磨损。然后，砂轮30向远离工件本体10的方向移动距离M，在夹具20作用下切换侧面，使得砂轮30正对第二侧面，并以此类推，直至第十二侧面正对砂轮30。此时，完成了一个完整的检测过程。显然，当主轴40没有热误差时，且工件表面的平整无误差时，12个侧面中就只有标准侧面即第一侧面会产生磨损；其中，该移动距离M可以等于做热误差检测时的移动距离L。

比如，以L =10μm、检测总时长120min为例。机床每运行10min，进行一次检测，使用一个工件。共使用12个工件。前80min，机床在工况下运行，后40min，机床停止运行。假设12个工件12个表面被磨损情况如图4所示。通过统计，可以得到图5所示的热误差变化图。

方式二：在步骤S10中，如图2所示，所述工件本体10也可以为多个截面尺寸不同的棱柱体依次连接而成；以该工件本体10为6个底面尺寸依次增大的棱柱拼接而成作为举例，且6个棱柱在同一个方向的侧面，分别命名为一号面、二号面...六号面；且一号面到六号面在水平高度位置上依次递减；以一号面为初始侧面，在检测时，旋转砂轮30，使所述初始侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30刚好接触，然后记录当前砂轮30的位置为初始位置。

在步骤S20中，方式二与方式一相同，依然是机床在正常工况下运行指定时间后将所述工件本体10重新固定在机床夹具20上，旋转砂轮30，使得所述初始侧面正对机床的砂轮30，然后调节砂轮30的位置至初始位置；

在步骤S30中，当初始侧面被磨损后，可以利用所述夹具20平移所述工件本体10，使得所述工件本体10的二号面正对所述砂轮30。

即此时，由于二号面和初始侧面即一号面的水平高度位置差，当砂轮30所正对的侧面切换到二号面后，切换后砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离也小于切换前砂轮30所正对的侧面到砂轮30之间的相对距离。

在步骤S40中，当第二号面被磨损后，可以继续移动所述工件本体10，使得所述工件本体10的三号面正对所述砂轮30，并继续依次切换到后续的侧面。

在步骤S50中，所述距离变化数据可以指的是二号面到五号面与初始侧面即一号面的水平高度落差，比如，可以选取最后出现磨损的侧面与初始侧面之间的高度差作为下行值，选取第一次没有出现磨损的侧面与初始侧面之间的高度差作为上行值，所述上行值和下行值之间的区间范围即为热误差区间。

同样的，在方式二中，也可以包括对所述工件本体10的侧面进行表面误差检测，该误差检测方法包括以下步骤：

以一号面为初始侧面，在检测时，旋转砂轮30，使所述初始侧面正对机床的砂轮30且与砂轮30刚好接触；

当第一号面被磨损后，可以继续移动所述工件本体10，使得所述工件本体10的二号面正对所述砂轮30，并继续依次切换到后续的侧面。

显然，当主轴40没有热误差时，且工件表面的平整无误差时，由于6个侧面的水平落差原因，6个侧面中就只有一号面产生磨损。

在另外的实施例中，本发明还公开了一种工件热误差检测后的处理方法，包括以下步骤：

将所述的工件本体10在检测后对工件本体10的所有侧面进行磨削处理；

将磨削处理后的工件本体10的所有侧面进行涂层处理。

即本实施例中，工件本体10在检测结束后，可以按照工件本体10各个侧面原本的比例进行统一磨削，然后在进行涂层上色，从而节约了社会资源，实现了工件本体10的再利用。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于热误差检测的工件，包括工件本体，其特征在于，所述工件本体包括棱柱体，所述棱柱体的轴心上设有用于供夹具夹持的中心通孔，且棱柱体的侧面上均设有颜色涂层。

2.根据权利要求1所述的一种用于热误差检测的工件，其特征在于，所述工件本体包括多个截面尺寸不同的棱柱体，所述多个棱柱体沿轴向依次连接，且多个棱柱体的轴线处于同一直线上。

3.一种用于热误差检测的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、将权利要求1-2中任一所述的工件本体固定在机床夹具上，旋转砂轮，选取工件本体中棱柱体的任意一个侧面为初始侧面，使所述初始侧面正对机床的砂轮且与砂轮接触，记录当前砂轮的位置为初始位置；

S20、机床在正常工况下运行指定时间后，将工件本体重新固定在机床夹具上，使得所述初始侧面正对机床的砂轮，旋转砂轮，调节砂轮的位置至初始位置；

S30、切换所述砂轮正对的工件本体的棱柱体的侧面，且切换后砂轮所正对的侧面到砂轮之间的相对距离小于切换前砂轮所正对的侧面到砂轮之间的相对距离；

S40、重复步骤S30，直至所有指定侧面均完成一次正对砂轮的过程；

S50、以工件本体中所有出现了磨损的面为检测面，根据检测面的距离变化数据，得到热误差数据。

4.根据权利要求3所述的一种用于热误差检测的检测方法，其特征在于，

在步骤S10中，所述工件本体为单个正多边形棱柱；

且步骤S30具体包括：转动所述工件本体，从而切换所述砂轮正对的工件本体的侧面，将所述砂轮向远离工件本体的方向移动距离L。

5.根据权利要求4所述的一种用于热误差检测的检测方法，其特征在于，在所述步骤S10之前还包括对所述工件本体的侧面进行表面误差检测。

6.根据权利要求5所述的一种用于热误差检测的检测方法，其特征在于，对所述工件本体的侧面进行表面误差检测具体包括以下步骤：

选取工件本体中的任意一个侧面为标准侧面，旋转砂轮，使所述标准侧面正对机床的砂轮且与砂轮接触，记录当前砂轮的位置为初始位置；

将所述砂轮向远离工件本体的方向移动距离M，并依次切换所述砂轮正对的工件本体的侧面；

根据所述工件本体的所有侧面的磨损情况得到工件本体的表面误差数据。

7.一种工件热误差检测后的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1-2中任一所述的工件本体在检测后对工件本体的所有侧面进行磨削处理；

将磨削处理后的工件本体的所有侧面进行涂层处理。

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