球杆仪功能介绍

1）机床精度等级的快速标定通过在不同进给速度下用球杆仪检测机床，使操作者可选用满足加工工件精度要求的进给速度进行加工，从而避免了废品的产生。

2）机床故障及问题的快速诊断与分析，球杆仪可以快速找出并分析机床问题所在，主要可检查反向差，丝杠背隙差，伺服增益不匹配、垂直度误差、丝杆周期误差等性能，譬如机床发生撞车事故后，可用球杆仪检测并快速告诉操作者机床精度状况及是否可继续使用。在ISO标准中已规定了用球杆仪检测机床精度的方法。

3）方便机床的保养与维护，球杆仪可以告诉用户机床精度变化情况，这样可提醒维修工程师注意机床的问题，进行预防性维护，不致酿成大故障。

4）缩短新机床开发研制周期用球杆仪检测可分析出机床润滑系统、伺服系统、轴承副等的选用对机床精度性能的影响。这样可根据测试情况更改原设计，因而缩短新机床研制周期。

5）方便机床验收试验对机床制造厂来说，可用球杆仪快速进行机床出厂检验，检查其精度是否达到设计要求。

装配有高速电主轴与直线电机的现代高速机床的热误差检测是当前业内的研究热点问题，尤其电主轴热漂移误差的检测是广受关注的难点问题。结合五轴高速加工中心误差检测项目，本论文研究了转动轴误差检测方法、一体式电主轴系统、直线电机驱动系统热误差检测方法等现代高端机床精度检测难点问题，建立了加工中心综合误差数学模型，完成了对电主轴系统、直线电机系统的有限元热分析，并完成基于球杆仪的机床综合误差检测试验。取得的主要研究成果如下：

基于齐次坐标变换原理，建立了基于球杆仪检测原理的综合误差模型，该模型包含对加工精度影响较大的工作台旋转轴C轴的四项安装定位误差，主轴热漂移误差，以及直线电机驱动下的二直轴各项几何误差与热误差，据此模型，提出了基于球杆仪测量原理的误差检测方法；

基于有限元热分析方法，借助商用软件ANSYS的热分析模块完成了机床整体温度场分布，主轴与直线导轨热变形的有限元分析，得出了主轴的三种可能热变形模式与直线导轨的热变形模式；

构建了针对高速五轴机床的主要误差元素的球杆仪检测模式，完成了各检测模式的球杆仪检测轨迹仿真，据此得出工作台旋转轴C轴的四项安装定位误差、主轴热漂移误差以及直线电机驱动下的三直轴各项几何误差与热误差的球杆仪圆轨迹特征；

根据机床运动传递链的封闭性原理，提出了基于球杆仪测量数据的几何误差与热误差分离方法，并应用最小二乘法提出了球杆仪自身安装定位误差的分离方法，提高了检测精度；

综合球杆仪检测数据，绘制主轴热漂移规律曲线，直线导轨上不同位置处热变形规律曲线，并得到出现热误差前后工作空间内工作台平面上的综合误差分布变化规律，提出了机床精度评价方法。

本文工作对我国高端机床的自主开发及精度提高有重要实用价值，并且本文提出的误差分析检测方法适用于类似结构的五轴机床和高速机床。