CN1030266C - 数控机床圆轨迹运动误差测试仪 - Google Patents

Abstract

一种数控机床圆轨迹运动误差测试仪，由测球、连接螺钉、组装式平行簧片机构、加长杆组成的可伸缩双球测试部件，传感器及可隔磁的磁支座部件组成。当被测对象的工作台对主轴轴线作圆轨迹运动、圆半径的距离有误差时，测球推动连接螺钉压缩传感器的测头，获得误差信息，通过对误差信息的处理，可诊断出被测对象的误差源。由于本测试仪的结构简单、调试容易、成本低、精度高，可用来对如数控机床、三坐标测量机等带有数控系统装置圆轨迹运动误差的测试。

Description

本发明涉及用机械方法为特征的计量设备，尤其是一种圆轨迹运动误差的测试仪。

数控机床、三座标测量机等，在现代机械制造工业中有着越来越广泛的应用，研究如何检测它们圆轨迹运动误差的问题也就越来越迫切。目前，传统的国外数控机床圆轨迹运动误差测试仪，其结构如图1所示，将两磁支座5分别连接至所需检测机床（或测量机）的主轴和工作台上，然后将仪器上两测球分别置在两磁支座的锥形孔内，此时一个测球1的球心座标A定义为（0，0，0），另一个测球1′的球心座标B为（x，y，z），则两个球心点的距离 $\mathrm{R\; =}\sqrt{X{}^2\mathrm{+\; y}{}^2\mathrm{+\; Z}{}^2}$ ;通过数控系统使B点绕A点作一圆轨迹运动。由于实际机构存在误差，则B点的实际座标为（x+△x，y+△y，z+△z），因为对理论座标（x，y，z）有偏差，则实际距离与理论距离之差 $\mathrm{△\; R\; =}\sqrt{\mathrm{(X+\; △X)}{}^2\mathrm{+\; (y+\; △\; y)}{}^2\mathrm{+\; (z+\; △z)}{}^2}-\sqrt{x{}^2\mathrm{+\; y}{}^2\mathrm{+\; z}{}^2}$ 。测试仪上的传感器2是用来接收△R信号，通过对△R的信息处理，可诊断出被测对象的误差源。通过对该测试仪的分析，它存在下述问题：

1.如图1所示，整体式弹性位移机构3其作用是获取位移△R的信息，同时能消除扭转的力矩对轴向位移的影响。因此要求具有小的轴向刚度和大的扭转刚度，且要求弹性件C、D、E、F处的壁厚尺寸薄、要求完全对称与一致，以及各内圆的表面质量一致，因此造成制造的难度;同时，由于采用整体式结构，整个弹性件必须选用高弹性的合金钢，增加了制造成本。

2.如图2所示，磁支座5采用整体式永磁体结构，它由永磁体 8、聚磁体7、底座6组成，无隔磁或消磁装置。如果测试装置安装时，由于磁力的作用，会造成测球与磁支座碰撞，影响测球表面质量，以致影响测试精度;拆卸时，由于磁力紧吸测球，必须用较大的力才能使其分离。

3.如图1所示，传感器2的测头插入连接螺钉4孔中与其内端面接触而相连接，由于它与测头接触，需要精密加工孔的内端面，故又增加了加工难度与成本。

本发明目的是提供一种采用组装式平行簧片机构，带隔磁机构的磁支座及采用传感器测头与连接螺钉外端面接触的连接方式，从而达到克服上述传统的测试仪所存在的问题。

本发明采用的技术方案是：它包括由测球、连接螺钉、弹性位移机构和加长杆组成的可伸缩双球测试部件，传感器及磁支座部件。可伸缩双球测试部件中的弹性位移机构采用组装式平行簧片机构，它包括“T”形板、金属板、在其两侧各悬挂由两夹板夹紧的簧片、夹板上的铜套分别用来引导连接螺钉、传感器的测量杆。传感器的测头穿过一组夹板的孔与连接螺钉的外端面接触连接，限程销插入“T”形板底部孔中。磁支座部件采用可隔磁的磁支座。

本发明与现有技术相比其优点是：

可伸缩双球测试部件中，由整体式弹性位移机构改为组装式平行簧片机构;整体式永磁体磁支座改为可隔磁的磁支座;传感器测头与连接螺钉外端面接触连接等，使本测试仪结构合理，制造调试容易，使用方便，成本低廉以及测量精度高等。因此，该测试仪可有效地用于测量数控机床、三座标测量机等带有数控系统装置的圆轨迹运动误差，通过误差信号处理来诊断误差源。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1、传统的数控机床圆轨迹运动误差测试仪结构简图;

图2、整体式永磁体磁支座结构示意图;

图3、本发明的数控机床圆轨迹运动误差测试仪结构简图;

图4、组装式平行簧片机构结构图;

图5、可隔磁的磁支座结构图;

图6、可隔磁的磁支座装配过程图。

如图3、图4所示，可伸缩双球测试部件中的组装式平行簧片机构，包括“T”形板17、在“T”形板17下面有与“T”形板的横向板相平行的，且两者长度相等的金属板14，在该两等长板之间的两侧端上各悬挂由两块夹板16夹紧的簧片15和两块夹板16′夹紧的簧片15′，簧片15、15′两端分别与“T”形板17、金属板14两侧面用螺钉18固定连接;传感器10的测头从左而右穿过两块夹板16中心孔，并与从右而左穿过同轴安装的两块夹板16′、“T”形板中心孔的连接螺钉12端面相接触;阶梯轴形的限程销13从下而上旋入金属板14中心的螺孔中，其小端插入与金属板14同轴的“T”形板17底部孔中。“T”形板17和金属板14起刚性支持作用;簧片15、15′起检测位移作用，它通过侧面的夹板16、16′的尺寸来控制并限制弹性段的尺寸，用均布的螺钉19使簧片15、15′与夹板16、16′成为一体，从而达到平行簧片机构具有很小的位移方向刚度和大的扭转刚度。在夹板16、16′上的铜套20、20′，其作用是引导传感器10的测量杆和连接螺钉12。“T”形板上的孔与铜套20、20′的孔同轴。

如图5、图6所示，可隔磁的磁支座部件9其装配过程是：将下面装有隔磁体26的永磁体薄片23装入磁底座29内，永磁体薄片23外套有隔磁薄板24，并用盖板22装在磁底座29上，用铆钉21（采用隔磁材料）将22、24、29连成一体;磁体移动机构25从右侧面插入隔磁体26的凹槽中;手柄27装在磁铁移动机构25的转轴上，再把盖板28拧 入磁底座29右侧面孔中。隔磁体26是由与之相接触的弹簧30支承在磁底座29底面上，再拧入弹簧底座31使弹簧30固定。当测试工作时，磁支座处于对外显磁性状态，此时，弹簧30的作用使永磁体薄片23、隔磁体26组成的部件向上移动，上移时必须使上一块磁处于隔磁板24之上。仪器安装或拆卸时，利用移动机构（凸轮机构、或滑块机构、或拨叉机构等）使23、26组成的部件向下移动，使上一块磁块处于隔磁薄板24之下，以达到磁路内闭合，对外不显磁之目的，从而使测球方便地在磁支座上进行装卸。

整个测试工作过程是：当被测对象的工作台相对主轴线作圆轨迹运动时，圆半径距离有误差△R，则测球1推动连接螺钉12压缩传感器10的测头，从而获得△R信息;同时使平行簧片机构11产生平移;由于簧片机构的扭转刚度很大，故测试过程中的附加扭矩对轴向位移无影响。

Claims (2)

1、一种数控机床圆轨迹运动误差测试仪，包括由测球、连接螺钉、弹性位移机构和加长杆组成的可伸缩双球测试部件，传感器及磁支座部件，本发明的特征是：可伸缩双球测试部件中的弹性位移机构采用组装式平行簧片机构[11]，它包括“T”形板[17]、在“T”形板[17]下面有与“T”形板的横向板相平行的，且两者长度相等的金属板[14]，在该两等长板之间的两侧端上各悬挂由两块夹板[16]夹紧的簧片[15]和两块夹板[16′]夹紧的簧片[15′]，簧片[15]、[15′]两端分别与“T”形板[17]、金属板[14]两侧面用螺钉[18]固定连接；传感器[10]的测头从左而右穿过两块夹板[16]的中心孔，并与从右而左穿过同轴安装的两块夹板[16′]、“T”形板中心孔的连接螺钉[12]端面相接触；阶梯轴形的限程销[13]从下而上旋入金属板[14]中心的螺孔中，其小端插入与金属板[14]同轴的“T”形板[17]底部孔中。

2、根据权利要求1所述的测试仪，其特征是：磁支座部件[9]采用可隔磁的磁支座，是将下面装有隔磁体[26]的永磁体薄片[23]装入磁底座[29]内，永磁体薄片[23]外套有隔磁薄板[24]，并用盖板[22]装在磁底座[29]上;磁铁移动机构[25]从右侧面插入隔磁体[26]的凹槽中;隔磁体[26]是由与之相接触的弹簧[30]支承在磁底座[29]底面上。

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