CN104897106B - 一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置及检测方法，检测装置一种机床摆动轴与主轴轴线共面度检测装置，由标准检棒、第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第一三维移动微调机构、第二三维移动微调机构及测量转台组成。检测时先测量出转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差，将安装误差在测量值中扣除，再利用检测装置检测摆动轴与主轴轴线共面度。本发明的检测装置和检测方法可以应用于摆动轴组件和主轴组件组成的部件的装配检测、磨损修复检测，可为装配和修复提供科学的指导依据；还可用于其他机器的一个摆动和一个回转串联运动轴正交轴线的共面度检测。

Description

一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于具有摆动轴与回转轴串联的回转运动机械的几何精度检测设备技术领域，具体涉及一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置，本发明还涉及一种摆动轴与主轴轴线共面度检测方法。

背景技术

机器中具有一个摆动、一个回转串联的两个轴线相交的运动轴情况很多，如数控机床中的摆动轴A轴(或B轴)和电主轴。相交的两个轴线在一个平面内，即两个轴线共面，摆动轴与回转轴轴线共面度偏差对机器整机的几何精度有重要影响，同时共面度检测对机器的装配、磨损修复等具有重要指导意义。国际检测标准ISO 10791-2给出了一种机床主轴S与摆动轴A轴(checking that the spindl S and A-axis head rotation shall be thesame plane CG5)共面度检测方法，检测中利用了机床的X轴运动，机床本身是工作机械而不是测量装置，其精度和磨损都将影响检测准确性，因此检测精度受到机床其他运动轴精度的制约，且该方法不能用于摆动轴与回转轴串联部件装配、磨损修复时的轴线共面度检测(因为此时没有机床其他轴运动可利用)。目前尚缺乏专门适用于整机、装配、磨损修复中摆动轴与主轴轴线共面度检测的高精度检测装置，无法直接使用检测装置实施该方面的精度检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置，解决了现有摆动轴与主轴轴线共面度检测精度受其他运动轴精度制约的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种摆动轴与主轴轴线共面度检测方法，可准确检测摆动轴与主轴轴线共面度检测和部件装配、磨损修复时的共面度检测。

本发明所采用的技术方案是，一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置，由标准检棒、第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第一三维移动微调机构、第二三维移动微调机构及测量转台组成；测量转台包括转台回转体和力矩电机，转台回转体下端与力矩电机的转子固定连接，力矩电机的壳体固定在待测装置的工作台上；标准检棒与待测装置的主轴组件回转体同轴固定连接；第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构都固定在转台回转体的台面上；第一非接触位移传感器的支架安装在第一三维移动微调机构的上面，第二非接触位移传感器的支架安装在第二三维移动微调机构的上面，第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的测头都正对着标准检棒。

第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构采用标准的可进行X、Y、Z位移调整的三维微调机构。

本发明采用的另一个技术方案是：使用上述检测装置检测摆动轴与主轴轴线共面度的方法，包括如下步骤：

步骤1，将待测装置除摆动轴与主轴以外的其他运动轴全部锁紧；

步骤2，检测出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY；

步骤3，进行摆动轴与主轴轴线共面度检测，按照以下步骤实施：

步骤3-1，将摆动轴顺时针转动90度，使主轴前端指向X轴的一端，调整第一三维移动微调机构使第一非接触位移传感器的测头在XZ平面内沿Z轴方向对准标准检棒的最大直径，记录此时第一非接触位移传感器的读数δ_6-1；

步骤3-2，将摆动轴旋转180度，使主轴前端指向X轴的另一端；

步骤3-3，将测量转台旋转180度，使第一非接触位移传感器的测头随测量转台转动，并再次对准标准检棒，再次记录第一非接触位移传感器的读数δ_6-2；

步骤3-4，按照公式(1)得到摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差e；

e＝(δ_6-2-δ_6-1)/2±L_X×⊿θ_CY (1)

式中，Lx为第一非接触位移传感器和摆动轴轴线间沿X轴方向的距离，⊿θ_CY为步骤2计算出的安装倾斜偏差。

其中，步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2-1，转动摆动轴，使主轴的轴线平行于Z轴方向；

步骤2-2，调整第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构的位置，使第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的测头均在XZ平面内沿X轴方向对准标准检棒的最大直径，两个测头在Z轴方向的间隔距离为L_Z；

步骤2-3，调整测量转台的位置及摆动轴的方向，使测量转台在360度的转动中第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的读数变化最小，然后设置第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的读数均为零；

步骤2-4，将测量转台转动180度，然后记录第一非接触位移传感器的读数δ₆和第二非接触位移传感器的读数δ₈，用公式(2)求出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY；

⊿θ_CY＝(δ₆-δ₈)/L_Z (2)

式中，L_Z为两个测头在Z轴方向的间隔距离。

本发明的有益效果是：本发明检测装置的测量转台采用高精度力矩电机直接驱动，测量装置本身精度高；本发明检测方法在检测时将机器的其他运动轴全部锁紧，不受被测机器其他轴的运动的影响；测量前先测量出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差，将安装误差在测量值中扣除，因此本发明的测量精度高。由于本发明的测量没有利用被测轴之外的机器其他轴的运动，因此其检测方法和检测装置可以应用于摆动轴组件和主轴组件组成的部件的装配检测、磨损修复检测，可为装配和修复提供科学的指导依据。

附图说明

图1是本发明的被检测对象的结构主视图；

图2是本发明的被检测对象的结构侧视图；

图3是本发明检测装置与被检测对象的组合结构示意图；

图4是本发明检测方法的过程示意图；

图5是本发明检测方法的摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差示意图。

图中，1.摆动轴组件壳体，2.摆动轴组件回转体，3.主轴组件壳体，4.轴组件回转体，5.标 准检棒，6.第一非接触位移传感器，7.第一三维移动微调机构，8.第二非接触位移传感器，9.第二三维移动微调机构，10.转台回转体，11.力矩电机。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置，该检测装置的检测对象为摆动轴组件和主轴组件串联组成的部件，摆动轴组件包括摆动轴壳体和摆动轴回转体，主轴组件包括主轴壳体和主轴回转体；摆动轴壳体固定在机床的滑台上，主轴壳体固定在摆动轴回转体上。

该检测装置由标准检棒、第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第一三维移动微调机构、第二三维移动微调机构及测量转台组成；测量转台包括转台回转体和力矩电机，转台回转体下端与力矩电机的转子固定连接，力矩电机的壳体固定在待测装置的工作台上；标准检棒与待测装置的主轴组件回转体同轴固定连接；第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构都固定在转台回转体的台面上；第一非接触位移传感器的支架安装在第一三维移动微调机构的上面，第二非接触位移传感器的支架安装在第二三维移动微调机构的上面，第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的测头都正对着标准检棒。

第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构采用标准的可进行X、Y、Z位移调整的三维微调机构。

本发明还提供了使用上述检测装置检测摆动轴与主轴轴线共面度的方法，包括如下步骤：

步骤1，将待测装置除摆动轴与主轴以外的其他运动轴全部锁紧；

步骤2，检测出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY，按照以下步骤实施：

步骤2-1，转动摆动轴，使主轴的轴线平行于Z轴方向；

步骤2-2，调整第一三维移动微调机构和第二三维移动微调机构的位置，使第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的测头均在XZ平面内沿X轴方向对准标准检棒的最大直径，两个测头在Z轴方向的间隔距离为L_Z；

步骤2-3，调整测量转台的位置及摆动轴的方向，使测量转台在360度的转动中第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的读数变化最小，然后设置第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的读数均为零；

步骤2-4，将测量转台转动180度，然后记录第一非接触位移传感器的读数δ₆和第二非接触位移传感器的读数δ₈，用公式(2)求出测量转台轴线C相对主轴轴线S的安装倾斜偏差⊿θ_CY；

⊿θ_CY＝(δ₆-δ₈)/L_Z (2)

式中，L_Z为第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的两个测头在Z轴方向的间隔距离。

步骤3，进行摆动轴与主轴轴线共面度检测，按照以下步骤实施：

步骤3-1，将摆动轴顺时针转动90度，使主轴前端指向X轴的一端，调整第一三维移动微调机构使第一非接触位移传感器的测头在XZ平面内沿Z轴方向对准标准检棒的最大直径，记录此时第一非接触位移传感器的读数δ_6-1；

步骤3-2，将摆动轴旋转180度，使主轴前端指向X轴的另一端；

步骤3-3，将测量转台旋转180度，使第一非接触位移传感器的测头随测量转台转动，并再次对准标准检棒，再次记录第一非接触位移传感器的读数δ_6-2；

步骤3-4，按照公式(1)得到摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差e；

e＝(δ_6-2-δ_6-1)/2±L_X×⊿θ_CY (1)

式中，Lx为第一非接触位移传感器和摆动轴轴线间沿X轴方向的距离，⊿θ_CY为步骤2计算出的安装倾斜偏差。

本发明的检测装置和检测方法可以用于摆动轴组件和主轴组件串联的两个正交轴线的共面度检测，如可以用于机床A轴与主轴的共面度检测，也可以用于机床B轴与主轴的共面度检测，还可用于其他机器(如机器人)的一个摆动、一个回转串联的两个正交轴线的共面度检测。

上述的检测装置和测量方法可以应用于摆动轴组件和主轴组件组成的部件的装配检测、磨损修复检测，这时将摆动轴组件壳体和力矩电机的壳体固定在同一物体上即可。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。图中的坐标系采用机床标准坐标系。

本实施例的检测对象由摆动轴组件和主轴组件组成，如图1和图2所示，，B表示摆动轴组件的回转轴线，S表示主轴组件的回转轴线。摆动轴组件包括摆动轴组件壳体1和摆动轴组件回转体2，主轴组件包括主轴组件壳体3和主轴组件回转体4，主轴壳体3固定在摆动轴组件回转体2上，摆动轴组件壳体1固定在待测机床的Z轴滑台上。

本发明的检测装置及其与检测对象的关系如图3所示，图中，C表示测量转台的回转轴线。该检测装置由标准检棒5、第一非接触位移传感器6、第二非接触位移传感器8、第一三维移动微调机构7、第二三维移动微调机构9及测量转台组成；测量转台包括转台回转体10和力矩电机11，转台回转体10下端与力矩电机11的转子固定连接，力矩电机11的壳体固定在待测机床的工作台上；标准检棒5与待测机床的主轴组件回转体4同轴固定连接；第一三维移动微调机构7和第二三维移动微调机构9都固定在转台回转体10的台面上；第一非接触位移传感器6的支架安装在第一三维移动微调机构7的上面，第二非接触位移传感器8的支架安装在第二三维移动微调机构9的上面，第一非接触位移传感器6和第二非接触位移传感器8的测头都正对着标准检棒。

第一三维移动微调机构7和第二三维移动微调机构9采用标准的可进行X、Y、Z位移调整的三维微调机构。

利用上述的检测装置进行摆动轴组件和主轴组件串联组成的部件轴线共面度检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1，将待测机床除摆动轴与主轴以外的其他运动轴全部锁紧；

步骤2，检测测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY，按照以下步骤实施：

步骤2-1，如图2所示，转动摆动轴，使主轴的轴线平行于Z轴方向；

步骤2-2，调整第一三维移动微调机构7和第二三维移动微调机构9的位置，使第一非接触位移传感器6和第二非接触位移传感器8的测头均在XZ平面内沿X轴方向对准标准检棒5的最大直径，两个测头在Z轴方向的间隔距离为L_Z；

步骤2-3，反复调整测量转台的位置及微调摆动轴的方向，使测量转台在360度的转动中第一非接触位移传感器6和第二非接触位移传感器8的读数变化最小，即达到理论上测量转台轴线C与主轴轴线S重合，然后设置第一非接触位移传感器6和第二非接触位移传感器8的读数均为零；

步骤2-4，将测量转台转动180度，然后记录第一非接触位移传感器6的读数δ₆和第二非接触位移传感器8的读数δ₈，用公式(2)求出测量转台轴线C相对主轴轴线S的安装倾斜偏差⊿θ_CY；

⊿θ_CY＝(δ₆-δ₈)/L_Z (2)

式中，L_Z为两个测头在Z轴方向的间隔距离。

步骤3，进行摆动轴与主轴轴线共面度检测，按照以下步骤实施：

步骤3-1，将摆动轴顺时针转动90度，使主轴前端指向X轴的一端，即X′方向，如图4所示，调整第一三维移动微调机构7使第一非接触位移传感器6的测头在XZ平面内沿Z轴方向对准标准检棒5的最大直径，记录此时第一非接触位移传感器6的读数δ_6-1；

步骤3-2，将摆动轴旋转180度，使主轴前端指向X轴的另一端，即X方向，如图3虚线位置；

步骤3-3，将测量转台旋转180度，使第一非接触位移传感器6的测头随测量转台转动，并再次对准标准检棒5，再次记录第一非接触位移传感器6的读数δ_6-2；

步骤3-4，按照公式(1)得到摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差e，共面度偏差e如图5所示；

e＝(δ_6-2-δ_6-1)/2±L_X×⊿θ_CY (1)

式中，Lx为第一非接触位移传感器6和摆动轴轴线间沿X轴方向的距离，⊿θ_CY为步骤2计算出的安装倾斜偏差。

其中：

e——摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差

⊿θ_CY——安装倾斜偏差

δ_6-1——主轴前端指向X轴的一端时第一非接触位移传感器6的读数

δ_6-2——主轴前端指向X轴的另一端时第一非接触位移传感器6的读数

L_X——第一非接触位移传感器和摆动轴轴线间沿X轴方向的距离

δ₆——测量安装倾斜偏差时第一非接触位移传感器6的读数

δ₈——测量安装倾斜偏差时第二非接触位移传感器8的读数

Lz——第一非接触位移传感器6和第二非接触位移传感器8的测头在Z轴方向的间隔距离。

上述的检测装置和测量方法可以应用于摆动轴组件和主轴组件组成的部件的装配检测、磨损修复检测，这时将摆动轴组件壳体1和力矩电机11的壳体固定在同一物体上即可。

本发明检测装置的测量转台采用高精度力矩电机直接驱动，测量装置本身精度高；本发明检测方法在检测时将机床的其他运动轴全部锁紧，不受被测机器其他轴的运动的影响；测量前先测量出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差，将安装误差在测量值中扣除，因此本发明的测量精度高。由于本发明的测量没有利用被测轴之外的机床其他轴的运动，因此其检测方法和检测装置可以应用于摆动轴组件和主轴组件组成的部件的装配检测、磨损修复检测，可为装配和修复提供科学的指导依据。

本发明以上描述只是部分实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的装置和方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种摆动轴与主轴轴线正交共面度检测方法，其特征在于，使用了一种摆动轴与主轴轴线正交共面度检测装置，所述检测装置由标准检棒(5)、第一非接触位移传感器(6)、第二非接触位移传感器(8)、第一三维移动微调机构(7)、第二三维移动微调机构(9)及测量转台组成；测量转台包括转台回转体(10)和力矩电机(11)，转台回转体(10)下端与力矩电机(11)的转子固定连接，力矩电机(11)的壳体固定在待测装置的工作台上；标准检棒(5)与待测装置的主轴组件回转体(4)同轴固定连接；第一三维移动微调机构(7)和第二三维移动微调机构(9)都固定在转台回转体(10)的台面上；第一非接触位移传感器(6)的支架安装在第一三维移动微调机构(7)的上面，第二非接触位移传感器(8)的支架安装在第二三维移动微调机构(9)的上面，第一非接触位移传感器(6)和第二非接触位移传感器(8)的测头都正对着标准检棒(5)；

所述检测方法包括如下步骤：

步骤1，将待测装置除摆动轴与主轴以外的其他运动轴全部锁紧；

步骤2，检测出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY；

步骤3，进行摆动轴与主轴轴线共面度检测，按照以下步骤实施：

步骤3-1，将摆动轴顺时针转动90度，使主轴前端指向X轴的一端，调整第一三维移动微调机构(7)使第一非接触位移传感器(6)的测头在XZ平面内沿Z轴方向对准标准检棒(5)的最大直径，记录此时第一非接触位移传感器(6)的读数δ_6-1；

步骤3-2，将摆动轴旋转180度，使主轴前端指向X轴的另一端；

步骤3-3，将测量转台旋转180度，使第一非接触位移传感器(6)的测头随测量转台转动，并再次对准标准检棒(5)，再次记录第一非接触位移传感器(6)的读数δ_6-2；

步骤3-4，按照公式(1)得到摆动轴轴线与主轴轴线的共面度偏差e，

e＝(δ_6-2-δ_6-1)/2±L_X×⊿θ_CY (1)

式中，Lx为第一非接触位移传感器(6)和摆动轴轴线间沿X轴方向的距离。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2-1，转动摆动轴，使主轴的轴线平行于Z轴方向；

步骤2-2，调整第一三维移动微调机构(7)和第二三维移动微调机构(9)的位置，使第一非接触位移传感器(6)和第二非接触位移传感器(8)的测头均在XZ平面内沿X轴方向对准标准检棒(5)的最大直径，两个测头在Z轴方向的间隔距离为L_Z；

步骤2-3，调整测量转台的位置及摆动轴的方向，使测量转台在360度的转动中第一非接触位移传感器(6)和第二非接触位移传感器(8)的读数变化最小，然后设置第一非接触位移传感器(6)和第二非接触位移传感器(8)的读数均为零；

步骤2-4，将测量转台转动180度，然后记录第一非接触位移传感器(6)的读数δ₆和第二非接触位移传感器(8)的读数δ₈，用公式(2)求出测量转台轴线相对主轴轴线的安装倾斜偏差⊿θ_CY，

⊿θ_CY＝(δ₆-δ₈)/Lz (2)

式中，L_Z为第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器的两个测头在Z轴方向的间隔距离。