CN108021094B - 高档数控机床电主轴振动的激光检测台及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台及其检测方法，包括：激光发射机构、激光反射机构、激光发射调整机以及工作台，其中，工作台上设有用于安装电主轴的支承座；激光发射机构通过激光发射调整机构安装于工作台上；激光发射机构具有中心轴，该中心轴伸入电主轴中；激光发射机构的中心轴为中空结构，中空结构内部为激光光线通道；激光反射机构设于中心轴内部末端，并随中心轴伸入电主轴内，接收并反射激光光线。本发明可以将激光反射到要测量的部位，实现了主轴振动的精度测量，且适用于当前大多数主流的数控机床电主轴，是一种新的测量高档数控机床电主轴内部振动的装置及方法。

Description

高档数控机床电主轴振动的激光检测台及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种数控机床电主轴振动检测技术，具体为一种档数控机床电主轴振动的激光检测台及其检测方法。

背景技术

数控机床是制造业的工作母机，以数控机床为代表的先进装备制造业是衡量国家工业现代化的重要标志之一。随着我国工业技术的发展、生产规模扩大以及市场对数控机床加工成品精度要求的不断提高，作为加工各种机械设备的工业母机—数控机床，其相应的精度要求也在逐步的提高。然而，高档数控机床振动及控制一直是世界各国机床业面临的重要难题之一。振动不仅会阻碍机床加工效率的提高，影响加工精度，而且还有可能在已加工表面上留下振纹，增大零件表面粗糙度，加剧金属表面层的冷硬化，振动还会使刀具的耐用度急剧下降，甚至导致刀刃的崩坏。

在机床行业，一般以数控机床所控制的轴数为标准来划分档次，三轴以下的为低档，三至五轴、或五轴以上为高档数控机床。随着制造业的全面升级和工艺水平的不断提高，以高速、高精、复合、智能为特征的高档数控机床正在以更加快速的步伐，被人们应用于船舶、能源、汽车、航空航天等装备制造领域。

电主轴作为数控机床的核心部件，其动态性能直接影响到机床的加工精度，然而现有的主轴振动测量方式，主要通过电涡流位移传感器或加速度传感器等来实现，在测振精度和测试频率范围都受到不同程度的影响，特别是上述测振方式都无法测试主轴系统的内部振动，无法帮助工程师有效排除、解决电主轴系统内部部件，如拉刀机构、主轴轴承、编码器的振动故障。另外，现有的针对数控机床各个部位的振动测试方案，一般都需要人工不断地调整测点位置，导致测试效率低下，特别是对于大尺寸的龙门数控机床，还需借助梯子、吊车等辅助设备进行加速度传感器或电涡流位移传感器的测点布置，对操作人员存在潜在的安全隐患。在中国制造2025以及我国大力发展装备制造业的背景之下，数控机床生产企业和质监部门迫切需要一种能够实现精密测量、通用性强的具有激光测振功能的数控机床电主轴检测台。

发明内容

针对现有技术中电主轴的测振精度和测试频率范围都受到不同程度的影响、测试效率低下等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够实现精密测量、通用性强的档数控机床电主轴振动的激光检测台及其检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台，包括：激光发射机构、激光反射机构、激光发射调整机以及工作台，其中，工作台上设有用于安装电主轴的支承座；激光发射机构通过激光发射调整机构安装于工作台上；激光发射机构具有中心轴，该中心轴伸入电主轴中；激光发射机构的中心轴为中空结构，中空结构内部为激光光线通道；激光反射机构设于中心轴内部末端，并随中心轴伸入电主轴内，接收并反射激光光线。

激光发射机构包括激光头、中心轴以及电机，其中，激光头通过激光头夹持架固定在激光发射调整机构上，中心轴转动安装于中心轴安装座上，中心轴安装座固定于激光发射调整机构上；电机输出轴通过传动装置与中心轴转动连接。

激光发射调整机构包括导轨、水平丝杠、垂直丝杠、水平调整把手、高度调整把手以及电机，其中导轨两端分别通过导轨固定平台滑动安装于工作台的固定支架的导向柱上，导轨固定平台与垂直丝母固接，垂直丝母与垂直丝杠啮合，垂直丝杠安装于一个固定支架上，上端部固连高度调整把手；电机设于一电机箱内，电机箱与导轨滑动连接，电机箱通过水平丝母与水平丝杠啮合；水平调整把手通过连接杆与水平丝杠同轴固定连接。

中心轴采用可伸缩结构，并带有刻度。

激光反射机构包括反光镜和减速电机，反光镜安装于减速电机的输出轴上，减速电机安装于中心轴末端。

还具有使中心轴与电主轴同步转动的变频器，安装于工作台下方的配电箱内。

工作台台面上开有螺纹孔。

本发明一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台检测方法，包括以下步骤：

1)将待检测的电主轴安装在工作台上，将刀柄安装在电主轴上，供给其正常运转时需要的条件，保证其能正常运转；

2)对中，让待检测的电主轴中心和检测平台的中心轴在同一直线上；

3)启动待检测电主轴，使其空转30分钟，消除热影响；

4)将中心轴伸入电主轴，通过中心轴上的可伸缩结构使其伸到一确切位置，再固定中心轴的长度，并记录下此时的位置；

5)打开激光发射机构，让其发射的激光光线通过激光反射机构反射到待检测电主轴内表面某一点，并利用激光测试仪自带的自动对焦功能使其测试的信号符合要求；

6)启动电主轴到一固定转速，同时启动检测平台所带电机，并通过变频器使其转速与待检测电主轴转速相同；

7)启动中心轴306内部的减速电机转动一周，并采集测量一圈的数据；

8)重复上诉步骤，完成不同位置的测量。

对中具体为：

2.1)拉动对中辅助件的把手，将对中辅助件拔出一部分，拧紧螺钉；

2.2)通过调节水平调整把手和高度调整把手，使得对中辅助件上的凸起部分与安装在待检测电主轴的刀柄上的凹陷部分相契合；

2.3)拧松螺钉，将对中辅助件收回，拧紧螺钉。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明提供了一种基于激光测振仪的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，使用时可以将激光反射到要测量的部位，实现了主轴振动的精度测量，且适用于当前大多数主流的数控机床电主轴，是一种新的测量高档数控机床电主轴内部振动的装置及方法。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明中的电主轴连接结构示意图；

图3为本发明中的激光反射调整机构示意图；

图4为本发明中的反光镜安装结构示意图；

图5为本发明中的对中辅助件结构示意图。

其中，1为电主轴，101为反光镜，102为减速电机，2为支承座，3为激光发射调整机构，301为高度调整把手，302为垂直丝杠，303为导轨，304为激光头，305为电机箱，306为中心轴，307为皮带轮，308为丝杠螺母，309为水平丝杠，311为减速电机，312为激光头支持架，313为水平调整把手，4为工作台，5为刀柄，6为配电箱，7为对中辅助件，8为螺钉。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1、2所示，本发明一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台，包括激光发射机构、激光反射机构、激光发射调整机以及工作台4，其中，工作台4上设有用于安装电主动1的支承座2；激光发射机构通过激光发射调整机构安装于工作台上4上，激光发射机构具有中心轴306，该中心轴306为中空结构，中空结构内部为激光光线通道；激光反射机构设于中心轴306内部末端，并随中心轴306伸入电主轴1内，接收并反射激光光线。

如图3所示，激光发射机构包括激光头304、中心轴306以及电机，其中，电机设于一电机箱305中，激光头304过激光头夹持架312固定在电机箱305上部，中心轴306转动安装于中心轴安装座313上，中心轴安装座313固定于激光发射调整机构上；电机的输出轴通过皮带传动装置与中心轴306转动连接。中心轴306采用可伸缩结构，并带有刻度。

激光发射调整机构包括导轨303、水平丝杠309、垂直丝杠302、水平调整把手313、高度调整把手301以及电机，其中导轨303两端分别通过导轨固定平台315滑动安装于工作台4的固定支架401的导向柱402上，导轨固定平台315与垂直丝母固接，垂直丝母与垂直丝杠302啮合，垂直丝杠302安装于一个固定支架401上，上端部固连高度调整把手301；电机设于一电机箱305内，电机箱305与导轨303滑动连接，电机箱305通过水平丝母与水平丝杠309啮合；水平调整把手313通过连接杆与水平丝杠309同轴固定连接。

如图4所示，激光反射机构安装于中心轴内部中，包括反光镜101减速电机102，反光镜101安装于减速电机102的输出轴上，减速电机102安装于中心轴306末端。

本实施例中，电主轴1通过支承座2由螺钉固定在工作台4的台面上，工作台4的台面上开有螺纹孔，方便待检测电主轴的安装和固定。

通过旋转水平调整把手314可以调节电机箱305的水平位置，电机箱305的水平位置的变化也就是激光头304及中心轴306水平位置的改变；通过旋转高度调整把手301带动螺纹杆调节电机箱305的高度位置，能够让中心轴306和待检测电主轴1的中心在同一水平直线上。

本实施例中，用于搭载电机的电机箱305中安装一个交流电机，通过一组1:5的皮带轮带动中心轴306转动。中心轴306采用可伸缩结构，并带有刻度。

本发明中，用于让中心轴与电主轴同步转动的结构，利用变频器让中心轴的转速与待测电主轴上的电机的转速相同，目的是让中心轴和待检测电主轴转速相同，中心轴和待检测电主轴保持相对静止，这样激光可以长时间射到电主轴内部一定点，就可以对着这一定点的震动情况进行连续测量。工作台台面上开有螺纹孔，可方便电主轴支承座2的把装。安装在待检测数控机床上的刀柄，分别对应两种主轴孔的锥面，即7：24和1：10的锥面，从而实现了检测平台的通用性。

本发明工作原理如下：

由激光头304发射的激光沿着中心轴306内部空心区域射入待检测电主轴1内部，再通过45度反光镜101使激光反射到电主轴1内部某一定点，进而测出机床电主轴1内部的振动，由此解决了激光发射器较为精密以及移动和调整角度十分不便的问题。并且中心轴306内部的减速电机102能够带动45度反光镜101旋转，进而实现了一次就可以测量电主轴1内部某一点一周的振动情况。

所述的激光测振检测台的使用方法，包括以下步骤：

1)将待检测的电主轴1安装在工作台上，将刀柄5安装在电主轴1上，供给其正常运转时需要的一切条件，保证其能正常运转；

2)对中，让待检测的电主轴1中心和检测平台的中心轴在同一直线上，具体为：

2.1)拉动对中辅助件7(如图5所示)的把手，将对中辅助件7拔出一部分，拧紧螺钉；

2.2)通过调节水平调整把手314和高度调整把手301，使得对中辅助件7上的凸起部分与安装在待检测电主轴1的刀柄7上的凹陷部分相契合；

2.3)拧松螺钉，将对中辅助件7收回，拧紧螺钉；

3)启动待检测电主轴1，使其空转30分钟，消除热影响；

4)拧松中心轴306的套件(即可伸缩结构)，将中心轴306伸入电主轴1，通过中心轴306上的刻度使其伸到一确切位置，然后再拧紧套件，固定中心轴306的长度，并记录下此时的位置；

5)打开激光发射机构，让其通过45度反光镜101反射到待检测电主轴1内表面某一点，并利用激光测试仪自带的自动对焦功能使其测试的信号符合要求；

6)启动电主轴1到一固定转速，同时启动检测平台所带电机，并通过变频器使其转速与待检测电主轴1转速相同；

7)启动中心轴306内部的减速电机转动一周，采集测量一周的数据。

8)重复上诉步骤，完成不同位置的测量。

安装在待检测数控机床上的刀柄，分别对应现在较为流行的两种主轴孔的锥面，即7：24和1：10的锥面，从而实现了检测平台的通用性。

Claims (7)

1.一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于包括：激光发射机构、激光反射机构、激光发射调整机以及工作台，其中，工作台上设有用于安装电主轴的支承座；激光发射机构通过激光发射调整机构安装于工作台上；激光发射机构具有中心轴，该中心轴伸入电主轴中；激光发射机构的中心轴为中空结构，中空结构内部为激光光线通道；激光反射机构设于中心轴内部末端，并随中心轴伸入电主轴内，接收并反射激光光线；

激光发射调整机构包括导轨、水平丝杠、垂直丝杠、水平调整把手、高度调整把手以及电机，其中导轨两端分别通过导轨固定平台滑动安装于工作台的固定支架的导向柱上，导轨固定平台与垂直丝母固接，垂直丝母与垂直丝杠啮合，垂直丝杠安装于一个固定支架上，上端部固连高度调整把手；电机设于一电机箱内，电机箱与导轨滑动连接，电机箱通过水平丝母与水平丝杠啮合；水平调整把手通过连接杆与水平丝杠同轴固定连接；

还具有使中心轴与电主轴同步转动的变频器，安装于工作台下方的配电箱内。

2.根据权利要求1所述的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于：激光发射机构包括激光头、中心轴以及电机，其中，激光头通过激光头夹持架固定在激光发射调整机构上，中心轴转动安装于中心轴安装座上，中心轴安装座固定于激光发射调整机构上；电机输出轴通过传动装置与中心轴转动连接。

3.根据权利要求1所述的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于：中心轴采用可伸缩结构，并带有刻度。

4.根据权利要求1所述的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于：激光反射机构包括反光镜和减速电机，反光镜安装于减速电机的输出轴上，减速电机安装于中心轴末端。

5.根据权利要求1所述的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于：还具有使中心轴与电主轴同步转动的变频器，安装于工作台下方的配电箱内。

6.根据权利要求1所述的高档数控机床电主轴振动的激光检测台，其特征在于：工作台台面上开有螺纹孔。

7.一种高档数控机床电主轴振动的激光检测台检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将待检测的电主轴安装在工作台上，将刀柄安装在电主轴上，供给其正常运转时需要的条件，保证其能正常运转；

2)对中，让待检测的电主轴中心和检测平台的中心轴在同一直线上；

3)启动待检测电主轴，使其空转30分钟，消除热影响；

4)将中心轴伸入电主轴，通过中心轴上的可伸缩结构使其伸到一确切位置，再固定中心轴的长度，并记录下此时的位置；

5)打开激光发射机构，让其发射的激光光线通过激光反射机构反射到待检测电主轴内表面某一点，并利用激光测试仪自带的自动对焦功能使其测试的信号符合要求；

6)启动电主轴到一固定转速，同时启动检测平台所带电机，并通过变频器使其转速与待检测电主轴转速相同；

7)启动中心轴（ 306） 内部的减速电机转动一周，并采集测量一圈的数据；

8)重复上诉步骤，完成不同位置的测量；

2.1)拉动对中辅助件的把手，将对中辅助件拔出一部分，拧紧螺钉；

2.2)通过调节水平调整把手和高度调整把手，使得对中辅助件上的凸起部分与安装在待检测电主轴的刀柄上的凹陷部分相契合；

2.3)拧松螺钉，将对中辅助件收回，拧紧螺钉。

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