CN108627123A - 车床同轴度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

车床同轴度检测装置及检测方法。本发明提供一种基于光栅调节车床卡盘同轴度的装置及方法，涉及的是一种车床卡盘的精度调节检测领域。该装置结构包括：光栅传感器、传感器支架、Z轴向调节滑台、左右滑台支架、XY轴向调节滑台、左右角形支架、母线、以及重锤。该装置可实现非接触式检测，通过显示器直接将测试数据显示，检测速度快且操作简单，克服了传统通过读千分表示数来确定偏差值的速度慢、精度差、操作繁琐的缺点；同时，提供了一种在普通车床上两个卡盘间的同轴度调节方法，利用光栅技术优化了调节方法，极大提升车床精度，提高了车床精度的调节效率、降低操作难度，进一步提升产品质量。

Description

车床同轴度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种车床检测装置及方法，特别是，涉及一种车床同轴度检 测装置及方法。

背景技术

众所周知，在制造生产领域，车床是最基本、最主要的生产设备之一。 车床加工产品的精度好坏直接取决于车床的精度，而决定车床精度的因素除 了先天的车床自身制造水平和零部件配合精度外，后天的车床调节精度也起 到了关键性的作用；其中，同轴度这个参数在车床精度调节中更是重中之重。

传统的调节车床同轴度精度的方法是，使用两根高精度的校准棒分别夹 持在两端卡盘上，用千分表分别检测两根校准棒的精度，根据千分表的测量 的示数进行车床精度的调节；具体方法主要包括3个步骤：1、调节床身的 水平度，2、调节两卡盘的跳动，3、调节两根校准棒的同心度；完成以上三 个步骤即可算是完成了同轴度的调节工作。但由于采用接触式的千分表检测 精度，不可避免地产生测量误差，导致车床调节精度较低，影响后期加工的 产品质量；同时，千分表检测需要一定的空间及固定位置，很多情况下无法 满足该条件，这也造成了传统调节方法的局限性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述问题的车床同轴度检测装置及 检测方法。

光栅传感器两端分别由投光器和接收器组成，投光器发出的光直射到接 收器上，形成一个光幕平面，任何放置在光幕之间的物体将会阻挡一部分光 纤使其不能射到相应的接收器上，通过检测这些未被接收的光来测量物体外 径。

所述车床同轴度检测装置及检测方法基于光栅技术优化传统的调节过 程，极大提升车床精度，提高了精度的调节效率、降低操作难度，进一步提 升产品质量。

附图说明

图1是本发明一实施例的车床同轴度检测装置的结构示意图。

图2是本发明一实施例的光栅传感器装置的结构示意图。

图3是本发明一实施例的左侧三维调节支架的结构示意图。

图4是本发明一实施例的右侧三维调节支架的结构示意图。

图5(a)～图5(d)是本发明一实施例的右侧三维调节支架位于不同位置时 的示意图。

图6(a)至图6(h)是本发明一实施例的光栅传感器在不同位置不同旋转角 度时的读数的示意图。

图7是本发明一实施例的芯层/包层同心度统计图表。

主要元件符号说明

车床 1

床身 10

导轨 11

左卡盘座 12

左卡盘 13

右卡盘座 14

右卡盘 15

调整垫块 19

车床同轴度检测装置 2

光栅传感器装置 20

第一光栅传感器装置 200

第二光栅传感器装置 201

传感器支架 202

第一传感器支架 202a

第二光栅传感器支架 202b

光栅传感器 204

第一光栅传感器 204a

第二光栅传感器 204b

第三光栅传感器 204c

第四光栅传感器 204d

平板 205

线槽 206

通信线缆 207

显示器 208

母线结构 22

母线 220

重锤 222

左侧三维调节支架 24

左侧滑台支架 240

左侧XY轴向调节滑台 242

左侧Z轴向调节滑台 244

左侧支架 246

第一固定板 2460

第一连接板 2462

抵持板 2464

右侧三维调节支架 26

右侧滑台支架 260

右侧XY轴向滑台 262

右侧Z轴向滑台 264

右侧支架 266

第二固定板 2660

支撑部 2662

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一 个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组 件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组 件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可 能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右” 以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技 术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用 的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所 使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组 合。

本发明的车床同轴度检测装置及调节方法用来调节一种车床的同轴度。 车床可为任意需要调节同轴度的车床，如下实施例中以MVCD车床为例进 行详细说明，但是本领域技术人员应当理解，并不仅限于实施例中的车床。 MCVD车床是一种制作光纤预制棒的设备，产品的生产工艺对车床自身的两 卡盘间同轴度精度要求很高，本发明的车床同轴度检测装置可以满足其精度 调节需求。

请参阅图1所示，车床1包括床身10、设置在所述床身10上的导轨11,、 左卡盘座12及设置在所述左卡盘座12上的左卡盘13、右卡盘座14及设置 在所述右卡盘座14上的右卡盘15。其中所述左卡盘座12固定设置在所述床 身10上，所述右卡盘座14能够滑动地设置在所述导轨11上。所述左卡盘 13能够相对所述左卡盘座12转动，所述右卡盘15能够相对所述右卡盘座 14转动。所述床身10通过多个调整垫块19支撑于地面或固定承载面上，可 通过调节所述调整垫块19来调节所述床身10的水平度。所述左卡盘13与 所述左卡盘座12轴心处设置有通孔，所述右卡盘座14和所述右卡盘15轴 心处也设置有通孔。所述左卡盘13与所述右卡盘15相对设置，且共轴心。

本发明实施方式提供的一种车床同轴度检测装置2，用于检测与调节所 述左卡盘13与所述右卡盘15的同轴度精度，包括光栅传感器装置20、母线 结构22、左侧三维调节支架24及右侧三维调节支架26。所述左侧三维调节 支架24及所述右侧三维调节支架26分别位于所述床身10的两相对侧，所 述母线结构22连接所述左侧三维调节支架24及所述右侧三维调节支架26， 所述光栅传感器装置20设置在所述左卡盘座12及所述左卡盘13、所述右卡 盘座14及所述右卡盘15上。

所述光栅传感器装置20数量为两个，其中第一光栅传感器装置200设 置在所述左卡盘座12及所述左卡盘13上，所述第二光栅传感器装置201设 置在所述右卡盘座14及所述右卡盘15上。

请一并参阅图2所示，每一光栅传感器装置20包括传感器支架202、设 置在所述传感器支架两端的光栅传感器204，设置在所述传感器支架中的线 槽206及与所述光栅传感器204通信连接的显示器208。所述光栅传感器204 通过所述通信线缆207连接所述显示器208，从而所述光栅传感器204的感 测数据通过所述通信线缆207传送至所述显示器208。所述传感器支架202 为空心结构，大致呈圆筒状，上部开有所述线槽206，用于穿过母线。所述传感器支架202两相对端分别焊接有平板205，用于承载光栅传感器204。 用于承载所述光栅传感器204的平板205的平行度公差最好控制在0.01mm 以内。所述线槽206宽度约4mm，可以理解的是，在其他实施方式中，所述 线槽206的宽度可根据母线的直径进行适当调整，例如可为2mm、3mm、5mm 等。所述光栅传感器204包括相对设置的投光器2040和接收器2042。所述 投光器2040发出的光直射到所述接收器2042上，形成一个光幕平面，任何 放置在光幕之间的物体将会阻挡一部分光纤使其不能射到相应的接收器上， 从而能够通过检测这些未被接收的光来测量物体外径。

所述左卡盘座12及所述左卡盘13中心开设有通孔，所述第一光栅传感 器装置200穿过所述通孔，使得设置在所述第一光栅传感器装置200的第一 传感器支架202a两端的光栅传感器204分别位于所述左卡盘座12及所述左 卡盘13的两侧。具体地，光栅传感器204包括位于所述左卡盘座12远离所 述左卡盘13的一侧的第一光栅传感器204a，及位于所述左卡盘13远离所述 左卡盘座12的一侧的第二光栅传感器204b。

所述右卡盘座14及所述右卡盘15中心开设有通孔，所述第二光栅传感 器装置201穿过所述通孔，使得设置在所述第二光栅传感器装置201的第二 光栅传感器支架202b两端的光栅传感器204分别位于所述右卡盘座14及所 述右卡盘15的两侧。具体地，光栅传感器204包括位于所述右卡盘15远离 所述右卡盘座14的一侧的第三光栅传感器204c，及位于所述右卡盘座14远 离所述右卡盘15的一侧的第四光栅传感器204d。

所述母线结构22包括母线220及重锤222。所述母线一端固定在所述左 侧三维调节支架24上，依次穿过所述第一光栅传感器204a、所述左卡盘座 12、所述左卡盘13、所述第二光栅传感器204b、第三光栅传感器204c、所 述右卡盘15、所述右卡盘座14、所述第四光栅传感器204d到达所述右侧三 维调节支架26，然后从所述右侧三维调节支架26远离所述左侧三维调节支 架24的一侧自由垂下，其垂下的自由端固定连接所述重锤222。所述重锤222的重力使得所述母线220处于绷紧状态。

请一并参阅图3所示，所述左侧三维调节支架24包括左侧滑台支架240、 左侧XY轴向调节滑台242、左侧Z轴向调节滑台244及左侧支架246。所 述左侧支架246用于固定所述母线220。在本实施例中，所述左侧支架246 为角型支架，所述左侧支架246包括固定在所述XY轴向调节滑台242上的 第一固定板2460，大致垂直于所述第一固定板2460的第一连接板2462，及 分别抵持于所述第一固定板2460与所述第一连接板2462的抵持板2464。所 述抵持板2464相对所述第一固定板2460及所述第一连接板2462均倾斜， 与所述第一固定板2460及所述第一连接板2462共同形成一大致三角形结 构。所述母线220固定在所述第一连接板2462上。所述左侧XY轴向调节 滑台242能够相对所述左侧滑台支架240分别沿着X轴向、Y轴向滑动，所 述左侧滑台支架240能够相对所述左侧Z轴向调节滑台244沿Z轴向滑动，从而能够带动固定在所述第一连接板2462上的母线220沿着X轴向、Y轴 向及Z轴向滑动。所述左侧Z轴向调节滑台244可固定在地面或其他固定承 载面上。在图所示的实施例中，所述左侧Z轴向滑台244固定在所述床身 10靠近所述左卡盘座12的一侧。

请一并参阅图4所示，所述右侧三维调节支架26结构与所述左侧三维 调节支架24的结构大致相同，包括右侧滑台支架260、右侧XY轴向调节滑 台262、右侧Z轴向调节滑台264及右侧支架266。所述右侧支架266用于 固定所述母线220。在本实施例中，所述右侧支架266包括固定在所述右侧 XY轴向调节滑台262上的第二固定板2660，及设置在所述第二固定板2660 一端的支撑部2662。所述支撑部2662大致呈圆柱形，所述母线220能够滑 动地设置在所述圆柱形外表面上。所述右侧XY轴向调节滑台262能够相对 所述右侧滑台支架260分别沿着X轴向、Y轴向滑动，所述右侧滑台支架 260能够相对所述右侧Z轴向调节滑台264沿Z轴向滑动，从而能够带动支 承在所述支撑部2662上的母线220沿着X轴向、Y轴向及Z轴向滑动。所 述右侧Z轴向调节滑台264可固定在地面或其他固定承载面上。在图所示的实施例中，所述右侧Z轴向滑台264固定在所述床身10靠近所述右卡盘座 14的一侧。

使用上所述的车床同轴度检测装置2对车床进行调节，过程如下：

首先，调节车床床身水平度：如图5(a)所示，使用水平仪测量床身位 置Ⅰ、位置Ⅱ、位置Ⅲ的X方向及Y方向水平度，通过调节所述车床1的 床身10下边的调整垫块19，使车床水平度偏差≤0.1mm/m；调整后结果如下： (高点顺着箭头方向的为“+”，逆向箭头的为“-”)

位置	X方向(mm/m)	Y方向(mm/m)
			位置Ⅰ	+0.01	-0.01
位置Ⅱ	+0.015	-0.03
			位置Ⅲ	+0.05	+0.01

接着，安装所述左侧三维调节支架24及所述右侧三维调节支架26，并 将末端悬挂所述重锤222的母线220穿过所述左卡盘座12、所述左卡盘13、 所述右卡盘15、所述右卡盘座14后分别固定在所述左侧三维调节支架24、 所述右侧三维调节支架26上，并通过目视初步调节所述母线220的中心位 置；

接着，确定所述母线220的位置：从左向右移动所述右卡盘15及所述 右卡盘座14，根据光栅传感器示数，分别调节所述左侧Z轴向调节滑台244、 所述左侧XY轴向调节滑台242、所述右侧Z轴向调节滑台264、所述右侧 XY轴向调节滑台262，使所述母线220在Z方向及Y方向的最大值与最小 值偏差＜0.15mm/m；若达不到该标准，则需要对导轨水平度进行调整。

对所述左、右三维调节支架24、26进行调整后结果如下：(高点顺着箭 头方向的为“+”，逆向箭头的为“-”)

接着，调节所述左卡盘13的中心：第一光栅传感器204a读数如图6(a) 所示，第二光栅传感器204b读数如图6(b)所示，分别在A-1、B-1测试点 时将所述第一光栅传感器204a、所述第二光栅传感器204b清零，以该点位 作为零点位置，然后旋转所述左卡盘13，分别在12点、3点、6点、9点钟 方向读取四个值，并做记录；两个光栅传感器(所述第一光栅传感器204a、 所述第二光栅传感器204b)读数共8个值，经过对所述左卡盘座12调整螺 栓后需要满足以下要求，方可视为所述左卡盘中心调节完成：

(A-1)＝0；

(B-1)＝0；

(A-2)-(B-2)<0.1mm；

(A-3)-(B-3)<0.1mm；

(A-4)-(B-4)<0.1mm；

其中(A-1)、(A-2)、(A-3)、(A-4)为所述第一光栅传感器204a在所 述左卡盘13旋转至12点、3点、6点、9点钟方向时的读数、(B-1)、(B-2)、 (B-3)、(B-4)为所述第二光栅传感器204b在所述左卡盘13旋转至12点、 3点、6点、9点钟方向时的读数。

经过对卡盘座调整螺栓调节后结果如下：

接着，调节导轨水平度：将所述右卡盘座14及所述右卡盘15移动到位 置Ⅰ后，在(C-Ⅰ-1)、(D-Ⅰ-1)测试点将传感器清零，然后旋转所述右卡 盘15，分别在12点、3点、6点、9点钟方向读取所述第三、第四光栅传感 器204c、204d的示数，如图6(c)、(d)所示；将该组8个值与上述左卡测 试数据的8个值进行比较，需满足以下要求，否则对所述导轨11进行Y方向、Z方向的调节：

(C-I-1)＝0；

(D-I-1)＝0；

(C-I-2)-(D-I-2)<0.1mm；

(C-I-3)-(D-I-3)<0.1mm；

(C-I-4)-(D-I-4)<0.1mm；

其中(C-I-1)、(C-I-2)、(C-I-3)、(C-I-4)为所述第一光栅传感器204a 在所述左卡盘13旋转至12点、3点、6点、9点钟方向时的读数、(D-I-1)、 (D-I-2)、(D-I-3)、(D-I-4)为所述第二光栅传感器204b在所述左卡盘13 旋转至12点、3点、6点、9点钟方向时的读数。

接着，将所述右卡盘座14及所述右卡盘15移动到位置Ⅱ、位置Ⅲ，读 取所述右卡盘座14及所述右卡盘15左右两侧的光栅传感器(第三、第四光 栅传感器204c、204d)的相应读数，分别如图6(e)、(f)、(g)、(h)所示； 再将该值与之前的读数进行比较，需满足以下要求，否则对所述导轨11继 续调节：

对所述导轨进行Y方向、Z方向调节后，结果如下：

最后，调节所述右卡盘15的中心：将所述右卡盘15分别移动至位置Ⅰ、 位置Ⅱ、位置Ⅲ，读取在相应位置时所述第三光栅传感器204c及所述第四 光栅传感器204d的读数，并计算两个光栅传感器的读数的差值的绝对值， 该绝对值的最大值需要满足以下要求，否则继续对所述右卡盘座14的调整 螺栓进行调节：

检测结果如下：

以上精度检测结果满足工艺验收条件；使用该设备连续生产2个月多模 芯棒(共30根棒)，以上芯棒均匹配套管在拉丝塔上制成光纤。对光纤产品 进行测试，并统计、分析测试结果，具体如下表及图7所示：(光纤测试结 果中主要反应车床精度的参数为“芯层\包层同心度”)

多模光纤的芯/包层同心度误差标准在1μm以内，从数据中可以看出， 所有芯棒参数均在该范围以内。所以，经过该方法调节的车床同轴度完全满 足日常生产要求。

在上所述的实施例中，所述车床同轴度检测装置2将所述母线设置在所 述光栅传感器的投光器和接收器之间，通过所述光栅传感器的读数来判断所 述左卡盘13和所述右卡盘15的同轴度精度及所述导轨的水平度，通过设置 在所述车床两侧的三维调节结构来调节所述母线的相对位置，当所述母线位 置改变时，通过比较改变前后所述光栅传感器的读数来判断同轴度精度及水 平度是否符合要求，结构简单，且不需要占据较大空间。

可以理解的是，当仅仅需要检测及调节所述左卡盘13与所述右卡盘15 的轴心同轴度时，可仅仅在所述左卡盘13及所述右卡盘15的一侧设置所述 光栅传感器，通过旋转所述左、右卡盘13、15时所述光栅传感器的读数变 化来判断所述左卡盘13和所述右卡盘15的同轴度精度。

可以理解的是，所述母线220也可以固定在所述右侧三维调节支架26 上，此时所述重锤222固定在所述母线220靠近所述左侧三维调节支架24 的一侧。

可以理解的是，所述左、右三维调节支架24、26也可以为其他类似结 构，只要能实现使固定在所述三维调节支架上的母线在三维方向上移动即 可。

可以理解的是，上述实施例中的0.1mm、1um可根据实际需要设置为其 他预定值，该预定值越小，同轴度精度越高。

另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做 出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利 要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种车床同轴度检测装置，用于检测与调节车床同轴度，所述车床包括床身及设置在所述床身上的左卡盘座和右卡盘座，所述左卡盘座上设置有左卡盘，所述右卡盘座上设置有右卡盘，其特征在于，所述车床同轴度检测装置包括：

设置在所述左卡盘轴心及所述右卡盘轴心上的光栅传感器装置，所述光栅传感器装置包括光栅传感器，所述光栅传感器包括成对间隔设置的投光器和接收器；及

母线结构，所述母线结构包括穿设于所述左卡盘轴心及所述右卡盘轴心、所述光栅传感器的投光器和接收器之间的母线及固定于所述母线一端的重锤。

2.如权利要求1所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述光栅传感器装置包括传感器支架、固定设置在所述传感器支架的平板、固定设置在所述平板上的光栅传感器，所述传感器支架穿设在所述左卡盘或所述右卡盘的轴心处。

3.如权利要求2所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述传感器支架还穿设于所述左卡盘座或所述右卡盘座的轴心，所述传感器支架两相对侧分别设置有平板，每一平板上固定设置一光栅传感器，其中一个光栅传感器临近所述左卡盘座或所述右卡盘座，另一光栅传感器临近所述左卡盘或所述右卡盘。

4.如权利要求3所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述车床同轴度检测装置还包括：

左侧三维调节支架，设置在所述床身一侧；及

右侧三维调节支架；设置在所述床身远离所述左侧三维调节支架的一侧；其中，所述母线一端固定于所述左侧三维调节支架及所述右侧三维调节支架中的一者，另一端能够移动地支承在所述左侧三维调节支架及所述右侧三维调节支架中的另一者上，并向下延伸以连接所述重锤，通过调节所述左侧三维调节支架或所述右侧三维调节支架能够调节所述母线相对所述床身在三维方向的位置。

5.如权利要求4所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述左侧三维调节支架或所述右侧三维调节支架包括滑台支架、XY轴向调节滑台、Z轴向调节滑台及固定支架，其中所述Z轴向调节滑台与所述床身固定连接，所述滑台支架能够相对所述Z轴向调节滑台沿垂直所述床身的方向滑动，所述XY轴向调节滑台能够相对所述滑台支架在X、Y轴方向上滑动，所述固定支架固定设置在所述XY轴向调节滑台上，用于固定或支承所述母线。

6.如权利要求5所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，固定连接所述母线一端的固定支架为角型支架，支承所述母线且靠近所述重锤的固定支架为圆柱形支架。

7.如权利要求4所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述床身上设置有导轨，所述左卡盘座固定与所述右卡盘座中的一者固定设置在所述床身上，所述左卡盘座固定与所述右卡盘座中的另一者滑动设置在所述导轨上，能够相对所述左卡盘座向靠近或远离所述左卡盘座的方向滑动。

8.如权利要求1所述的车床同轴度检测装置，其特征在于，所述床身远离所述左卡盘座和所述右卡盘座的一侧设置有调整垫块，用于调节所述床身的水平度。

9.一种车床同轴度检测方法，其特征在于，利用权利要求7所述的车床同轴度检测装置，所述方法包括：

旋转所述左卡盘或所述右卡盘；

读取所述左卡盘或所述右卡盘位于不同旋转位置时的光栅传感器读数；

计算设置在所述左卡盘座或所述右卡盘座上的左右两个光栅传感器的读数差值，当所述差值的绝对值小于预定值时，判断所述左卡盘中心或所述右卡盘中心检测合格。

10.如权利要求9所述的车床同轴度检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

使所述左卡盘、所述右卡盘发生相对移动；

所述左卡盘、所述右卡盘在不同相对位置时，读取分别位于所述左卡盘或所述右卡盘左右两侧的光栅传感器的读数；

当所述光栅传感器的读数的最大值与最小值的差值小于预定值时，判断所述导轨水平度合格。

11.如权利要求10所述的车床同轴度检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

沿着所述导轨使所述左卡盘与所述右卡盘中的一者滑动；

当所述左卡盘与所述右卡盘中的该者滑动至不同位置时，旋转所述左卡盘与所述右卡盘中的该者；

读取分别位于所述左卡盘与所述右卡盘中的该者左右两侧的光栅传感器在不同位置及不同旋转角度时的读数；

当位于所述左卡盘与所述右卡盘中的该者左右两侧的光栅传感器的读数的差值的绝对值小于预定值时，判断所述左卡盘与所述右卡盘中的该者的轴心同轴度合格。