CN112197678A - 一种平行转轴的平行度检具及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行转轴的平行度检具及测量方法，包括：分体式设置的横梁和参照平板，参照平板在测量时置于横梁的一侧，横梁一侧设置第一表架、角支座、第二表架和V支座，所述的第一表架设置竖直的第一测量表，角支座上设置水平的第二测量表，第二表架上设置竖直的第三测量表；所述的角支座与V支座上分别设置用于与被测转轴和基准转轴刚性接触的支撑体。本发明以其中之一转轴为基准转轴，以平行于被测转轴、基准转轴并近似等距的000平板为基准面，始终保持4个触点与基准转轴、被测转轴面接触进行测算两转轴之间的平行度，本发明测试工具简单，测量方法简单，测量精度高。

Description

一种平行转轴的平行度检具及检测方法

技术领域

本发明公开了一种平行转轴的平行度检具及检测方法，涉及机械设备检测技术领域。

背景技术

金刚线切割机床是一种用专用金刚切割线对诸如单晶硅类单晶体棒料实施切割开片的专用机床，该机床通常设置2根或4根平行旋转主轴，在主轴上等间隔缠绕直径≤0.07mm、数量达数千根(目前通常在2000～4000根)的切割线，主轴带动切割线高速(目前最高线速度已达35m/s左右)正、反旋转，从而实现对单晶体棒料的切割，切割形成的切割片厚度通常不足0.2mm，为确保切割片质量与金刚切割线的使用寿命、控制断线率，就必须最大限度地控制各主轴间的平行度，提高各切割线在高速往复运动过程中受力均匀与恒定。因为在这样的高速下，断线轻则造成所切晶片与棒料的局部损坏，重则导致整体报废，而且为减小损失，还必须实施停机接线，从而进一步降低生产效率。因此，各主轴间的平行度是该机床必须严格控制与不断改进、提高的关键参数之一。

金刚线切割机床的体积通常在25m³以上，重量在15T以上，属于中大型专用设备；主轴属自由旋转体，径向无固定方位，因此自身无法构建固定的测量参照基准；如果在机床床身上创基准，不仅增加加工成本，而且由于跨度大，要保证基准精度则基准体积大、结构复杂，同时还会有基准误差的问题、基准要适应机床变化的问题等。

目前行业旋转主轴的平行度检测通常采用大型三坐标，这势必又存在两个方面的问题:1、目前国内生产制造此专用机床的厂家很少，且基本为民营，规模都不大，缺乏如此大型的三坐标设备，而仅为这一参数添置其利用率是很低的，得不偿失；2、目前国内如此大型三坐标的数量有限，难寻，即使找到了，受多种因素的限制，也不一定能为其提供检测服务，即便能提供检测服务，那检测+运输的成本高。因此目前市场该专用机床对旋转主轴平行度的检测与控制成本高、难实施、合格性保证有限。因此，亟需一种成本低、且易操作的平行转轴的平行度检具及检测方法

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种平行转轴的平行度检具及检测方法，结构简单，操作方便，能实现快速检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种平行转轴的平行度检具，包括：分体式设置的横梁和参照平板，所述参照平板在测量时置于横梁的一侧，参照平板近似等距(竖直方向)设置于被测转轴、基准转轴一侧，与被测转轴、基准转轴相近似平行；

所述的横梁为矩形截面樑，所述的横梁一侧通过均匀装配孔与定位销孔依次设置第一表架、角支座、第二表架和V支座，所述角支座一侧用于放置被测转轴，所述V支座一侧用于放置基准转轴；所述的第一表架设置竖直的第一测量表，角支座上设置水平的第二测量表，第二表架上设置竖直的第三测量表；所述的角支座与V支座上分别设置用于与被测转轴和基准转轴刚性接触的支撑体。

测量时，被测转轴与基准转轴放置于横梁和参照平板之间，第一、第三测量表的测量杆与参照平板相接触，所述角支座及第二测量表的测量杆与被测转轴相接触，所述V支座与基准转轴相接触。

进一步的，所述的第一、第二表架为倒T形结构件，其上端面与横梁相连接，下端面的前、后面对称台阶面上设置前、后对称V形竖槽与装配孔，两侧V形竖槽用于连接测量表，表架中间部位设置减重孔，测量表可根据实际测量情况，选择前、后对称V形竖槽来进行安装。

进一步的，所述角支座采用90度直角，包括支撑部和与其垂直连接的表架部，所述支撑部上方与横梁连接，所述支撑部的侧端面连接支撑体；所述的表架部的末端的前、后面对称设置V形水平槽与装配孔；V形水平槽用于连接测量表，且测量表可根据实际测量情况，选择前、后对称V形水平槽来进行安装，角支座上的支撑体与被测转轴构成1个支撑触点。

V形竖槽与V形水平槽两侧设置压板装配孔，测量表的测量杆设置于槽体内，并通过压板进行固定。

本发明所述的第一、第二表架的前、后对称V形竖槽与装配孔，所述角支座的前、后面对称V形水平槽与装配孔，消除了测量表安装的前、后方向性，检具检测的前、后方向性，在提升检具应用灵活性的同时，两侧甚至可同时安装测量表，进行双方向测算，测量两组数据，提高测量的准确性。

进一步的，所述V支座为下凹槽等腰梯形结构件，包括顶面、两侧的等腰V边以及避让下凹槽，顶面设置与横梁相连接，两侧等腰V边的端面通过支撑体装配孔连接支撑体，其中一侧设置两个支撑体，另一侧设置一个支撑体；三个支撑体与基准转轴构成3个触点，3点成面与基准转轴的轴面重合。

进一步的，所述支撑体为单体多级台阶轴，包括依次连接的第一圆柱、限位圆柱和螺柱，第一圆柱、限位圆柱和螺柱的直径依次减小，在限位圆柱上设置对称扁方，第一圆柱用于与被测转轴和基准转轴刚性接触，第一圆柱的圆柱面与被测转轴面轴向垂直交叉形成点接触，支撑体通过螺柱固定在角支座与V支座上。

进一步的，所述的第一圆柱同轴连接轴承，轴承用于与被测转轴和基准转轴刚性接触，支撑体通过螺柱固定在角支座与V支座上，通过轴承取代了支撑体的第一圆柱，将检具组合体的滑动转化为滚动，提升检具移动的灵活性、减小移动阻力。

进一步的，所述参照平板为000级平板，第一测量表，第二测量表和第三测量表均为千分表。

一种平行转轴的平行度检测方法，包括以下步骤：

将参照平板置于两个转轴下方，参照平板与两个转轴近似等距放置即可，设定其中转轴一个为被测转轴，另一个为基准转轴；

将横梁置于两个转轴上方，其中角支座上的支撑体与被测转轴表面刚性接触，V支座上的支撑体与基准转轴表面刚性接触，且第一测量表和第三测量表的测量杆与参照平板相垂直接触，第二测量表的测量杆与被测转轴相水平接触；

沿转轴的始端向末端滑动横梁，测定被测转轴相对基准转轴在水平向、竖直向的变动值，并通过勾股定理计算得两个转轴平行度值Φt。

进一步的，平行度Φt具体计算方法包括以下步骤：

平行度

其中：△X为水平向变动值，△Y为竖直向变动值；

水平向变动值△X计算：

水平向变动值△X＝X_0S-X_0T

其中：X_0S为第二测量表的始端值，X_0T为第二测量表的末端值；

竖直向变动值△Y计算：

△Y＝(△Y_C-△Y₀)×K

其中：△Y_C为第一测量表从始端至末端的变动值，△Y₀为第三测量表从始端至末端的变动值，K为修正系数；

△Y_C＝Y_CS+Y_CT-2Ycmin

其中：Y_CS为第一测量表的始端值，Y_CT为第一测量表的末端值，Ycmin为第一测量表的最小值；

△Y₀＝＝Y_0S+Y_0T-2Y₀min

其中：Y_0S为第三测量表的始端值，Y_0T为第三测量表的末端值，Y₀min为第三测量表的最小值；

K＝S_T/S₀

其中：S₀为第一测量表与第三测量表之间中心线间距、S_T为被测转轴与基准转轴之间的轴距。

本发明测量时：当平行转轴的轴径不同时，只需调整改变角支架千分表安装位与轴线近似等高即可；而当轴径相同、平行转轴间距小范围变化时，可用同一兼容检具，只要平行转轴不与表架之间干涉即可，若间距变化范围大时，则只需调整改变表支架在横梁上的间距或改变横梁的长度即可。

本发明的000级平板放置只要与基准转轴、被测转轴近似平行、等距即可，与平板面平行方向的千分表安装位亦只需与轴线近似等高即可，均无基准找正、多点校零等精确调试要求；测试时，只要检具平稳移动刚性体从一端至另一端，记录3个千分表的端值、最小值即可。

工作原理：本发明以其中之一转轴为基准转轴，以平行于被测转轴、基准转轴并近似等距的000级平板为基准面，始终保持4个触点与基准轴面、被测转轴面接触，移动检具组合体从转轴的一端至另一端，测定其他转轴相对基准转轴在水平、垂直(即X、Y)向的变动值，通过勾股定理计算以及系统误差修正，从而求得转轴平行度。

有益效果：1.本发明检具结构简单，制造成本低、检测精度高、影响因素少，可靠性好。

2.本发明能对旋转主轴平行度实施快速检测，无需借助或依赖其他检测设备，适应生产现场实时检测，调试简单，检测过程无环境、场所、翻转、搬运等要求，实操性强，适应性广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明横梁的结构示意图；

图3为本发明表架的结构示意图；

图4为本发明角支座的结构示意图；

图5为本发明V支座的结构示意图；

图6为本发明支撑体的结构示意图；

图7为本发明另一种支撑体的结构示意图；

图8为本发明平行度原理图；

图9为图8中M向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1～2所示的一种实施例，一种平行转轴的平行度检具，包括：分体式设置的横梁1和参照平板5，所述参照平板5在测量时置于横梁1的一侧，参照平板5近似等距(竖直方向)设置于被测转轴A、基准转轴B一侧，与被测转轴A、基准转轴B相近似平行；

所述的横梁1一侧通过定位销孔和装配孔依次连接第一表架21、角支座4、第二表架22和V支座7，所述角支座4一侧用于放置被测转轴A，所述V支座7一侧用于放置基准转轴B；所述的第一表架21设置竖直的第一测量表31，角支座4上设置水平的第二测量表32，第二表架22上设置竖直的第三测量表33；所述的角支座4与V支座7上分别设置用于与被测转轴A和基准转轴B刚性接触的支撑体8。

如图3所示，所述的第一、第二表架22为倒T形结构件，其上端面设置装配孔和定位销孔与横梁1相连接，下端面的前、后面对称台阶201面上设置前、后对称V形竖槽202与压板装配孔204，两侧V形竖槽202用于连接测量表，表架中间部位设置减重孔203，测量表通过压板6可拆卸安装于台阶201上。

如图4所示，所述角支座4采用90度直角，包括支撑部401和与其垂直连接的表架部402，所述支撑部上方设置装配孔和定位销孔与横梁1连接，所述支撑部401的侧端面设置装配孔连接支撑体8；所述的表架部的末端的前、后面对称设置V形水平槽403与压板装配孔404；V形水平槽用于连接测量表。

V形竖槽与V形水平槽两侧设置压板装配孔，测量表的测量杆设置于槽体内，并通过压板6进行固定

如图5所示，所述V支座7为下凹槽等腰梯形结构件，包括顶面701、两侧的等腰V边702以及避让下凹槽703，顶面701设置装配孔和定位销孔与横梁1相连接，两侧等腰V边的端面通过支撑体装配孔连接支撑体8，其中一侧设置两个支撑体8，另一侧设置一个支撑体8。

如图6所示，所述支撑体8为单体多级台阶轴，包括依次连接的第一圆柱801、限位圆柱802和螺柱803，第一圆柱801、限位圆柱802和螺柱803的直径依次减小，在限位圆802柱上设置对称扁方804，第一圆柱801用于与被测转轴和基准转轴刚性接触，支撑体8通过螺柱固定在角支座4与V支座7上。

如图7所示，所述的第一圆柱同轴连接轴承805，轴承用于与被测转轴和基准转轴刚性接触，支撑体8通过螺柱固定在角支座4与V支座7上。

所述参照平板5为000级平板5，第一测量表31，第二测量表32和第三测量表33均为千分表。

如图8～9所示，一种平行转轴的平行度检测方法，包括以下步骤：

将参照平板等距置于两个转轴下方，设定其中转轴一个为被测转轴，另一个为基准转轴；

将横梁置于两个转轴上方，其中角支座上的支撑体与被测转轴表面刚性接触，V支座上的支撑体与基准转轴表面刚性接触，且第一测量表和第三测量表的测量杆与参照平板相竖直接触，第二测量表的测量杆与被测转轴相水平接触；

沿转轴的始端向末端滑动横梁，测定被测转轴相对基准转轴在水平向、竖直向的变动值，并通过勾股定理计算得两个转轴平行度值Φt。

平行度Φt具体计算方法包括以下步骤：

平行度

其中：△X为水平向变动值，△Y为竖直向变动值；

水平向变动值△X计算：

水平向变动值△X＝X_0S-X_0T

其中：X_0S为第二测量表的始端值，X_0T为第二测量表的末端值；

竖直向变动值△Y计算：

△Y＝(△Y_C-△Y₀)×K

其中：△Y_C为第一测量表从始端至末端的变动值，△Y₀为第三测量表从始端至末端的变动值，K为修正系数；

△Y_C＝Y_CS+Y_CT-2Ycmin

其中：Y_CS为第一测量表的始端值，Y_CT为第一测量表的末端值，Ycmin为第一测量表的最小值；

△Y₀＝＝Y_0S+Y_0T-2Y₀min

其中：Y_0S为第三测量表的始端值，Y_0T为第三测量表的末端值，Y₀min为第三测量表的最小值；

从图8中的M向视图(图9)中得出：基准平面的平行线过基准转轴、被测转轴轴线交点K的平面，即第一测量表、第三测量表的测量截面。当检具从始端至末端，第一测量表与第三测量表的测值出现测值逐渐减小、在交点K处达到最小值、过交点K后测值再逐渐增大情况；从而导致第一测量表与第三测量表在K点两侧出现测值方向改变、一侧测值完全涵盖另一侧测值的情况，如果Y向变量仅采用始端值与末端值之差，即：

△Y₀＝Y_0T-Y_0S、△Y_C＝Y_CT-Y_CS

则最终导致△Y₀、△Y_C为两侧测量数据相互抵消后的差值的错误数据；而△Y₀、△Y_C的实际变量值为：

△Y₀＝(Y_0T-Y₀min)+(Y_0S-Y₀min)＝Y_0S+Y_0T-2Y₀min

△Y_C＝(Y_CT-Y_Cmin)+(Y_CS-Y_Cmin)＝Y_CS+Y_CT-2Y_Cmin；

K＝S_T/S₀

其中：S₀为第一测量表与第三测量表之间中心线间距、S_T为被测转轴与基准转轴之间的轴距；

修正系数K计算：

根据图8中等角三角形关系得出：△Y:△Y_C-△Y₀＝S_t:S_C

则△Y＝S_T(△Y_C-△Y₀)/S₀

△Y＝(△Y_C-△Y₀)×K；

本发明应用3点确定一个面的原理，以其中之一转轴为被测转轴，以平行于被测转轴、基准转轴并近似等距的000级平板为基准面，测定其他转轴相对基准转轴在水平、垂直(即X、Y)向的变动值，通过勾股定理计算以及系统误差修正，从而求得转轴平行度。

本发明检具结构简单，制造成本低、检测精度高、影响因素少，可靠性好，满足高精度平行度的检测要求，特别是分辨要求达到0.001～0.01mm级的精度等级的检测。

本发明能对旋转主轴平行度实施快速检测，无需借助或依赖其他检测设备，适应生产现场实时检测，调试简单，检测过程无环境、场所、翻转、搬运等要求，实操性强，适应性广。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，包括：分体式设置的横梁和参照平板，所述参照平板在测量时置于横梁的一侧，所述的横梁一侧依次设置第一表架、角支座、第二表架和V支座，所述角支座一侧用于放置被测转轴，所述V支座一侧用于放置基准转轴；所述的第一表架设置竖直的第一测量表，角支座上设置水平的第二测量表，第二表架上设置竖直的第三测量表；所述的角支座与V支座上分别设置用于与被测转轴和基准转轴刚性接触的支撑体。

2.根据权利要求1所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述的第一、第二表架为倒T形结构件，其上端面与横梁相连接，下端面的前、后面对称台阶面上设置前、后对称V形竖槽与装配孔，两侧V形竖槽用于连接测量表。

3.根据权利要求1所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述角支座采用90度直角，包括支撑部和与其垂直连接的表架部，所述支撑部上方与横梁连接，所述支撑部的侧端面连接支撑体；所述的表架部的末端的前、后面对称设置V形水平槽与装配孔；V形水平槽用于连接测量表。

4.根据权利要求1所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述V支座为下凹槽等腰梯形结构件，包括顶面、两侧的等腰V边以及避让下凹槽，顶面设置与横梁相连接，两侧等腰V边的端面连接支撑体，其中一侧设置两个支撑体，另一侧设置一个支撑体。

5.根据权利要求1所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述支撑体为单体多级台阶轴，包括依次连接的第一圆柱、限位圆柱和螺柱，第一圆柱、限位圆柱和螺柱的直径依次减小，在限位限位圆柱上设置对称扁方，第一圆柱用于与被测转轴和基准转轴刚性接触，支撑体通过螺柱固定在角支座与V支座上。

6.根据权利要求5所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述的第一圆柱同轴连接轴承，轴承用于与被测转轴和基准转轴刚性接触。

7.根据权利要求1所述的一种平行转轴的平行度检具，其特征在于，所述参照平板为000级平板，第一测量表，第二测量表和第三测量表均为千分表。

8.一种用于实现权利要求1至7中任一项平行转轴的平行度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将参照平板置于两个转轴下方，设定其中转轴一个为被测转轴，另一个为基准转轴；

将横梁置于两个转轴上方，其中角支座上的支撑体与被测转轴表面刚性接触，V支座上的支撑体与基准转轴表面刚性接触，且第一测量表和第三测量表的测量杆与参照平板竖直向相接触，第二测量表的测量杆与被测转轴水平向相接触；

沿转轴的始端向末端滑动横梁，测定被测转轴相对基准转轴在水平向、竖直向的变动值，并通过勾股定理计算得两个转轴平行度值Φt。

9.根据权利要求8所述的一种平行转轴的平行度检测方法，其特征在于，

平行度Φt具体计算方法包括以下步骤：

平行度

其中：△X为水平向变动值，△Y为竖直向变动值；

水平向变动值△X计算：

水平向变动值△X＝X_0S-X_0T

其中：X_0S为第二测量表的始端值，X_0T为第二测量表的末端值；

竖直向变动值△Y计算：

△Y＝(△Y_C-△Y₀)×K

其中：△Y_C为第一测量表从始端至末端的变动值，△Y₀为第三测量表从始端至末端的变动值，K为修正系数；

△Y_C＝Y_CS+Y_CT-2Ycmin

其中：Y_CS为第一测量表的始端值，Y_CT为第一测量表的末端值，Ycmin为第一测量表的最小值；

△Y₀＝＝Y_0S+Y_0T-2Y₀min

其中：Y_0S为第三测量表的始端值，Y_0T为第三测量表的末端值，Y₀min为第三测量表的最小值；

K＝S_T/S₀

其中：S₀为第一测量表与第三测量表之间中心线间距、S_T为被测转轴与基准转轴之间的轴距。

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