CN112710442B - 数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,属于主轴性能检测技术领域,其包括底框,所述底框的内壁与移动框的外表面搭接,所述移动框的上表面与连接块的下表面固定连接。该数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,通过设置电动液压杆、施力板、限位放置孔、测量环、千分度表盘、螺纹筒和螺杆,可以控制第二电机工作,第二电机可以控制旋转框转动九十度,然后重复上述操作可以实现对主轴前后方向的测试,本装置可以调整施力板和测量环的高度,可以适用于不同尺寸的主轴测试,同时可以调整施力板对主轴施加载荷的方向,可以在多个方向实现对主轴的径向静刚度测试,使本装置的适用性和测试精度较为理想。
Description
技术领域
本发明属于主轴性能检测技术领域,具体为数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法。
背景技术
主轴是机床的核心功能部件,其性能直接影响到机床整机的性能。主轴轴向静刚度是指主轴单元在轴向载荷的作用下抵抗变形的能力,通常以主轴转子前端产生单位轴向位移时,在轴向位移方向上所施加的载荷来表示主轴的轴向静刚度。主轴的轴向静刚度作为评定数控机床整机质量和主轴单元设计的一项重要指标,不仅会影响加工部件的几何精度和表面质量,也是预测主轴动态特性、轴承寿命和噪声的基础。
现有机床主轴的检测多是只能对主轴某一位置施加竖直方向的载荷,单个位置采用相同方向的载荷检测方式容易出现误差,同时对不同尺寸主轴的检测有时需要更换不同的夹持机构,因此现有测试装置精准性和实用性不理想。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了克服现有技术的上述缺陷,本发明提供了数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,解决了现有机床主轴的检测多是只能对主轴某一位置施加竖直方向的载荷,单个位置采用相同方向的载荷检测方式容易出现误差,同时对不同尺寸主轴的检测有时需要更换不同的夹持机构,因此现有测试装置精准性和实用性不理想的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:数控机床主轴单元静刚度测试装置,包括底框,所述底框的内壁与移动框的外表面搭接,所述移动框的上表面与连接块的下表面固定连接,所述连接块的上表面与螺纹帽的下表面固定连接,所述螺纹帽的内壁与螺纹柱的外表面螺纹连接,所述螺纹柱的左端与第一电机的输出轴固定连接,所述第一电机机身的下表面与底框的上表面固定连接。
所述螺纹柱的右端与支撑旋转组件的左端固定连接,所述支撑旋转组件的下表面与底框的上表面固定连接,所述移动框内壁与第二轴承的外表面固定连接,所述第二轴承内壁设置有旋转框,所述旋转框的右侧面与齿圈的左侧面固定连接,所述齿圈的上表面与驱动组件的下表面啮合,所述驱动组件的上表面与移动框内壁的上表面固定连接。
所述旋转框内壁的上表面与加载装置的顶端固定连接,所述旋转框内壁的下表面设置有检测组件,所述检测组件包括两个第三轴承,所述第三轴承内壁套接有螺纹筒,所述螺纹筒内壁与螺杆的外表面螺纹连接,所述螺杆的顶端与连接板的下表面固定连接,所述连接板的上表面与两个千分度表盘的下表面固定连接,所述千分度表盘的上表面设置有测量环。
作为本发明的进一步方案:所述支撑旋转组件包括第一竖板,所述第一竖板的下表面与底框的上表面固定连接,所述第一竖板的左侧面设置有第一轴承,所述第一轴承内壁与转轴的外表面套接,所述转轴的左端与螺纹柱的右端固定连接。
作为本发明的进一步方案:所述驱动组件包括第二竖板,所述第二竖板的上表面与移动框内壁的上表面固定连接,所述第二竖板的左侧面与第二电机机身的右侧面固定连接,所述第二电机的输出轴与齿轮的右侧面固定连接,所述齿轮的下表面与齿圈的上表面啮合。
作为本发明的进一步方案:所述加载装置包括两个电动液压杆,所述电动液压杆的顶端与旋转框内壁的上表面固定连接,两个所述电动液压杆的底端与同一施力板的上表面固定连接,所述施力板的右侧面开设有限位放置孔,所述限位放置孔内壁上表面和内壁的下表面均设置有力传感组件,所述限位放置孔内壁的上表面和下表面均设置为弧形。
作为本发明的进一步方案:所述连接板的下表面与四个伸缩杆的顶端固定连接,所述伸缩杆的底端与旋转框内壁的下表面固定连接。
作为本发明的进一步方案:所述底框内壁的上表面开设有连接限位孔,所述连接块的正面和背面分别与连接限位孔内壁的正面和内壁的背面搭接,所述连接限位孔的长度小于螺纹柱的长度。
作为本发明的进一步方案:所述底框内壁的下表面开设有导向槽,所述导向槽内壁的下表面与两个导向块的下表面搭接,两个所述导向块的上表面与同一移动框的下表面固定连接。
作为本发明的进一步方案:所述底框的正面和背面均设置有两个螺纹连接组件。
数控机床主轴单元静刚度测试装置的测试方法,包括以下步骤:
S1、首先将底框放在对应主轴的机床位置,然后通过螺纹连接组件将本装置组装在机床表面,然后控制螺纹筒转动,同时螺杆和连接板向上移动,当测量环移动至对应主轴的高度后,此时控制电动液压杆带动施力板向下移动,当限位放置孔对应主轴高度后,控制主轴穿过限位放置孔和测量环;
S2、然后即可继续转动螺纹筒,首先控制测量环内壁下表面与主轴接触,同时限位放置孔内壁上表面与主轴接触,然后可以直接控制电动液压杆带动施力板向下施力,同时通过千分度表盘进行读数即可,随后控制电动液压杆向上移动进行卸载即可;
S3、当上下方位的径向检测结束后,控制第二电机带动齿圈向后转动九十度,此时转动螺纹筒,同时测量环向前移动,当测量环内壁与主轴接触后,控制电动液压杆向后移动,然后重复上述读数和卸载操作即可,当主轴某一位置检测结束后,可以控制第一电机工作,第一电机通过控制螺纹柱转动,控制移动框向左移动,然后重复上述操作。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、该数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,通过设置电动液压杆、施力板、限位放置孔、测量环、千分度表盘、螺纹筒和螺杆,转动螺纹筒可以控制螺纹杆向上移动,当测量环移动至对应主轴位置后,可以控制电动液压杆带动施力板移动,当限位放置孔对应主轴位置后,可以直接将主轴穿过限位放置孔和测量环,施力板向下按压主轴,当下压测试结束后,可以控制电动液压杆带动施力板向上推动主轴,当竖直方向测试结束后,可以控制第二电机工作,第二电机可以控制旋转框转动九十度,然后重复上述操作可以实现对主轴前后方向的测试,本装置可以调整施力板和测量环的高度,可以适用于不同尺寸的主轴测试,同时可以调整施力板对主轴施加载荷的方向,可以在多个方向实现对主轴的径向静刚度测试,使本装置的适用性和测试精度较为理想。
2、该数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,通过设置第一电机、螺纹柱、螺纹帽、连接块和移动框,第一电机可以控制螺纹柱转动,同时螺纹柱控制螺纹帽和移动框向左移动,可以控制施力板在主轴表面向左移动,保证对主轴的多个位置进行静刚度测试过程,在一定程度上保证测试结果的全面精准。
3、该数控机床主轴单元静刚度测试装置及测试方法,通过设置导向块、导向槽、连接限位孔和连接块,且连接块与连接限位孔接触,可以避免螺纹帽出现前后转动的情况,同时导向块和导向槽和避免移动框出现左右倾斜情况,保证移动框位置调整过程的顺利稳定进行。
附图说明
图1为本发明正视的剖面结构示意图;
图2为本发明旋转框右视的结构示意图;
图3为本发明加载装置右视的结构示意图;
图4为本发明检测组件右视的结构示意图;
图5为本发明旋转框正视的剖面结构示意图;
图6为本发明支撑旋转组件正视的结构示意图;
图7为本发明驱动组件正视的结构示意图;
图8为本发明底框右视的结构示意图;
图中:1底框、2移动框、3连接块、4螺纹帽、5螺纹柱、6第一电机、7连接限位孔、8支撑旋转组件、81第一竖板、82第一轴承、83转轴、9导向块、10导向槽、11第二轴承、12旋转框、13齿圈、14驱动组件、141第二竖板、142第二电机、143齿轮、15加载装置、151电动液压杆、152施力板、153限位放置孔、154力传感组件、16检测组件、161第三轴承、162螺纹筒、163螺杆、164连接板、165千分度表盘、166测量环、167伸缩杆、17螺纹连接组件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
如图1-8所示,本发明提供一种技术方案:数控机床主轴单元静刚度测试装置,包括底框1,底框1的内壁与移动框2的外表面搭接,移动框2的上表面与连接块3的下表面固定连接,连接块3的上表面与螺纹帽4的下表面固定连接,通过设置第一电机6、螺纹柱5、螺纹帽4、连接块3和移动框2,第一电机6可以控制螺纹柱5转动,同时螺纹柱5控制螺纹帽4和移动框2向左移动,可以控制施力板152在主轴表面向左移动,保证对主轴的多个位置进行静刚度测试过程,在一定程度上保证测试结果的全面精准,螺纹帽4的内壁与螺纹柱5的外表面螺纹连接,螺纹柱5的左端与第一电机6的输出轴固定连接,第一电机6机身的下表面与底框1的上表面固定连接。
螺纹柱5的右端与支撑旋转组件8的左端固定连接,支撑旋转组件8的下表面与底框1的上表面固定连接,移动框2内壁与第二轴承11的外表面固定连接,第二轴承11内壁设置有旋转框12,通过设置旋转框12、第二轴承11、齿圈13、齿轮143和第二电机142,第二电机142通过齿轮143和齿圈13控制旋转框12转动,方便调整施力板152的放置方位,施力板152由竖直放置变为水平放置,方便改变施加载荷的方向,旋转框12的右侧面与齿圈13的左侧面固定连接,齿圈13的上表面与驱动组件14的下表面啮合,驱动组件14的上表面与移动框2内壁的上表面固定连接。
旋转框12内壁的上表面与加载装置15的顶端固定连接,旋转框12内壁的下表面设置有检测组件16,检测组件16包括两个第三轴承161,通过设置第三轴承161,可以保证螺纹筒162的稳定转动过程,第三轴承161内壁套接有螺纹筒162,螺纹筒162内壁与螺杆163的外表面螺纹连接,通过设置螺纹筒162、螺杆163和连接板164,转动螺纹筒162可以控制螺杆163和连接板164进行上下移动,实现控制千分度表盘165和测量环166的高度,可以适用于不同高度和尺寸的主轴测量,螺杆163的顶端与连接板164的下表面固定连接,连接板164的上表面与两个千分度表盘165的下表面固定连接,千分度表盘165的上表面设置有测量环166,通过设置测量环166,测量环166位于主轴外表面,主轴受到载荷出现形变时会挤压测量环166,然后通过千分度表盘165进行读数即可知道。
具体的,如图6所示,支撑旋转组件8包括第一竖板81,第一竖板81的下表面与底框1的上表面固定连接,通过设置第一竖板81、第一轴承82和转轴83,可以对螺纹柱5的右端起到支撑作用,保证螺纹柱5在转动工作的同时右端不会出现倾斜或晃动的情况,第一竖板81的左侧面设置有第一轴承82,第一轴承82内壁与转轴83的外表面套接,转轴83的左端与螺纹柱5的右端固定连接。
具体的,如图7所示,驱动组件14包括第二竖板141,第二竖板141的上表面与移动框2内壁的上表面固定连接,第二竖板141的左侧面与第二电机142机身的右侧面固定连接,第二电机142的输出轴与齿轮143的右侧面固定连接,齿轮143的下表面与齿圈13的上表面啮合。
具体的,如图3所示,加载装置15包括两个电动液压杆151,通过设置电动液压杆151和施力板152,电动液压杆151进行伸缩运动时,可以控制施力板152进行移动,方便对主轴施加上下或前后方向相反的载荷过程,保证静刚度测试过程的多样性,电动液压杆151的顶端与旋转框12内壁的上表面固定连接,两个电动液压杆151的底端与同一施力板152的上表面固定连接,施力板152的右侧面开设有限位放置孔153,通过设置限位放置孔153,主轴在限位放置孔153内受到载荷时,不易出现前后方向或上下方向的晃动情况,保证测量过程主轴不易出现偏移情况,限位放置孔153内壁上表面和内壁的下表面均设置有力传感组件154,通过设置力传感组件154,可以对电动液压杆151施加的实际载荷进行测量,避免电动液压杆151施力不精准造成的测量误差,限位放置孔153内壁的上表面和下表面均设置为弧形。
具体的,如图4所示,连接板164的下表面与四个伸缩杆167的顶端固定连接,伸缩杆167的底端与旋转框12内壁的下表面固定连接,通过设置伸缩杆167,可以保证连接板164在上下移动的过程中不会出现倾斜或晃动的情况。
具体的,如图1所示,底框1内壁的上表面开设有连接限位孔7,连接块3的正面和背面分别与连接限位孔7内壁的正面和内壁的背面搭接,连接限位孔7的长度小于螺纹柱5的长度,通过设置连接限位孔7和连接块3,连接块3位于连接限位孔7内,可以避免连接块3和螺纹帽4出现转动情况,保证螺纹帽4可以顺利带动移动框2的移动,底框1内壁的下表面开设有导向槽10,导向槽10内壁的下表面与两个导向块9的下表面搭接,通过设置导向块9和导向槽10,可以对移动框2的移动过程起到导向作用,避免导向块9和移动框2在一定过程中出现倾斜或晃动情况,两个导向块9的上表面与同一移动框2的下表面固定连接。
具体的,如图8所示,底框1的正面和背面均设置有两个螺纹连接组件17,通过设置螺纹连接组件17,方便本装置组装置各机床设备表面,使主轴的静刚度检测更加方便。
数控机床主轴单元静刚度测试装置的测试方法,包括以下步骤:
S1、首先将底框1放在对应主轴的机床位置,然后通过螺纹连接组件17将本装置组装在机床表面,然后控制螺纹筒162转动,同时螺杆163和连接板164向上移动,当测量环166移动至对应主轴的高度后,此时控制电动液压杆151带动施力板152向下移动,当限位放置孔153对应主轴高度后,控制主轴穿过限位放置孔153和测量环166;
S2、然后即可继续转动螺纹筒162,首先控制测量环166内壁下表面与主轴接触,同时限位放置孔153内壁上表面与主轴接触,然后可以直接控制电动液压杆151带动施力板152向下施力,同时通过千分度表盘165进行读数即可,随后控制电动液压杆151向上移动进行卸载即可;
S3、当上下方位的径向检测结束后,控制第二电机142带动齿圈13向后转动九十度,此时转动螺纹筒162,同时测量环166向前移动,当测量环166内壁与主轴接触后,控制电动液压杆151向后移动,然后重复上述读数和卸载操作即可,当主轴某一位置检测结束后,可以控制第一电机6工作,第一电机6通过控制螺纹柱5转动,控制移动框2向左移动,然后重复上述操作。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.数控机床主轴单元静刚度测试装置,包括底框(1),其特征在于:所述底框(1)的内壁与移动框(2)的外表面搭接,所述移动框(2)的上表面与连接块(3)的下表面固定连接,所述连接块(3)的上表面与螺纹帽(4)的下表面固定连接,所述螺纹帽(4)的内壁与螺纹柱(5)的外表面螺纹连接,所述螺纹柱(5)的左端与第一电机(6)的输出轴固定连接,所述第一电机(6)机身的下表面与底框(1)的上表面固定连接;
所述螺纹柱(5)的右端与支撑旋转组件(8)的左端固定连接,所述支撑旋转组件(8)的下表面与底框(1)的上表面固定连接,所述移动框(2)内壁与第二轴承(11)的外表面固定连接,所述第二轴承(11)内壁设置有旋转框(12),所述旋转框(12)的右侧面与齿圈(13)的左侧面固定连接,所述齿圈(13)的上表面与驱动组件(14)的下表面啮合,所述驱动组件(14)的上表面与移动框(2)内壁的上表面固定连接;
所述旋转框(12)内壁的上表面与加载装置(15)的顶端固定连接,所述旋转框(12)内壁的下表面设置有检测组件(16),所述检测组件(16)包括两个第三轴承(161),所述第三轴承(161)内壁套接有螺纹筒(162),所述螺纹筒(162)内壁与螺杆(163)的外表面螺纹连接,所述螺杆(163)的顶端与连接板(164)的下表面固定连接,所述连接板(164)的上表面与两个千分度表盘(165)的下表面固定连接,所述千分度表盘(165)的上表面设置有测量环(166)。
2.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述支撑旋转组件(8)包括第一竖板(81),所述第一竖板(81)的下表面与底框(1)的上表面固定连接,所述第一竖板(81)的左侧面设置有第一轴承(82),所述第一轴承(82)内壁与转轴(83)的外表面套接,所述转轴(83)的左端与螺纹柱(5)的右端固定连接。
3.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述驱动组件(14)包括第二竖板(141),所述第二竖板(141)的上表面与移动框(2)内壁的上表面固定连接,所述第二竖板(141)的左侧面与第二电机(142)机身的右侧面固定连接,所述第二电机(142)的输出轴与齿轮(143)的右侧面固定连接,所述齿轮(143)的下表面与齿圈(13)的上表面啮合。
4.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述加载装置(15)包括两个电动液压杆(151),所述电动液压杆(151)的顶端与旋转框(12)内壁的上表面固定连接,两个所述电动液压杆(151)的底端与同一施力板(152)的上表面固定连接,所述施力板(152)的右侧面开设有限位放置孔(153),所述限位放置孔(153)内壁上表面和内壁的下表面均设置有力传感组件(154),所述限位放置孔(153)内壁的上表面和下表面均设置为弧形。
5.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述连接板(164)的下表面与四个伸缩杆(167)的顶端固定连接,所述伸缩杆(167)的底端与旋转框(12)内壁的下表面固定连接。
6.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述底框(1)内壁的上表面开设有连接限位孔(7),所述连接块(3)的正面和背面分别与连接限位孔(7)内壁的正面和内壁的背面搭接,所述连接限位孔(7)的长度小于螺纹柱(5)的长度。
7.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述底框(1)内壁的下表面开设有导向槽(10),所述导向槽(10)内壁的下表面与两个导向块(9)的下表面搭接,两个所述导向块(9)的上表面与同一移动框(2)的下表面固定连接。
8.根据权利要求1所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置,其特征在于:所述底框(1)的正面和背面均设置有两个螺纹连接组件(17)。
9.根据权利要求1-8任意一项 所述的数控机床主轴单元静刚度测试装置的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、首先将底框(1)放在对应主轴的机床位置,然后通过螺纹连接组件(17)将本装置组装在机床表面,然后控制螺纹筒(162)转动,同时螺杆(163)和连接板(164)向上移动,当测量环(166)移动至对应主轴的高度后,此时控制电动液压杆(151)带动施力板(152)向下移动,当限位放置孔(153)对应主轴高度后,控制主轴穿过限位放置孔(153)和测量环(166);
S2、然后即可继续转动螺纹筒(162),首先控制测量环(166)内壁下表面与主轴接触,同时限位放置孔(153)内壁上表面与主轴接触,然后可以直接控制电动液压杆(151)带动施力板(152)向下施力,同时通过千分度表盘(165)进行读数即可,随后控制电动液压杆(151)向上移动进行卸载即可;
S3、当上下方位的径向检测结束后,控制第二电机(142)带动齿圈(13)向后转动九十度,此时转动螺纹筒(162),同时测量环(166)向前移动,当测量环(166)内壁与主轴接触后,控制电动液压杆(151)向后移动,然后重复上述读数和卸载操作即可,当主轴某一位置检测结束后,可以控制第一电机(6)工作,第一电机(6)通过控制螺纹柱(5)转动,控制移动框(2)向左移动,然后重复上述操作。
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