CN114061945A - 一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，被测主轴安装在回转分度盘上，回转分度盘安装在基座上，且回转分度盘通过电机驱动转动，承载台上贯通有中心孔，承载台通过中心孔套设在被测主轴和回转分度盘上，且中心孔分别与被测主轴以及与回转分度盘之间均存在间隔；检测机构为多个，均连接在承载台上，并绕被测主轴的周向分布。本发明公开了一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，无需调整就可以适合多种测量和分离的方法，从而便于将多种测量和分离方法获得的数据进行对比，因此不仅利于提高实验结果的准确度，而且实验效率较高。

Description

一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置

技术领域

本发明涉及精密测试技术领域，更具体的说是涉及一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置。

背景技术

精密主轴单元是精密机床和精密仪器的核心部件，其运动精度对精密机床和精密仪器精度起到决定性作用，是保证设备精度的必要条件。由于主轴质量分布不均匀、制造过程中存在误差，使得主轴产生回转运动误差，它与主轴的安装偏心误差、轴径向截面的圆度误差共同影响着轴的回转精度，继而影响工件的加工或测量精度，因此轴系回转精度的测试和分离是轴系研究中的关键课题。

目前对于主轴回转误差的测量和分离方法已较为成熟，测量和分离方法主要分为多步法以及由多步法演化出来的两步法、反向法等，以及三点法和由其演化而来的两点法、四点法等。但现有的主轴回转误差测量装置还有很大提升空间，一方面是现有回转误差测量装置大多适用于固定的某一种，不能灵活应用于新开发方法的实验验证，且改变测量和分离方法时对于测量装置的调整步骤繁琐；另一方面现有测量装置大多只能用于特定高度主轴的回转误差测量，不能按照需求对高度进行调整，因此不能用于主轴的同轴度、圆柱度、直线度等误差的测量，不能为主轴误差的全面分析提供所需数据。

因此，如何提供一种适用多种测量和分离方法的精密主轴回转误差测量与分离实验装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，无需调整就可以适合多种测量和分离的方法，从而便于将多种测量和分离方法获得的数据进行对比，因此不仅利于提高实验结果的准确度，而且实验效率较高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，被测主轴安装在回转分度盘上，回转分度盘安装在基座上，且回转分度盘通过电机驱动转动，包括；

承载台，所述承载台上贯通有中心孔，所述承载台通过所述中心孔套设在所述被测主轴和所述回转分度盘上，且所述中心孔分别与所述被测主轴以及与所述回转分度盘之间均存在间隔；

检测机构，所述检测机构为多个，均连接在所述承载台上，并绕所述被测主轴的周向分布。

优选的，所述承载台为升降式，包括：底盘、工作平台、两个电动推杆和两个剪叉式支撑架；

两个所述剪叉式支撑架均位于所述底盘和所述工作平台之间，并相对分布，且每个所述剪叉式支撑架的两端一一对应铰接所述底盘和所述工作平台，两个所述电动推杆的一端一一对应铰接两个所述剪叉式支撑架，另一端均铰接在所述底盘上，多个所述检测机构均位于所述工作平台上；

所述中心孔包括：第一通孔和第二通孔，且所述第一通孔贯通在所述底盘的中心，所述第二通孔贯通在所述工作平台的中心，并与所述第一通孔同心，所述底盘通过所述第一通孔套设在所述回转分度盘上，且所述第一通孔与所述回转分度盘之间存在间隔，所述工作平台通过所述第二通孔套设在所述被测主轴上，且所述第二通孔与所述被测主轴之间存在间隔。

优选的，所述承载台还包括：圆盘，所述圆盘的中心贯通有第三通孔，所述工作平台上开设有限位凹槽，所述圆盘卡接在所述限位凹槽内，且所述第三通孔与所述第二通孔同心，所述圆盘通过所述第三通孔套设在所述被测主轴上，且所述第三通孔与所述被测主轴之间存在间隔，同时所述圆盘上绕所述第三通孔的周向开设有多个卡槽，多个所述检测机构一一对应卡接在多个所述卡槽内。

优选的，所述卡槽为五个，其中四个所述卡槽呈“十”字形分布，另外一个所述卡槽与四个所述卡槽中的任一个形成四十五度夹角。

优选的，所述检测机构包括：

卡块，所述卡块卡接在对应的所述卡槽内；

一级滑块，所述一级滑块与所述卡块滑动连接，且所述一级滑块沿所述被测主轴的径向延长线的方向往复移动；

二级滑块，所述二级滑块与所述一级滑块滑动连接，且所述二级滑块与所述一级滑块的移动方向相同；

传感器，所述传感器连接在所述二级滑块上。

优选的，所述二级滑块靠近所述被测主轴的一端开设有安装槽，且所述安装槽的顶端开设有与所述安装槽接通的螺纹孔，所述传感器插接在所述安装槽内，所述螺纹孔中旋接有旋钮，且所述旋钮的顶端延伸至所述螺纹孔外，底端可抵接在所述传感器上。

优选的，所述卡块为条状，且其长度沿所述圆盘的径向延伸，同时所述卡块相对的两端均为圆弧面，且所述卡块一端的圆弧面与所述圆盘的外缘对应，另一端的圆弧面与所述第三通孔的外缘对应。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，可以实现如下技术效果：

本发明通过多个检测机构同时测量被测主轴转动的数据，从而可以通过本发明进行多种测量和分离的方法，因此能够将多种测量和分离方法获得的数据进行对比，则利于提高实验结果的准确度，并且多种测量和分离的方法切换过程中，无需对本发明的结构进行调节，操作简单方便，从而提高试验的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置的整体结构图；

图2为本发明承载台的结构图；

图3为本发明检测机构的结构图；

图4为本发明实施例1至实施例8的工作原理示意图。

其中，1-被测主轴；2-回转分度盘；3-基座；4-承载台；5-检测机构；41-底盘；42-工作平台；43-电动推杆；44-剪叉式支撑架；101-第一通孔；102-第二通孔；441-第一支撑臂；442-第二支撑臂；411-第一支座；412-第一凹槽；413-第一滑轨；414-第一滑块；421-第二凹槽；422-第二滑轨；423-第二滑块；424-第二支座；45-圆盘；450-第三通孔；451-卡槽；51-卡块；52-一级滑块；53-二级滑块；54-传感器；530-安装槽；6-旋钮；510-一级滑槽；520-二级滑槽；541-第一传感器；542-第二传感器；543-第三传感器；544-第四传感器；545-第五传感器。

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。

本发明实施例公开了一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，被测主轴1安装在回转分度盘2上，回转分度盘2安装在基座3上，且回转分度盘2通过电机驱动转动，包括；

承载台4，承载台4上贯通有中心孔，承载台4通过中心孔套设在被测主轴1和回转分度盘2上，且中心孔分别与被测主轴1以及与回转分度盘2之间均存在间隔；

检测机构5，检测机构5为多个，均连接在承载台4上，并绕被测主轴1的周向分布。

本发明通过多个检测机构5同时测量被测主轴1转动的数据，从而可以通过本发明进行多种测量和分离的方法，因此能够将多种测量和分离方法获得的数据进行对比，则利于提高实验结果的准确度，并且多种测量和分离的方法切换过程中，无需对本发明的结构进行调节，操作简单方便，从而提高试验的效率。

为了进一步优化上述技术方案，承载台4为升降式，包括：底盘41、工作平台42、两个电动推杆43和两个剪叉式支撑架44；

两个剪叉式支撑架44均位于底盘41和工作平台42之间，并相对分布，且每个剪叉式支撑架44的两端一一对应铰接底盘41和工作平台42，两个电动推杆43的一端一一对应铰接两个剪叉式支撑架44，另一端均铰接在底盘41上，多个检测机构5均位于工作平台42上；

中心孔包括：第一通孔101和第二通孔102，且第一通孔101贯通在底盘41的中心，第二通孔102贯通在工作平台42的中心，并与第一通孔101同心，底盘41通过第一通孔101套设在回转分度盘2上，且第一通孔101与回转分度盘2之间存在间隔，工作平台42通过第二通孔102套设在被测主轴1上，且第二通孔102与被测主轴1之间存在间隔。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：通过调节承载台4的高度，可以按照不同的要求，来调节多个检测机构5的高度，从而使本发明可以用于主轴的同轴度、圆柱度、直线度等误差的测量，提高本发明的应用范围。

为了进一步优化上述技术方案，剪叉式支撑架44包括：交叉分布并铰接的第一支撑臂441和第二支撑臂442，且底盘41对应第一支撑臂441底端的位置固定有第一支座411，对应第二支撑臂442底端的位置开设有第一凹槽412，第一凹槽412内固定有第一滑轨413，第一滑轨413上滑动连接有第一滑块414，第一支撑臂441的底端与第一支座411铰接，顶端与第一滑块414铰接，同时工作平台42对应第一支撑臂441顶端的位置开设有第二凹槽421，第二凹槽421内固定有第二滑轨422，第二滑轨422上滑动连接有第二滑块423，对应第二支撑臂442顶端的位置固定有第二支座424，第二支撑臂442的底端与第二滑块423铰接，顶端与第二支座424铰接，且电动推杆43的一端与对应剪叉式支撑架44的第一支撑臂441或第二支撑臂442铰接。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：每个剪叉式支撑架44通过其第一支撑臂441和第二支撑臂442的配合，则在对应电动推杆43的推动下，实现升降的作用，从而可以带动工作平台42升降，因此带动多个检测机构5升降。

为了进一步优化上述技术方案，承载台4还包括：圆盘45，圆盘45的中心贯通有第三通孔450，工作平台42上开设有限位凹槽，圆盘45卡接在限位凹槽内，且第三通孔450与第二通孔102同心，圆盘45通过第三通孔450套设在被测主轴1上，且第三通孔450与被测主轴1之间存在间隔，同时圆盘45上绕第三通孔450的周向开设有多个卡槽451，多个检测机构5一一对应卡接在多个卡槽451内。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：多个检测机构5一一对应卡接在圆盘45上开设的多个卡槽451内，则可以保证多个检测机构5分布形成的圆周状与圆盘45同心，从而可以提高本发明的测量精度。

为了进一步优化上述技术方案，卡槽451为五个，其中四个卡槽451呈“十”字形分布，另外一个卡槽451与四个卡槽451中的任一个形成四十五度夹角。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：可以使本发明适合的测量与分离的方法包括：两步法、多步法、反转法、多周法、三点法、两点法、四点法和单向法。

为了进一步优化上述技术方案，卡槽451为多个，且多个卡槽451之间的角度根据不同的测量和分离的方法定制。

为了进一步优化上述技术方案，检测机构5包括：

卡块51，卡块51卡接在对应的卡槽451内；

一级滑块52，一级滑块52与卡块51滑动连接，且一级滑块52沿被测主轴1的径向延长线的方向往复移动；

二级滑块53，二级滑块53与一级滑块52滑动连接，且二级滑块53与一级滑块52的移动方向相同；

传感器54，传感器54连接在二级滑块53上。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：通过传感器54获得对被测主轴1的测量数据，通过一级滑块52和二级滑块53的配合，可以将传感器54与被测主轴1之间的距离调节至所需距离，避免传感器54与被测主轴1的距离较远，且卡块51与卡槽451可拆卸连接，则方便取放检测机构5。

为了进一步优化上述技术方案，卡块51上开设有一级滑槽510，且一级滑槽510的长度沿圆盘45的径向延伸，一级滑块52滑动连接在一级滑槽510内，且一级滑块52与一级滑槽510之间具有的摩擦力，可以使一级滑块52保持停留在一级滑槽510的某个位置不动，除非人为对一级滑块52施加驱动力时，则一级滑块52再在一级滑槽510中移动，同理，一级滑块52上开设有沿圆盘45径向延伸的二级滑槽520，二级滑块53滑动连接在二级滑槽520内，且二级滑块53与二级滑槽520之间具有的摩擦力，可以使二级滑块53保持停留在二级滑槽520的某个位置不动，除非人为对二级滑块53施加驱动力时，则二级滑块53再在二级滑槽520中移动。

为了进一步优化上述技术方案，二级滑块53靠近被测主轴1的一端开设有安装槽530，且安装槽530的顶端开设有与安装槽530接通的螺纹孔，传感器54插接在安装槽530内，螺纹孔中旋接有旋钮6，且旋钮6的顶端延伸至螺纹孔外，底端可抵接在传感器54上。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：使传感器54与二级滑块53可拆卸，方便取放传感器54，并且通过旋钮6与螺纹配合，可以实现将传感器54定位在安装槽530内的作用。

为了进一步优化上述技术方案，卡块51为条状，且其长度沿圆盘45的径向延伸，同时卡块51相对的两端均为圆弧面，且卡块51一端的圆弧面与圆盘45的外缘对应，另一端的圆弧面与第三通孔450的外缘对应。

本发明采用上述技术方案，可以实现的有益效果为：避免卡块51影响本发明正常的测量。

实施例1：使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“两步法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

将第一传感器541、第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545布置在被测主轴1的同一横截面内，使第一传感器541、第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545的轴线交点与被测主轴1回转轴线相交；

测量时以被测主轴1上第一传感器541、第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545一一对应的五个固定点作为5个采样起始点，被测主轴1回转测量一周后，得到第一周测量的数据，然后将被测主轴1转位一定角度后再得到第二周测量的数据，共测量两次，也就是一次转位，两周测量，故称为两步法，测量方法简单，操作方便。因为装置中共有5个传感器，因此完成一次测量后，每个传感器可以得到1组数据，总共可以得到5组数据。

实施例2：使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“多步法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

“多步法”是“两步法”的延伸，与实施例1不同的是：“多步法”使被测主轴1共转多周，“多步法”测量的数据更多，则可以减小随机误差的影响，每个传感器获得一组数据，共获得5组数据。

实施例3：使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“反转法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

“反转法”是“两步法”的一个特例，与实施例1不同的是：被测主轴1回转测量一周，得到第一周测量的数据后，然后将被测主轴1转位180度后再得到第二周的数据，也就是一次转位，两周测量，每个传感器获得一组数据，共获得5组数据。

“反转法”抑制所有的偶次谐波分量。

“反转法”、“两步法”、“多步法”应用于被测主轴1回转误差分离的基本原理是相同的，其区别仅在于被测主轴1的转位次数及转位角度的大小不同，每个传感器获得一组数据，共获得5组数据。

实施例4：使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“多周法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

“多周法”是“多步法”的延伸，与实施例2不同的是：将“多步法”中被测主轴1每次转动的固定角度设为1周，“多周法”避免了多步法中主轴多次转位定位不准确引入的转位误差，每个传感器获得一组数据，共获得5组数据。

实施例5：使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“三点法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

如图4，第一传感器541、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545之间成“十”字排布，即这四个传感器中，每相邻两个传感器之间的夹角为45度，第二传感器542分别与第一传感器541和第三传感器543之间的角度为45度，转动被测主轴1一圈，则得到测量数据，此时第一传感器541、第二传感器542、第五传感器545测量的数据为一组，第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544测量的数据为一组，总共可以得到两组数据。

实施例6，使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“两点法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

如图4，实施例6与实施例5的操作过程相同，且第一传感器541、第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545的分布也与实施例5中相同，实施例6与实施例5不同的是：实施例6中通过两个传感器获得的数据为一组，即实施例6中：第一传感器541和第五传感器545测量的数据为1组，第五传感器545和第四传感器544测量的数据为1组，第四传感器544和第三传感器543测量的数据为1组，第三传感器543和第一传感器541测量的数据为1组，总共可以得到4组数据。

实施例7，使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“四点法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

如图4，实施例7与实施例5的操作过程相同，且第一传感器541、第二传感器542、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545的分布也与实施例5中相同，实施例7与实施例5不同的是：实施例7中通过四个传感器获得的数据为一组，即实施例7中：第一传感器541、第三传感器543、第四传感器544、第五传感器545测量的数据为一组，共可以得到这1组数据。

实施例8，使用本发明一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，并采用“单向法”的测量与分离的方法，测量被测主轴1的回转误差的原理如下：

实施例8与实施例1不同的是：实施例8中被测主轴1只回转一周，每个传感器54获得一组数据，共获得5组数据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，被测主轴(1)安装在回转分度盘(2)上，回转分度盘(2)安装在基座(3)上，且回转分度盘(2)通过电机驱动转动，其特征在于，包括；

承载台(4)，所述承载台(4)上贯通有中心孔，所述承载台(4)通过所述中心孔套设在所述被测主轴(1)和所述回转分度盘(2)上，且所述中心孔分别与所述被测主轴(1)以及与所述回转分度盘(2)之间均存在间隔；

检测机构(5)，所述检测机构(5)为多个，均连接在所述承载台(4)上，并绕所述被测主轴(1)的周向分布。

2.根据权利要求1所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述承载台(4)为升降式，包括：底盘(41)、工作平台(42)、两个电动推杆(43)和两个剪叉式支撑架(44)；

两个所述剪叉式支撑架(44)均位于所述底盘(41)和所述工作平台(42)之间，并相对分布，且每个所述剪叉式支撑架(44)的两端一一对应铰接所述底盘(41)和所述工作平台(42)，两个所述电动推杆(43)的一端一一对应铰接两个所述剪叉式支撑架(44)，另一端均铰接在所述底盘(41)上，多个所述检测机构(5)均位于所述工作平台(42)上；

所述中心孔包括：第一通孔(101)和第二通孔(102)，且所述第一通孔(101)贯通在所述底盘(41)的中心，所述第二通孔(102)贯通在所述工作平台(42)的中心，并与所述第一通孔(101)同心，所述底盘(41)通过所述第一通孔(101)套设在所述回转分度盘(2)上，且所述第一通孔(101)与所述回转分度盘(2)之间存在间隔，所述工作平台(42)通过所述第二通孔(102)套设在所述被测主轴(1)上，且所述第二通孔(102)与所述被测主轴(1)之间存在间隔。

3.根据权利要求2所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述承载台(4)还包括：圆盘(45)，所述圆盘(45)的中心贯通有第三通孔(450)，所述工作平台(42)上开设有限位凹槽，所述圆盘(45)卡接在所述限位凹槽内，且所述第三通孔(450)与所述第二通孔(102)同心，所述圆盘(45)通过所述第三通孔(450)套设在所述被测主轴(1)上，且所述第三通孔(450)与所述被测主轴(1)之间存在间隔，同时所述圆盘(45)上绕所述第三通孔(450)的周向开设有多个卡槽(451)，多个所述检测机构(5)一一对应卡接在多个所述卡槽(451)内。

4.根据权利要求3所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述卡槽(451)为五个，其中四个所述卡槽(451)呈“十”字形分布，另外一个所述卡槽(451)与四个所述卡槽(451)中的任一个形成四十五度夹角。

5.根据权利要求3所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述检测机构(5)包括：

卡块(51)，所述卡块(51)卡接在对应的所述卡槽(451)内；

一级滑块(52)，所述一级滑块(52)与所述卡块(51)滑动连接，且所述一级滑块(52)沿所述被测主轴(1)的径向延长线的方向往复移动；

二级滑块(53)，所述二级滑块(53)与所述一级滑块(52)滑动连接，且所述二级滑块(53)与所述一级滑块(52)的移动方向相同；

传感器(54)，所述传感器(54)连接在所述二级滑块(53)上。

6.根据权利要求5所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述二级滑块(53)靠近所述被测主轴(1)的一端开设有安装槽(530)，且所述安装槽(530)的顶端开设有与所述安装槽(530)接通的螺纹孔，所述传感器(54)插接在所述安装槽(530)内，所述螺纹孔中旋接有旋钮(6)，且所述旋钮(6)的顶端延伸至所述螺纹孔外，底端可抵接在所述传感器(54)上。

7.根据权利要求5所述的一种精密主轴回转误差测量与分离实验装置，其特征在于，所述卡块(51)为条状，且其长度沿所述圆盘(45)的径向延伸，同时所述卡块(51)相对的两端均为圆弧面，且所述卡块(51)一端的圆弧面与所述圆盘(45)的外缘对应，另一端的圆弧面与所述第三通孔(450)的外缘对应。

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