CN114152237A - 基于主轴径向误差的监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于主轴径向误差的监测装置，涉及设备监测技术领域，包括内套筒，套设于所述主轴的外周侧；外套筒，套设于所述内套筒的外周侧；调节组件，包括调节件，所述调节件沿所述外套筒的径向贯穿所述外套筒并抵接至所述内套筒，以调节所述内套筒与所述外套筒之间的距离；传感器，设置于所述内套筒朝向所述主轴的一侧；本申请提高了主轴转动误差监测的效果，相对于传统安装方式来说，本申请提高了操作的便捷性以及准确性。

Description

基于主轴径向误差的监测装置

技术领域

本申请涉及设备监测技术领域，尤其涉及一种基于主轴径向误差的监测装置。

背景技术

精密制造技术成为高精尖产品研发和生产的关键，是衡量一个国家科技制造水平高低的重要标志，因此数控机床成为了产品加工之母。机床的加工误差约有30％-70％是主轴的回转误差造成的，而且该比例随精度的提高而加大。同时机床的回转精度是机床的重要指标之一，它直接影响加工零件的精度。在精密机床主轴制造和应用过程中，测量回转误差是必不可少的环节，是保证精密机床主轴系统回转精度的必要条件。

目前，主轴回转误差的动态实时监控主要是通过主轴在旋转时同时测量接在主轴上的标准棒或标准球的径向同一平面的XY方向的位移，通过两者的拟合出最小二乘圆、内圆和外圆，从而得出主轴的径向回转误差。

但是此方法对传感器的安装具有较高的要求，难点在于：传感器按照一定的角度布置并垂直于标准棒或标准球的同一截面上，且传感器的轴线交汇于一点(在标准棒的轴线上)。当传感器安装后，传感器的输出端与主轴的标准棒或标准球不在同一截面时，会影响主轴回转误差的监控精度。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于主轴径向误差的监测装置，可通过调节监测装置使得传感器的输出端与主轴的标准棒或标准球在同一截面，提高对主轴回转误差的监控精度。

为此，第一方面，本申请实施例提供了一种包括内套筒，套设于所述主轴的外周侧；外套筒，套设于所述内套筒的外周侧；调节组件，包括调节件，所述调节件沿所述外套筒的径向贯穿所述外套筒并抵接至所述内套筒，以调节所述内套筒与所述外套筒之间的距离；传感器，设置于所述内套筒朝向所述主轴的一侧。

通过上述技术方案，使用时，在主轴处同轴设置标准棒或标准球，将主轴处的标准棒或标准球放入内套筒中，放入时，使得标准棒或标准球大致位于内套筒的中轴处，调节件与内套筒始终处于抵接状态，通过控制调节件伸入外套筒的距离从而调节内套筒与外套筒的相对距离，在调试的过程中，通过传感器朝向标准杆或标准球输出信号来判读主轴是否处于内套筒的中轴处，便于调节，调节完成后，标准棒或标准球精准位于内套筒的中轴处，测试时，转动主轴，通过传感器对主轴的转动误差进行精准监测，相对于传统安装方式来说，本申请提高了操作的便捷性以及准确性。

在一种可能的实现方式中，所述调节件伸出所述外套筒的一端设置有长度刻度线，所述长度刻度线沿调节件的长度方向分布。

通过上述技术方案，调节件伸出外套筒的一端设置有刻度线，从而使得便于使用者控制调节件的移动位移，使得调节更加方便。

在一种可能的实现方式中，所述内套筒的外壁开设有限位槽，所述调节件朝向所述内套筒的一端伸入所述限位槽内与所述内套筒抵接。

通过上述技术方案，限位槽的设置可以限制调节件伸入内套筒的一端的活动范围，避免调节件在使用时打滑现象的出现，且同时减少了限制件与内套筒脱离的几率。

在一种可能的实现方式中，所述外套筒的内壁开设有安装槽，所述安装槽与所述限位槽相对设置，所述调节件远离所述内套筒的一端从所述安装槽伸出。

通过上述技术方案，安装槽的设置便于本申请其他部件的安装，且安装槽与限位槽相对设置，使得本申请其他部件的两端可分别安装于安装槽与限位槽中。

在一种可能的实现方式中，所述调节组件还包括与所述调节件相邻设置的弹性件，所述弹性件设置于所述限位槽与所述安装槽之间。

通过上述技术方案，弹性件的两端分别在限位槽和安装槽之间，且弹性件在安装或使用时一直处于压缩状态，确保了弹性件不会从限位槽与安装槽中脱落，也给调节件的调节提供缓冲力，使得本申请的调节更加精准。

在一种可能的实现方式中，所述调节组件还包括相对设置的第一固定块和第二固定块，所述第一固定块具有第一凹槽，所述第二固定块具有第二凹槽，所述第一固定块容纳于所述限位槽，所述第二固定块容纳于所述安装槽，所述弹性件设置于所述第一凹槽与所述第二凹槽之间。

通过上述技术方案，第一固定块与第二固定块的第一凹槽与第二凹槽便于弹性件安装，且第一固定块与第二固定块的设置便于弹性件安装于限位槽与安装槽中。

在一种可能的实现方式中，所述调节组件的数量为多个，多个所述调节组件沿所述内套筒及所述外套筒的周向间隔分布；所述安装槽沿所述外套筒的轴向延伸，所述安装槽设置有多个且多个所述安装槽沿所述外套筒的周向间隔分布。

通过上述技术方式，调节组件设置有多个且周向排布，不仅使得本申请调节内套筒更加精准，同时还让多个调节件对内套筒进行支撑，实现了内套筒的活动与固定。

在一种可能的实现方式中，所述限位槽沿所述内套筒的轴向延伸，所述限位槽设置有多个且多个所述限位槽沿所述内套筒的周向间隔分布；所述安装槽沿所述外套筒的轴向延伸，所述安装槽设置有多个且多个所述安装槽沿所述外套筒的周向间隔分布。

通过上述技术方案，限位槽沿内套筒的轴向延伸，安装槽沿外套筒的轴向延伸，使得相对设置的限位槽和安装槽可同时安装多组调节组件，从而提高安装槽与限位槽的利用度。

在一种可能的实现方式中，所述限位槽沿所述内套筒的周向设置，多个所述限位槽沿所述内套筒的轴向间隔分布；所述安装槽沿所述外套筒的周向设置，多个所述安装槽沿所述外套筒的轴向间隔分布。

通过上述技术方案，限位槽与安装槽均周向设置，相对设置的一个安装槽与一个限位槽均能安装多组调节组件，提高了限位槽与安装槽的利用度。

在一种可能的实现方式中，所述外套筒的长度短于所述内套筒的长度，所述内套筒的两端伸出所述外套筒，所述传感器设置有多个且数量为两组，分别设置于所述内套筒沿自身轴向方向且伸出所述外套筒的两端。

通过上述技术方案，内套筒的两端伸出外套筒，从而便于传感器的安装槽，传感器设置有多个且分为两组，两组分别设置于内套筒的两端，提高本申请的检测效果。

根据本申请实施例提供的基于主轴径向误差的监测装置，包括内套筒，套设于所述主轴的外周侧；外套筒，套设于所述内套筒的外周侧；调节组件，包括调节件，所述调节件沿所述外套筒的径向贯穿所述外套筒并抵接至所述内套筒，以调节所述内套筒与所述外套筒之间的距离；传感器，设置于所述内套筒朝向所述主轴的一侧；在调试的过程中，通过传感器朝向标准杆或标准球输出信号来判读主轴是否处于内套筒的中轴处，便于调节，调节完成后，标准棒或标准球精准位于内套筒的中轴处，测试时，转动主轴，通过传感器对主轴的转动误差进行精准监测，相对于传统安装方式来说，本申请提高了操作的便捷性以及准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本申请实施例的基于主轴径向误差的监测装置整体结构示意图；

图2示出本申请实施例的基于主轴径向误差的监测装置的剖视图；

图3示出本申请实施例的内套筒结构示意图；

图4示出本申请实施例的操作流程；

图5示出本申请实施例传感器调试过程图。

附图标记说明：

1、内套筒；11、限位槽；

2、外套筒；21、安装槽；

3、调节组件；31、调节件；32、弹性件；33、第一固定块；331、第一凹槽；34、第二固定块；341、第二凹槽；

4、传感器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

对于机床来说，30％-70％的加工误差主要是主轴的回转误差造成，因此对主轴的回转误差测试尤为重要。

图1示出本申请实施例的基于主轴径向误差的监测装置整体结构示意图，图2示出本申请实施例的基于主轴径向误差的监测装置的剖视图，图3示出本申请实施例的内套筒结构示意图，图4示出本申请实施例的操作流程，图5示出本申请实施例传感器调试过程图。

如图1至图5所示，本申请实施例提供一种基于主轴径向误差的监测装置，包括内套筒1，套设于主轴的外周侧；外套筒2，套设于内套筒1的外周侧；调节组件3，包括调节件31，调节件31沿外套筒2的径向贯穿外套筒2并抵接至内套筒1，以调节内套筒1与外套筒2之间的距离；传感器4，设置于内套筒1朝向主轴的一侧。

需要理解的是，传感器4安装于内套筒1且输出端朝向内套筒1的中轴，安装时，内套筒1开设有用于安装传感器4的安装孔，将传感器4输出端通过安装孔伸入内套筒1中，且与内套筒1通过螺栓、焊接、粘接等方式进行固定，传感器4选择高精度传感器。

参照图4，在安装传感器4前，需要对传感器4进行标定检测，标定检测时的被测件为标准棒或者标准球，将传感器4安装在滑台上，使传感器4放置在测量范围内的最小值上，按照一定位移量移动传感器4，记录位移量和传感器4的电压值两组数值。根据这两组数据进行最小二乘法拟合，得出位移大小与传感器4输出的线性关系，斜率为传感器4的灵敏度。

Y＝aX+b

式中Y——传感器的输出值；

X——传感器位移的大小；

a——传感器的灵敏度。

安装完成后，在使用时，主轴处同轴设置有标准棒或标准球，将主轴处的标准棒或标准球放入内套筒1中，且通过调节内套筒1的位置，从而使得主轴的标准棒或标准球处于内套筒1的中轴，传感器4对主轴处的标准棒或标准球进行监测，启动主轴，从而判断主轴转动时的径向误差。

参照图1至图5，外套筒2套设于内套筒1的外周侧，内套筒1的筒壁与外套筒2的筒壁间隔设置，且内套筒1与外套筒2可做相对移动。调节组件3包括调节件31，调节件31沿外套筒2的径向贯穿外套筒2并抵接至内套筒1，以调节内套筒1与外套筒2之间的距离。调节件31可以是杆件、板件等，调节件31的一端径向贯穿外套筒2且与内套筒1始终处于抵接状态；使用时，将主轴处的标准棒或标准球伸入内套筒1的内腔，然后通过传感器4对主轴处的标注棒或标准球进行测试，移动调节件31，内套筒1跟随调节件31的移动从而在外套筒2内发生移动，使得调节件31对内套筒1相对于外套筒2的位置进行调节，当传感器4与主轴处的标准棒或标准球的位置距离最短时，主轴处的标准棒或标准球与内套筒1精准同轴，便于后期对主轴在旋转时的误差进行监测。

在一个实施例中，调节件31穿过外套筒2且可通过穿销、定位架等方式进行固定，当调节件31对内套筒1与外套筒2的相对位置进行调节后，内套筒1与外套筒2的相对位置保持不动，便于后期监测主轴转轴时的径向误差。

在一个实施例中，调节件31远离内套筒1的一端可连接有驱动件，从而对调节件31的移动进行精准控制，该驱动件可以为气缸、液压缸、电缸等。

在一个实施例中，外套筒2开设有适配于调节件31的螺纹孔，调节件31为杆件，且调节件31的外壁设置有外螺纹，调节件31沿外套筒2的径向穿过螺纹孔且与外套筒2螺纹连接，拧动调节件31，从而控制调节件31伸入外套筒2的长度，从而控制内套筒1的位置移动，使得主轴处的标准棒或标准球位于内套筒1的中轴处。相对于传统的调整传感器4的安装方式来说，本申请的调节更加简便。

在一个可选的示例中，调节件31伸出外套筒2的一端设置有长度刻度线，长度刻度线沿调节件31的长度方向分布。调节件31伸出外套筒2的一端一体成型有把手，用于使用者转动调节件31，且调节件31伸出外套筒2的一端刻画有长度刻度线，便于使用者把控对调节件31伸入外套筒2的长度，从而判断内套筒1的位移，进一步提高本申请调节的精准性。

在一个可选的示例中，参照图2、图3，内套筒1的外壁开设有限位槽11，调节件31朝向内套筒1的一端伸入限位槽11内与内套筒1抵接。调节件31伸入限位槽11内，限位槽11限制了调节件31伸入外套筒2内腔的一端的移动范围，从而减少调节件31与内套筒1的内壁脱离的几率，从而提高使用者对调节件31的调节便捷性以及精确度。

在一个可选的示例中，外套筒2的内壁开设有安装槽21，安装槽21与限位槽11相对设置，调节件31远离内套筒1的一端从安装槽21伸出。外套筒2的内壁相对于限位槽11处开设有安装槽21，安装槽21与限位槽11的相对设置便于后期其他部件的安装。

在一个可选的示例中，调节组件3还包括与调节件31相邻设置的弹性件32，弹性件32设置于限位槽11与安装槽21之间。本申请实施例中指的弹性件32为弹簧，弹性件32的两端分别设置于限位槽11和安装槽21中，弹性件32在安装时处于压缩状态，从而使得弹性件32不会从限位槽11以及安装槽21中脱离出来，弹性件32的设置，给调节件31调节内套筒1与外套筒2的距离提供缓冲力，从而使得调节更加精准。

在一个可选的示例中，调节组件3还包括相对设置的第一固定块33和第二固定块34，第一固定块33具有第一凹槽331，第二固定块34具有第二凹槽341，第一固定块33容纳于限位槽11，第二固定块34容纳于安装槽21，弹性件32设置于第一凹槽331与第二凹槽341之间。需要理解的是，限位槽11与安装槽21均为方形结构，第一固定块33为适配于限位槽11的方形块，避免了第一固定块33在限位槽11中发生转动，第二固定块34为适配于安装槽21的方形块，避免了第二固定块34在安装槽21中发生转动。第一凹槽331和第二凹槽341分别为适配于弹性件32两端的圆形孔，从而便于弹性件32的安装。第一固定块33与第二固定块34的方形设计，避免了弹性件32的转动，从而确保了弹性件32沿自身长度方向伸缩，提高了弹性件32的使用性能。

在一个可选的示例中，参照图3、图4，调节组件3的数量为多个，多个调节组件3沿内套筒1及外套筒2的周向间隔分布。多个调节组件3的周向设置，不仅能提高本申请的调节精度，同时还可对内套筒1起到支撑作用。

多个调节组件3分为两组，且两组调节组件3分别设置于外套筒2的两端，分别调节内套筒1两端相对于外套筒2的位置关系，从而提高调节组件3对内套筒1两端的调节效果。本申请实施例中，调节组件3设置有8个，每组4个，一组内的4个调节组件3沿内套筒1及外套筒2的周向间隔排布，且相邻两个与外套筒2中轴的夹角为直角，其中相对设置的两个调节件31可调节内套筒1与外套筒2在竖直方向处的距离，另外相对设置的两个调节件31调节内套筒1与外套筒2在水平方向处的距离。

在一个可选的示例中，限位槽11沿内套筒1的轴向延伸，限位槽11设置有多个，多个限位槽11沿内套筒1的周向间隔分布；安装槽21沿外套筒2的轴向延伸，安装槽21设置有多个，多个安装槽21沿外套筒的周向间隔分布。

限位槽11和安装槽21均呈长条结构，从而使得相对设置的一个限位槽11和一个安装槽21可设置两组调节组件3，提高了限位槽11与安装槽21的利用度。且限位槽11与安装槽21均呈周向间隔分布，从而便于多个调节组件3进行安装。

在一个可选的示例中，限位槽沿内套筒的周向设置，多个限位槽沿内套筒的轴向间隔分布；安装槽沿外套筒的周向设置，多个安装槽沿外套筒的轴向间隔分布。限位槽与安装槽均周向设置，相对设置的一个安装槽与一个限位槽均能安装多组调节组件，提高了限位槽与安装槽的利用度。

在一个可选的示例中，参照图1、图2，外套筒2的长度短于内套筒1的长度，内套筒1的两端伸出外套筒2，传感器4设置有多个且数量为两组，分别设置于内套筒1沿自身轴向方向且伸出外套筒2的两端。需要理解的是，外套筒2位于内套筒1的中部，从而使得内套筒1的两端均伸出外套筒2，从而便于传感器4的安装。传感器4设置有多组，且分别设置于内套筒1的两端，当主轴处的标准棒或标准球伸入内套筒1内，位于内套筒1两端的传感器4均对主轴的标准棒或标准球进行监测，从而提高本申请的监测效果。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于主轴径向误差的监测装置，其特征在于，包括：

内套筒，套设于所述主轴的外周侧；

外套筒，套设于所述内套筒的外周侧；

调节组件，包括调节件，所述调节件沿所述外套筒的径向贯穿所述外套筒并抵接至所述内套筒，以调节所述内套筒与所述外套筒之间的距离；

传感器，设置于所述内套筒朝向所述主轴的一侧。

2.根据权利要求1所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述调节件伸出所述外套筒的一端设置有长度刻度线，所述长度刻度线沿调节件的长度方向分布。

3.根据权利要求1所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述内套筒的外壁开设有限位槽，所述调节件朝向所述内套筒的一端伸入所述限位槽内与所述内套筒抵接。

4.根据权利要求3所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述外套筒的内壁开设有安装槽，所述安装槽与所述限位槽相对设置，所述调节件远离所述内套筒的一端从所述安装槽伸出。

5.根据权利要求4所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述调节组件还包括与所述调节件相邻设置的弹性件，所述弹性件设置于所述限位槽与所述安装槽之间。

6.根据权利要求5所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述调节组件还包括相对设置的第一固定块和第二固定块，所述第一固定块具有第一凹槽，所述第二固定块具有第二凹槽，所述第一固定块容纳于所述限位槽，所述第二固定块容纳于所述安装槽，所述弹性件设置于所述第一凹槽与所述第二凹槽之间。

7.根据权利要求1至6任一项所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述调节组件的数量为多个，多个所述调节组件沿所述内套筒及所述外套筒的周向间隔分布。

8.根据权利要求4所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述限位槽沿所述内套筒的轴向延伸，所述限位槽设置有多个且多个所述限位槽沿所述内套筒的周向间隔分布；

所述安装槽沿所述外套筒的轴向延伸，所述安装槽设置有多个且多个所述安装槽沿所述外套筒的周向间隔分布。

9.根据权利要求4所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述限位槽沿所述内套筒的周向设置，多个所述限位槽沿所述内套筒的轴向间隔分布；

所述安装槽沿所述外套筒的周向设置，多个所述安装槽沿所述外套筒的轴向间隔分布。

10.根据权利要求1所述的主轴径向误差的监测装置，其特征在于，所述外套筒的长度短于所述内套筒的长度，所述内套筒的两端伸出所述外套筒，所述传感器设置有多个且数量为两组，分别设置于所述内套筒沿自身轴向方向且伸出所述外套筒的两端。

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