CN114858121B - 滚动轴承套圈圆柱度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了滚动轴承套圈圆柱度测量装置，包括平台，平台上连接转台机构，转台机构上连接X方向移动机构，X方向移动机构垂直连接Y方向移动机构，Y方向移动机构上连接摆动机构，平台上还连接Z方向移动机构，Z方向移动机构上连接测试模块，测试模块正对摆动机构，转台机构、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构均连接供电模块；解决了现有的圆柱度测量仪在测量过程中由于被测件的安装偏心而产生偏心误差，从而影响测量精度及测量效率的问题。

Description

滚动轴承套圈圆柱度测量装置

技术领域

本发明属于滚动轴承圆柱度测量技术领域，具体涉及滚动轴承套圈圆柱度测量装置。

背景技术

滚动轴承套圈的圆柱度测量主要以套圈的回转中心线为回转参考标准，直线运动导轨为直线参考标准，通过位于直线运动导轨上的传感器，测量套圈的实际轮廓，从而定量评价轴承套圈的形状误差。随着“智能制造”工程的推进，高精度、高效率机床的逐步普及，滚动轴承作为机床传动部分的主要零部件，对其精度要求也越来越高，因此，轴承圆柱度作为衡量轴承精度的主要参数，其测量方法以及测量仪器的优化研究同样成为国内外学者的研究课题。而目前的圆柱度测量仪在测量圆柱度时，被测件的安装偏心不可避免且由此产生了偏心误差，从而影响被测件的测量精度，当被测件发生偏心现象时，需要人工进行调整，从而大大降低了测量效率，并且导致产生的偏心误差难以分离，增加了数据处理的难度。

发明内容

本发明的目的是提供滚动轴承套圈圆柱度测量装置，解决了现有的圆柱度测量仪在测量过程中由于被测件的安装偏心而产生偏心误差，从而影响测量精度及测量效率的问题。

本发明所采用的技术方案是，滚动轴承套圈圆柱度测量装置，包括平台，平台上连接转台机构，转台机构上连接X方向移动机构，X方向移动机构上垂直连接Y方向移动机构，Y方向移动机构上连接摆动机构，平台上还连接Z方向移动机构，Z方向移动机构上连接测试模块，测试模块正对摆动机构，转台机构、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构均连接供电模块。

本发明的特点还在于：

转台机构包括转台台面，转台台面底部连接有轴承轴，轴承轴外固定套接转台轴承的内圈，转台轴承外圈固定套接转台机座，转台机座内部连接转台定子，转台机座底部连接平台，轴承轴底部套接法兰座，法兰座外壁且位于转台定子内固定套接转台转子，转台转子底部固定连接集电环端盖，转台转子连接供电模块。

供电模块包括连接集电环端盖上的集电环，集电环连接碳刷，碳刷穿过集电环端盖固定连接平台上，集电环通过集成导线连接转台转子、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构，转台台面上连接X方向移动机构。

转台台面外边缘连接朝向转台机座延伸的防尘罩。

X方向移动机构包括连接在转台机构上的底板a，底板a上连接电机机座a，电机机座a上连接伺服电机a，伺服电机a通过弹性柱销联轴器a连接滚珠丝杠a，滚珠丝杠a靠近伺服电机a的一端通过固定端轴承座a连接底板a，滚珠丝杠a远离伺服电机a的一端通过支撑端轴承座a连接底板a，滚珠丝杠a上且位于固定端轴承座a和支撑端轴承座a之间螺纹连接丝母a，丝母a上连接有丝母座a，伺服电机a连接供电模块，丝母座a连接Y方向移动机构。

底板a上位于滚珠丝杠a两侧对称设置有两平行导轨X，每个导轨X上滑动连接滑块a，滑块a固定连接Y方向移动机构。

Y方向移动机构包括连接X方向移动机构的底板b，底板b上连接电机机座b，电机机座b连接伺服电机b，伺服电机b通过弹性柱销联轴器b连接滚珠丝杠b，滚珠丝杠b靠近伺服电机b的一端通过固定端轴承座b连接底板b，滚珠丝杠b远离伺服电机b的一端通过支撑端轴承座b连接底板b，滚珠丝杠b上且位于固定端轴承座b和支撑端轴承座b之间螺纹连接丝母b，丝母b外套接有丝母座b，丝母座b连接摆动机构，伺服电机b连接供电模块。

底板b上位于滚珠丝杠b两侧对称设置两平行导轨Y，导轨Y上滑动连接滑块b，滑块b连接摆动机构。

摆动机构包括连接Y方向移动机构的移动底板b，移动底板b连接有支点固定板，支点固定板上连接压电晶体、固定支柱，压电晶体上连接支点盖，支点盖、固定支柱呈球面接触连接摆动底板，摆动底板上连接滚动轴承套圈，压电晶体连接供电模块。

Z方向移动机构包括连接平台上的支架，支架上连接电机机座c，电机机座c上连接伺服电机c，伺服电机c通过弹性柱销联轴器c连接滚珠丝杠c，滚珠丝杠c靠近伺服电机c的一端通过固定端轴承座c连接支架，滚珠丝杠c远离伺服电机c的一端通过支撑端轴承座c连接支架，滚珠丝杠c上位于固定端轴承座c和支撑端轴承座c之间通过螺纹连接丝母c，丝母c上连接有丝母座c，丝母座c连接移动底板c，支架上位于滚珠丝杠c两侧对称连接两平行导轨Z，导轨Z滑动连接滑块c，滑块c连接移动底板c，移动底板c上通过松紧旋钮连接测试模块。

测试模块包括一端连接Z方向移动机构的光栅尺，光栅尺另一端连接探头，移动底板c上位于探头底部连接激光位移传感器。

本发明有益效果是：

本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置，在进行滚动轴承套圈圆柱度测量时，通过软硬件结合实现套圈中心的自动调整，从而达到套圈中心轴线与转台中心轴线始终保持平行的效果，减少了人工干预，并减小了因安装偏心而产生的误差数据，便于测量数据的处理，提高了测量精度及测量效率，并且本装置承载能力强，结构简单，易实现闭环控制，采用了模块化设计，装配及维护检修方便，减轻了生产成本。

附图说明

图1是本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置的结构示意图；

图2是本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置的俯视结构示意图；

图3是本发明中转台机构的结构示意图；

图4是本发明中供电模块的结构示意图

图5是本发明中X方向移动机构的结构示意图；

图6是本发明中Y方向移动机构的结构示意图；

图7是本发明中摆动机构的结构示意图；

图8是本发明中Z方向移动机构的结构示意图。

图中，1.转台台面，2.轴承轴，3.转台轴承，4.防尘罩，5.法兰座，6.转台转子，7.集电环端盖，8.碳刷，9.集电环，10.集成导线，11.转台机座，12.转台定子，13.底板a，14.伺服电机a，15.电机机座a，16.弹性柱销联轴器a，17.固定端轴承端盖a，18.双列角接触球轴承a，19.固定端轴承座a，20.滚珠丝杠a，21.丝母座a，22.丝母，23.支撑端轴承座a，24.单列角接触球轴承a，25.支撑端轴承端盖a，26.导轨X，27.滑块a，28.加强筋，29.底板b，30.伺服电机b，31.电机机座b，32.弹性柱销联轴器b，33.固定端轴承端盖b，34.双列角接触球轴承b，35.固定端轴承座b，36.滚珠丝杠b，37.丝母座b，38.丝母b，39.支撑端轴承座b，40.单列角接触球轴承b，41.支撑端轴承端盖b，42.导轨Y，43.滑块b，44.移动底板b，45.支点固定板，46.压电晶体，47.支点盖，48.摆动底板，49.滚动轴承套圈，50.固定支柱，51.支架，52.伺服电机c，53.电机机座c，54.弹性柱销联轴器c，55.固定端轴承座c，56.双列角接触球轴承c，57.固定端轴承端盖c，58.滑块c，59.丝母座c，60.丝母c，61.滚珠丝杠c，62.支撑端轴承座c，63.单列角接触球轴承c，64.支撑端轴承端盖c，65.导轨Z，66.调整旋钮，67.激光位移传感器，68.探头，69.光栅尺，70.移动底板c，71.平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置，如图1、图2所示，包括平台71，平台71上连接转台机构，转台机构上连接X方向移动机构，X方向移动机构上垂直连接Y方向移动机构，Y方向移动机构上连接摆动机构，平台71上还连接Z方向移动机构，Z方向移动机构上连接测试模块，测试模块正对摆动机构，转台机构、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构均连接供电模块，通过X方向移动机构、Y方向移动机构、Z方向移动机构调节空间位置，通过转台机构和摆动机构可以对滚动轴承套圈偏心进行调节。

如图3所示，转台机构包括转台台面1，转台台面1底部连接有轴承轴2，轴承轴2外固定套接转台轴承3的内圈，转台轴承3外圈固定套接转台机座11，转台机座11内部连接转台定子12，转台机座11底部连接平台71，轴承轴2底部套接法兰座5，法兰座5外壁且位于转台定子12内固定套接转台转子6，转台转子6底部固定连接集电环端盖7，转台转子6连接供电模块，当供电模块对转台转子6供电后，转台定子12接入外部电路，转台转子6相对转台定子12转动，同时带动法兰座5、轴承轴2、转台台面1转动，转台台面1能够带动X方向移动机构转动，转台机构实现轴承套圈的转动，因为圆柱度通过测量轴承套圈一周的位移变化，从而在电脑上描绘出轴承套圈一个水平截面的圆度，通过探针的上下移动，可以实现轴承套圈径向上不同水平截面的圆度变化，从而得到轴承套圈的圆柱度。

如图4所示，供电模块包括连接集电环端盖7上的集电环9，集电环9连接碳刷8，碳刷8穿过集电环端盖7固定连接平台71上，集电环9通过集成导线10连接转台转子6、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构，转台台面1上连接X方向移动机构，由于供电模块用于对X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构进行供电，当X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构旋转时，常规的供电方式会导致导线缠绕，因此，本发明中将供电的集电环9设置在集电环端盖7上，使集电环9、集电环端盖7都能够随转台转子6转动，且与X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构保持同步转动。

转台台面1外边缘连接朝向转台机座11延伸的防尘罩4，能够防止灰尘进入转台机构内部，延长其使用寿命。

如图5所示，X方向移动机构包括连接在转台机构上的底板a13，底板a13上连接电机机座a15，电机机座a15上连接伺服电机a14，伺服电机a14通过弹性柱销联轴器a16连接滚珠丝杠a20，滚珠丝杠a20靠近伺服电机a14的一端通过固定端轴承座a19连接底板a13，固定端轴承座a19连接有固定端轴承端盖a17，滚珠丝杠a20远离伺服电机a14的一端通过支撑端轴承座a23连接底板a13，支撑端轴承座a23连接有支撑端轴承端盖a25，滚珠丝杠a20上且位于固定端轴承座a19和支撑端轴承座a23之间螺纹连接丝母a22，丝母a22上连接有丝母座a21，伺服电机a14连接供电模块，丝母座a21连接Y方向移动机构，当伺服电机a14转动时，带动滚珠丝杠a20转动，由于滚珠丝杠a20螺纹连接丝母a22，丝母a22上连接有丝母座a21，且滚珠丝杠a20只在固定位置转动，因此，当丝母座a21不发生转动的状况下，丝母座a21随滚珠丝杠a22的转动发生水平移动，同时带动Y方向移动机构沿X方向整体移动。

由于底板a13上面有x向移动机构、y向移动机构、摆动机构及转动机构，所以底板a13承载比较大，加强筋28可以提高承载力，增加机构刚性。

双列角接触球轴承a18、单列角接触球轴承a24，角接触球轴承可以提高滚珠丝杠的传动性，同时承受径向载荷，双列角接触球轴承a18可以承受倾覆力矩，增加机构的稳定性。

底板a13上位于滚珠丝杠a20两侧对称设置有两平行导轨X26，每个导轨X26上滑动连接滑块a27，滑块a27固定连接Y方向移动机构，两个导轨X26能够对Y方向移动机构起到支撑作用。

如图6所示，Y方向移动机构包括连接X方向移动机构的底板b29，底板b29上连接电机机座b31，电机机座b31连接伺服电机b30，伺服电机b30通过弹性柱销联轴器b32连接滚珠丝杠b36，滚珠丝杠b36靠近伺服电机b30的一端通过固定端轴承座b35连接底板b29，固定端轴承座b35连接有固定端轴承端盖b33，滚珠丝杠b36远离伺服电机b30的一端通过支撑端轴承座b39连接底板b29，支撑端轴承座b39连接有支撑端轴承端盖b41，滚珠丝杠b36上且位于固定端轴承座b35和支撑端轴承座b39之间螺纹连接丝母b38，丝母b38外套接有丝母座b37，丝母座b37连接摆动机构，伺服电机b30连接供电模块，其移动原理同X方向移动机构，能够带动摆动机构沿Y轴方向移动。

固定端轴承座b35内设置有双列角接触球轴承b34，支撑端轴承座b39内设置有单列角接触球轴承b40，角接触球轴承b34可以提高滚珠丝杠的传动性，同时承受径向载荷，双列角接触球轴承b40可以承受倾覆力矩，增加机构的稳定性。

底板b29上位于滚珠丝杠b36两侧对称设置两平行导轨Y42，导轨Y42上滑动连接滑块b43，滑块b43连接摆动机构，两个导轨Y42能够对摆动机构起到支撑作用。

如图7所示，摆动机构包括连接Y方向移动机构的移动底板b44，移动底板b44连接有支点固定板45，支点固定板45上连接两个压电晶体46、一个固定支柱50，每个压电晶体46上连接支点盖47，支点盖47、固定支柱50呈球面接触连接摆动底板48，支点盖47与摆动底板48球面接触且两者能产生相对运动，固定支柱50与摆动底板48球面接触且两者不能产生相对运动，摆动底板48上连接滚动轴承套圈49，压电晶体46连接供电模块，摆动机构主要靠压电晶体加压，实现摆动底板的摆动，从而调整滚动轴承的倾斜角度，包括两个活动支点、一个固定支板(三个支点确定一个平面)，活动支点包括压电晶体及支点盖，活动支点及固定支柱与摆动底板都呈球面接触，可以实现摆动，如图7所示，其中摆动底板的球面弧度比活动支点的球面弧度稍小，两者可以产生相对运动，而摆动底板的球面弧度与固定支柱的球面弧度一样，两者就不能产生相对运动，但由于是球面接触，就可以发生小角度的摆动，从而通过给压电晶体加压，给摆动底板压力，使摆动底板绕着三个支点产生小角度的摆动，调节轴承套圈的倾斜角度。

如图8所示，Z方向移动机构包括连接平台71上的支架51，支架51上连接电机机座c53，电机机座c53上连接伺服电机c52，伺服电机c52通过弹性柱销联轴器c54连接滚珠丝杠c61，滚珠丝杠c61靠近伺服电机c52的一端通过固定端轴承座c55连接支架51，固定端轴承座c55连接有固定端轴承端盖c57，滚珠丝杠c61远离伺服电机c52的一端通过支撑端轴承座c62连接支架51，支撑端轴承座c62连接有支撑端轴承端盖c64，滚珠丝杠c61上位于固定端轴承座c55和支撑端轴承座c62之间通过螺纹连接丝母c60，丝母c60上连接有丝母座c59，丝母座c59连接移动底板c70，支架51上位于滚珠丝杠c61两侧对称连接两平行导轨Z65，导轨Z65滑动连接滑块c58，滑块c58连接移动底板c70，Z方向移动机构沿Z轴移动工作原理同X方向移动机构；移动底板c70上通过松紧旋钮66连接光栅尺69一端，光栅尺69另一端连接探头68，移动底板c70上位于探头68底部连接激光位移传感器67。先将滚动轴承套圈49放在摆动底板48上，利用激光位移传感器67进行测量，根据探头68与滚动轴承套圈49的三维距离，通过软件控制，调节X方向移动机构、Y方向移动机构、Z方向移动机构，使滚动轴承套圈4调节至在探头68测量范围内。待滚动轴承套圈49调节至测量范围内，通过移动底板c70的上下移动，利用激光位移传感器67可对滚动轴承套圈49的倾斜角度进行测量，然后通过软件控制，给压电晶体46供压，调节摆动机构，使滚动轴承套圈49与转台中心轴线不发生角度倾斜。

固定端轴承座c55内设置有双列角接触球轴承c56，支撑端轴承座c62内设置有单列角接触球轴承c63，角接触球轴承c63能够提高滚珠丝杠的传动性，同时承受径向载荷，双列角接触球轴承c56能够承受倾覆力矩，增加机构的稳定性。

本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置的使用方法为：

步骤1，将待测的滚动轴承套圈49放在摆动底板48上，通过软件控制调节X方向移动机构、Y方向移动机构及Z方向移动机构的移动，使滚动轴承套圈49运动至探头68可检测的位置；

步骤2，利用激光位移传感器67对滚动轴承套圈49的圆柱度进行粗测，并根据测量结果对压电晶体46加压，调整滚动轴承套圈49的倾斜程度，即保持滚动轴承套圈49中心轴线与转台中心轴线平行；

步骤3，待滚动轴承调整合适后，利用探头68对滚动轴承套圈49的圆柱度进行精确测量，并在线进行数据处理。

通过上述方式，本发明滚动轴承套圈圆柱度测量装置，采用模块化设计，便于安装调试以及维护检修；采用滚珠丝杠传动，传动效率高，传动精度高，磨损小，寿命长，低速时不易产生爬行现象；采用直线导轨，可以承受多个方向的负载，运动精度和定位精度高；采用伺服电机制动，重复定位精度高，传动平稳，不易出现过冲、丢步现象；采用软硬件控制，减少人工干预，易于实现闭环控制，系统稳定性好。

Claims (8)

1.滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，包括平台(71)，所述平台(71)上连接转台机构，所述转台机构上连接X方向移动机构，所述X方向移动机构垂直连接Y方向移动机构，所述Y方向移动机构上连接摆动机构，所述平台(71)上还连接Z方向移动机构，所述Z方向移动机构上连接测试模块，所述测试模块正对摆动机构，所述转台机构、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构均连接供电模块；

所述转台机构包括转台台面(1)，所述转台台面(1)底部连接有轴承轴(2)，所述轴承轴(2)外固定套接转台轴承(3)的内圈，所述转台轴承(3)外圈固定套接转台机座(11)，所述转台机座(11)内部连接转台定子(12)，所述转台机座(11)底部连接平台(71)，所述轴承轴(2)底部套接法兰座(5)，所述法兰座(5)外壁且位于转台定子(12)内固定套接转台转子(6)，所述转台转子(6)底部固定连接集电环端盖(7)，所述转台转子(6)连接供电模块；

所述摆动机构包括连接Y方向移动机构的移动底板b(44)，移动底板b(44)连接有支点固定板(45)，支点固定板(45)上连接两个压电晶体(46)、一个固定支柱(50)，每个所述压电晶体(46)上连接支点盖(47)，所述支点盖(47)、固定支柱(50)呈球面接触连接摆动底板(48)，摆动底板(48)上连接滚动轴承套圈(49)，所述压电晶体(46)连接供电模块。

2.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述供电模块包括连接集电环端盖(7)上的集电环(9)，所述集电环(9)连接碳刷(8)，碳刷(8)穿过集电环端盖(7)固定连接平台(71)上，集电环(9)通过集成导线(10)连接转台转子(6)、X方向移动机构、Y方向移动机构、摆动机构，所述转台台面(1)上连接X方向移动机构。

3.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述转台台面(1)外边缘连接朝向转台机座(11)延伸的防尘罩(4)。

4.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述X方向移动机构包括连接在转台机构上的底板a(13)，所述底板a(13)上连接电机机座a(15)，所述电机机座a(15)上连接伺服电机a(14)，所述伺服电机a(14)通过弹性柱销联轴器a(16)连接滚珠丝杠a(20)，所述滚珠丝杠a(20)靠近伺服电机a(14)的一端通过固定端轴承座a(19)连接底板a(13)，所述滚珠丝杠a(20)远离伺服电机a(14)的一端通过支撑端轴承座a(23)连接底板a(13)，滚珠丝杠a(20)上且位于固定端轴承座a(19)和支撑端轴承座a(23)之间螺纹连接丝母a(22)，所述丝母a(22)上连接有丝母座a(21)，所述伺服电机a(14)连接供电模块，所述丝母座a(21)连接Y方向移动机构。

5.根据权利要求4所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述底板a(13)上位于滚珠丝杠a(20)两侧对称设置有两平行导轨X(26)，每个所述导轨X(26)上滑动连接滑块a(27)，所述滑块a(27)固定连接Y方向移动机构。

6.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述Y方向移动机构包括连接X方向移动机构的底板b(29)，所述底板b(29)上连接电机机座b(31)，所述电机机座b(31)连接伺服电机b(30)，所述伺服电机b(30)通过弹性柱销联轴器b(32)连接滚珠丝杠b(36)，滚珠丝杠b(36)靠近伺服电机b(30)的一端通过固定端轴承座b(35)连接底板b(29)，滚珠丝杠b(36)远离伺服电机b(30)的一端通过支撑端轴承座b(39)连接底板b(29)，滚珠丝杠b(36)上且位于固定端轴承座b(35)和支撑端轴承座b(39)之间螺纹连接丝母b(38)，丝母b(38)外套接有丝母座b(37)，丝母座b(37)连接摆动机构，所述伺服电机b(30)连接供电模块，所述底板b(29)上位于滚珠丝杠b(36)两侧对称设置两平行导轨Y(42)，导轨Y(42)上滑动连接滑块b(43)，滑块b(43)连接摆动机构。

7.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述Z方向移动机构包括连接平台(71)上的支架(51)，支架(51)上连接电机机座c(53)，电机机座c(53)上连接伺服电机c(52)，伺服电机c(52)通过弹性柱销联轴器c(54)连接滚珠丝杠c(61)，滚珠丝杠c(61)靠近伺服电机c(52)的一端通过固定端轴承座c(55)连接支架(51)，滚珠丝杠c(61)远离伺服电机c(52)的一端通过支撑端轴承座c(62)连接支架(51)，滚珠丝杠c(61)上位于固定端轴承座c(55)和支撑端轴承座c(62)之间通过螺纹连接丝母c(60)，丝母c(60)上连接有丝母座c(59)，丝母座c(59)连接移动底板c(70)，所述支架(51)上位于滚珠丝杠c(61)两侧对称连接两平行导轨Z(65)，导轨Z(65)滑动连接滑块c(58)，滑块c(58)连接移动底板c(70)，移动底板c(70)上通过松紧旋钮(66)连接测试模块。

8.根据权利要求1所述滚动轴承套圈圆柱度测量装置，其特征在于，所述测试模块包括一端连接Z方向移动机构的光栅尺(69)，光栅尺(69)另一端连接探头(68)，移动底板c(70)上位于探头(68)底部连接激光位移传感器(67)。