CN116475779A - 一种机床主轴拉、压静力加载机构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机床主轴拉、压静力加载机构及方法，该机构包括：工件轴连接部，用于配装至机床的工件轴；刀具轴连接部，用于配装至机床的刀具轴；伸缩调节部，能够伸缩调节地设于所述工件轴连接部和刀具轴连接部之间；传感器，设于所述伸缩调节部上，用于测量所述伸缩调节部在伸长或缩短的时候所述工件轴连接部和所述刀具轴连接部之间的作用力。采用上述结构设置的本发明，只需要将刀具轴连接部、工件轴连接部对应安装到机床的刀具轴、工件轴上，再利用伸缩调节部进行伸长来对工件轴、刀具轴施加压力，或者缩短来对工件轴、刀具轴施加拉力，并通过传感器精准得出数据，借此来测量判断工件轴、刀具轴的拉、压性能。

Description

一种机床主轴拉、压静力加载机构及方法

技术领域

本发明属于机床测试设备技术领域，具体涉及一种机床主轴拉、压静力加载机构及方法。

背景技术

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据编好的程序，使机床动作并加工零件。数控机床综合了机械、自动化、计算机、微电子等技术，解决了复杂、精密、批量零件的加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床。数控机床主要包括工件轴和刀具轴，通过工件轴和刀具轴的相对移动、转动，实现工件与刀具的对刀、加工。在加工过程中，工件与刀具之间的相互作用力会反作用于工件轴和刀具轴上，因此在数控机床的生产过程中，需要检测两者的抗拉、抗压性能。传统的测量结构存在以下缺陷：

1、只能在固定的空间位置进行测量，即工件轴、刀具轴只能在特定的角度状态进行测量，不能周向360°任意角度测量；

2、只能测量抗压能力，即控制工件轴、刀具轴相互靠近对测量结构进行施压，无法测量抗拉能力；

3、无法实现快速装卸；

4、在控制刀具箱、工件箱靠近实现刀具轴、工件轴靠近施压加载的过程中，主轴与测量结构之间为非圆弧面(圆柱面)，容易导致主轴旋转，测量精度较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明第一方面提供了一种机床主轴拉、压静力加载机构，能够用于测量机床的工件轴、刀具轴的拉、压性能。

第二方面，本发明提供一种应用上述机床主轴拉、压静力加载机构的机床主轴拉、压静力加载方法。

根据本发明第一方面实施例的机床主轴拉、压静力加载机构，包括：工件轴连接部，用于配装至机床的工件轴；刀具轴连接部，用于配装至机床的刀具轴；伸缩调节部，能够伸缩调节地设于所述工件轴连接部和刀具轴连接部之间；传感器，设于所述伸缩调节部上，用于测量所述伸缩调节部在伸长或缩短的时候所述工件轴连接部和所述刀具轴连接部之间的作用力；测量部，所述测量部用于测量机床的工件轴和刀具轴之间的距离变化。

根据本发明实施例的机床主轴拉、压静力加载机构，至少具有以下有益效果：

采用上述结构设置的本发明，只需要将刀具轴连接部、工件轴连接部对应安装到机床的刀具轴、工件轴上，再利用伸缩调节部进行伸长来对工件轴、刀具轴施加压力，或者缩短来对工件轴、刀具轴施加拉力，并通过传感器精准得出数据，再结合测量部测量出的位移量来测量判断工件轴、刀具轴的拉、压性能。通过刀具轴连接部、工件轴连接部进行快速安装连接，既可以测量主轴的抗拉性能，也能测量主轴的抗压性能。同时能够实现周向360°任意角度的测量。

根据本发明的一些实施方式，所述伸缩调节部为螺杆调节结构。

根据本发明的一些实施方式，所述伸缩调节部包括依次连接的推力轴承、静力转换套和双头螺柱，所述推力轴承配装在所述工件轴连接部或所述刀具轴连接部，所述传感器设于所述双头螺柱的末端并连接所述刀具轴连接部或所述工件轴连接部。

根据本发明的一些实施方式，所述双头螺柱设有加力圆盘，所述加力圆盘的周侧设有供加力杆插入的连接孔。

根据本发明的一些实施方式，所述工件轴连接部和所述刀具轴连接部用于在机床的工件轴、刀具轴平行的状态下进行连接，所述伸缩调节部沿机床的工件轴、刀具轴的径向分布，并且所述伸缩调节部转动连接所述工件轴连接部和/或所述刀具轴连接部。

根据本发明的一些实施方式，所述工件轴连接部设有与工件轴同轴分布的第一轴段，所述刀具轴连接部设有与刀具轴同轴分布的第二轴段，所述伸缩调节部的一端设有套接所述第一轴段的工件轴快换连接头、另一端设有套接所述第二轴段的刀具轴快换连接头。

根据本发明的一些实施方式，所述刀具轴快换连接头与所述第二轴段采用螺栓连接固定。

根据本发明的一些实施方式，所述工件轴连接部还设有工件轴连接法兰，所述第一轴段设于所述工件轴连接法兰的中心。

根据本发明的一些实施方式，所述刀具轴连接部还设有刀具轴连接法兰，所述第二轴段设于所述刀具轴连接法兰的中心。

根据本发明第一方面实施例的机床主轴拉、压静力加载方法，包括以下步骤：

S1、将机床的工件轴、刀具轴调节至竖直平行，再将工件轴连接部安装到工件轴、将刀具轴连接部安装到刀具轴；

S2、将工件轴、刀具轴移动至距离适当，再将伸缩调节部安装到工件轴连接部、刀具轴连接部之间；

S3、调节伸缩调节部，施加压力或者拉力；

S4、通过测量部测量刀具轴、工件轴的相对位移，完成机床静刚度的、在当前方位上的测量和评定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明的一种整体结构示意图；

图2为本发明的一种正视图；

图3为本发明的一种侧视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3所示，本发明一种实施例的机床主轴拉、压静力加载机构，包括工件轴连接部、刀具轴连接部、伸缩调节部和传感器107。工件轴连接部用于配装至机床的工件轴。刀具轴连接部用于配装至机床的刀具轴。伸缩调节部能够伸缩调节地设于工件轴连接部和刀具轴连接部之间。传感器107设于伸缩调节部上，用于测量伸缩调节部在伸长或缩短的时候工件轴连接部和刀具轴连接部之间的作用力。

采用上述结构设置的本发明，只需要将刀具轴连接部、工件轴连接部对应安装到机床的刀具轴、工件轴上，再利用伸缩调节部进行伸长来对工件轴、刀具轴施加压力，或者缩短来对工件轴、刀具轴施加拉力，并通过传感器107精准得出数据，借此来测量判断工件轴、刀具轴的拉、压性能。通过刀具轴连接部、工件轴连接部进行快速安装连接，既可以测量主轴的抗拉性能，也能测量主轴的抗压性能。同时能够实现周向360°任意角度的测量。

可以理解的是，伸缩调节部可以采用手动伸缩调节的结构形式，也可以采用电控调节的结构形式，并且具体的伸缩原理，既可以是采用活塞杆一类的结构形式，如气缸、液压缸等，也可以采用螺纹调节或齿轮调节一类的结构形式。

为了方便进行调节，在本发明的一些实施方式中，伸缩调节部为螺杆调节结构。由于在实际测量过程中，可能需要施加不同大小的作用力来判断工件轴、刀具轴之间的位移量，借以判断两者的拉、压性能，采用螺杆调节结构方便施加不同的作用力并保持相对稳定。且优选采用手动调节结构。

参照图1、图2，在本发明的一些实施方式中，伸缩调节部包括依次连接的推力轴承103、静力转换套104和双头螺柱105，推力轴承103配装在工件轴连接部或刀具轴连接部，传感器107设于双头螺柱105的末端并连接刀具轴连接部或工件轴连接部。采用本实施例的结构设置，只需要控制双头螺柱105转动，即可使得静力转换套104和传感器107之间开合调节，从而对工件轴和刀具轴施加不同的作用力，并通过传感器107读出具体作用力的大小。其中推力轴承103优选设置两个，分别对应拉力状态和压力状态。

参照图1、图2，在本发明的一些实施方式中，双头螺柱105设有加力圆盘106，加力圆盘106的周侧设有供加力杆插入的连接孔。在实际作业中，使用者可以通过在连接孔内插入加力杆的方式来方便调节双头螺柱105转动。其中连接孔与加力杆之间可以采用螺纹配合，以加固连接。

考虑到为了方便工件上下料，较多的机床都采用竖直设置工件轴的布局形式，而对应的刀具轴则能够进行多轴移动和转动调节。与此相对应的，在本发明的一些实施方式中，工件轴连接部和刀具轴连接部用于在机床的工件轴、刀具轴竖直平行的状态下进行连接，伸缩调节部沿机床的工件轴、刀具轴的径向分布，并且伸缩调节部转动连接工件轴连接部和刀具轴连接部。采用本实施例的结构设置，伸缩调节部通过转动的连接关系，可以实现刀具轴、工件轴周向任意角度位置的拉、压测试。并且所施加的作用力为刀具轴、工件轴的径向作用力，可以确保测量精度。

参照图1、图2，在本发明的一些实施方式中，工件轴连接部设有与工件轴同轴分布的第一轴段109，刀具轴连接部设有与刀具轴同轴分布的第二轴段101，伸缩调节部的一端设有套接第一轴段109的工件轴快换连接头108、另一端设有套接第二轴段101的刀具轴快换连接头102。其中刀具轴快换连接头102与第二轴段101采用螺栓连接固定。

在本发明的一些实施方式中，工件轴连接部还设有工件轴连接法兰110，第一轴段109设于工件轴连接法兰110的中心。刀具轴连接部还设有刀具轴连接法兰100，第二轴段101设于刀具轴连接法兰100的中心。采用法兰连接可以确保结构强度，同时保证作用力有效传递至工件轴、刀具轴上，确保测试精度。

在本发明的一些实施方式中，机床主轴拉、压静力加载机构还包括测量部，测量部用于测量机床的工件轴和刀具轴之间的距离变化。测量部可以采用常规测量尺。

本发明中的机床主轴拉、压静力加载机构可以采用如下机床主轴拉、压静力加载方法进行：

1、将机床的工件轴、刀具轴调节至竖直平行，再将两个法兰对应安装上去；

2、将工件轴、刀具轴移动至距离适当，再将伸缩调节部安装到两个法兰之间；

3、手动旋转双头螺柱105，施加压力(即伸长时的张力)或者拉力；

4、测量刀具轴、工件轴的相对位移，完成机床静刚度的、在此方位上的测量和评定。

综上所述，本发明可以用于机床加工区域任意角度的静刚度的拉、压力测试和综合评定。

本发明具有以下优势：

1、通过两个法兰连接两个主轴，既可以控制工件轴、刀具轴靠近，进行抗压性能测试，也能够控制两者远离，进行抗压性能测试；

2、整个结构与主轴连接固定，可以通过工件箱、刀具箱的移动改变工件轴、刀具轴的相对角度进行测量，结合附图所示，显然可以实现周向360°任意角度状态的测量；

3、施压加载过程中，由于连接部与主轴之间基本都是通过圆柱面配合，受力稳定，不会造成主轴旋转，因此测量精度更高；

4、结构简单，既可以实现快速安装、拆卸，又能够确保测量精度。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种机床主轴拉、压静力加载机构，其特征在于，包括：

工件轴连接部，用于配装至机床的工件轴；

刀具轴连接部，用于配装至机床的刀具轴；

伸缩调节部，能够伸缩调节地设于所述工件轴连接部和刀具轴连接部之间；

传感器，设于所述伸缩调节部上，用于测量所述伸缩调节部在伸长或缩短的时候所述工件轴连接部和所述刀具轴连接部之间的作用力；

测量部，所述测量部用于测量机床的工件轴和刀具轴之间的距离变化；

所述伸缩调节部为螺杆调节结构；

所述伸缩调节部包括依次连接的推力轴承、静力转换套和双头螺柱，所述推力轴承配装在所述工件轴连接部或所述刀具轴连接部，所述传感器设于所述双头螺柱的末端并连接所述刀具轴连接部或所述工件轴连接部；

所述双头螺柱设有加力圆盘，所述加力圆盘的周侧设有供加力杆插入的连接孔；

所述工件轴连接部和所述刀具轴连接部用于在机床的工件轴、刀具轴平行的状态下进行连接，所述伸缩调节部沿机床的工件轴、刀具轴的径向分布，并且所述伸缩调节部转动连接所述工件轴连接部和/或所述刀具轴连接部；

所述工件轴连接部设有与工件轴同轴分布的第一轴段，所述刀具轴连接部设有与刀具轴同轴分布的第二轴段，所述伸缩调节部的一端设有套接所述第一轴段的工件轴快换连接头、另一端设有套接所述第二轴段的刀具轴快换连接头。

2.根据权利要求1所述的机床主轴拉、压静力加载机构，其特征在于，所述刀具轴快换连接头与所述第二轴段采用螺栓连接固定。

3.根据权利要求1所述的机床主轴拉、压静力加载机构，其特征在于，所述工件轴连接部还设有工件轴连接法兰，所述第一轴段设于所述工件轴连接法兰的中心。

4.根据权利要求1所述的机床主轴拉、压静力加载机构，其特征在于，所述刀具轴连接部还设有刀具轴连接法兰，所述第二轴段设于所述刀具轴连接法兰的中心。

5.一种机床主轴拉、压静力加载方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将机床的工件轴、刀具轴调节至竖直平行，再将工件轴连接部安装到工件轴、将刀具轴连接部安装到刀具轴；

S2、将工件轴、刀具轴移动至距离适当，再将伸缩调节部安装到工件轴连接部、刀具轴连接部之间；

S3、调节伸缩调节部，施加压力或者拉力；

S4、通过测量部测量刀具轴、工件轴的相对位移，完成机床静刚度的、在当前方位上的测量和评定。