CN117245443A - 数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，包括丝杠、丝杠螺母、轴承座一和轴承座二；所述轴承座二设置在丝杠外侧的一端，所述轴承座一设置在丝杠外侧远离轴承座二的一端，所述丝杠螺母设置在丝杠的外圆周壁上且与丝杠活动连接，涉及数控机床故障检测领域。本发明通过在滚珠丝杠螺母副两端的轴承座添加红外信号发射器、在丝杠螺母的内部添加红外信号接收器，当伺服电机带动丝杠转动时，综合考虑机床的震动和温度影响，滚珠丝杠螺母副的丝杠部分会产生偏差，通过红外信号接收器与红外信号发射器之间的光电信号连接，可对丝杠圆跳动不良的位置进行精准定位，因此后续便于人员排障，可以加强数控机床加工工件的精度。

Description

数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及数控机床故障检测领域，具体是数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法。

背景技术

数控车床是使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等；

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。通过把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

现有技术中，数控机床的进给轴通常是以滚珠丝杠螺母副的形式出现的，一方面通过在滚珠丝杠螺母副的丝杠一端连接伺服电机，另一方面通过将连接有数控机床的传动装置的丝杠螺母部分套接在丝杠的外侧，在使用中通过丝杠转动带动丝杠螺母部分沿着丝杠轴向移动，可以实现数控机床传动装置的进给目的，进而实现数控机床的进给作业；

但在实际使用过程中，除了数控机床的震动会导致滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差外，伺服电机和滚珠丝杠螺母副工作时所产生的温度也会导致滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差，当滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差后，丝杠转动过程中的全跳动偏差就会带动丝杠螺母产生偏移，影响滚珠丝杠螺母副的精度，会在数控机床使用的过程中，导致被加工工件的精度产生偏差，影响被加工工件的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，包括丝杠、丝杠螺母、轴承座一和轴承座二；所述轴承座二设置在丝杠外侧的一端，所述轴承座一设置在丝杠外侧远离轴承座二的一端，所述丝杠螺母设置在丝杠的外圆周壁上且与丝杠活动连接，所述轴承座一和轴承座二的内部均设置有红外信号发射器，所述丝杠螺母的内部设置有红外信号接收器，所述红外信号接收器与红外信号发射器电性连接；所述轴承座一和轴承座二的内部均设置有两组红外信号发射器，所述丝杠螺母靠近轴承座一和靠近轴承座二的两侧均设置有两组红外信号接收器，在所述丝杠共轴的平面上红外信号接收器与红外信号发射器相适配且电性连接。

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一和轴承座二的内部均开设有容置红外信号发射器的发射器安置槽，所述发射器安置槽的一侧开设有容置发射器固定机构的滑槽，所述红外信号发射器通过发射器固定机构与轴承座一卡接，所述红外信号发射器通过发射器固定机构与轴承座二卡接。

作为本发明再进一步的方案：所述发射器固定机构内设有固定座一、固定座二、弹簧和螺杆，所述固定座二与滑槽卡接，所述弹簧的一端与固定座二卡接、另一端与固定座一卡接，所述固定座一远离弹簧的一侧开设有适配槽，所述适配槽与红外信号发射器相适配。

作为本发明再进一步的方案：所述固定座一的内部开设有卡腔一，所述固定座二的内部开设有卡腔二，所述卡腔一和的内壁均开设有螺孔一和螺孔二，所述螺孔一和螺孔二均与螺杆螺合连接，所述螺杆与弹簧卡接。

作为本发明再进一步的方案：所述丝杠的一端设置有伺服电机，所述伺服电机的输出端与丝杠固接。

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一和轴承座二的内部均设置有轴承，所述轴承座一通过轴承与丝杠活动连接，所述轴承座二通过轴承与丝杠活动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述固定座二的一侧固接有滑座，所述滑座与滑槽活动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一和轴承座二的内部均开设有发射孔，所述丝杠螺母的内部开设有容置红外信号接收器的接收器安置槽。

作为本发明再进一步的方案：所述螺杆的一端固接有调节口，所述调节口与六角扳手相适配。

作为本发明再进一步的方案：所述检测方法为：

步骤S1：通过所述伺服电机工作带动丝杠转动，所述丝杠转动后带动丝杠螺母沿着丝杠的轴向往复运动；

步骤S2：由于所述红外信号发射器与红外信号接收器的电性连接，所述丝杠螺母沿着丝杠轴向运动的过程中红外信号发射器持续向红外信号接收器输出红外光电信号，所述红外信号接收器持续接收红外光电信号并将红外光电信号反馈至数控机床控制台，数控机床控制台持续操作所述伺服电机使得主轴良好运行；

步骤S3：在所述丝杠螺母活动到丝杠全跳动公差不良位置时，由于所述丝杠螺母的偏移导致红外信号发射器所输出的红外光电信号不被红外信号接收器所接受，红外光电信号传输活动中断，所述红外信号接收器将非良好受接红外光线状态反馈至机床控制台，数控机床控制台控制所述伺服电机停止主轴工作；

步骤S4：所述伺服电机停止工作后，所述丝杠螺母在丝杠的外圆周壁瞬停，所述丝杠螺母瞬停的位置即为丝杠全跳动不良的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过在滚珠丝杠螺母副两端的轴承座添加红外信号发射器、在丝杠螺母的内部添加红外信号接收器，当伺服电机带动丝杠转动时，综合考虑机床的震动和温度影响，滚珠丝杠螺母副的丝杠部分会产生偏差，通过红外信号接收器与红外信号发射器之间的光电信号连接，可对丝杠圆跳动不良的位置进行精准定位，因此后续便于人员排障，可以加强数控机床加工工件的精度；

2、通过发射器固定机构内部的固定座一和固定座二可对红外信号发射器进行快速且稳定的固定，在红外信号发射器发生故障时通过将发射器固定机构与轴承座一、发射器固定机构与轴承座二分离后可将红外信号发射器快速的从轴承座一或轴承座二内部取出，红外信号发射器维修方便快捷；

3、通过螺杆可将损坏或故障的弹簧快速的与固定座一和固定座二分离，可实现弹簧快速的更换作业，从而可持续保证发射器固定机构对红外信号发射器正常的固定作业，减少数控机床因维修二宕机的时间，提升数控机床的工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明发射器固定机构、红外信号发射器和轴承的结构示意图；

图3为本发明发射器固定机构的拆分结构示意图之一；

图4为本发明红外信号发射器与轴承座一、轴承座二的拆分结构示意图；

图5为本发明发射器固定机构的拆分结构示意图之二；

图6为本发明红外信号接收器与接收器安置槽的拆分结构示意图；

图7为本发明轴承座一、轴承座二内部结构的示意图；

图中：1、丝杠；2、丝杠螺母；21、接收器安置槽；3、轴承座一；4、轴承座二；5、伺服电机；6、红外信号接收器；7、发射器固定机构；71、固定座一；711、卡腔一；72、固定座二；721、卡腔二；73、弹簧；74、螺杆；75、适配槽；76、滑座；77、螺孔一；78、螺孔二；79、调节口；8、红外信号发射器；9、轴承；10、发射器安置槽；11、发射孔；12、滑槽。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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”、“设置”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

请参阅图1～7，本发明实施例中，数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，包括丝杠1、丝杠螺母2、轴承座一3和轴承座二4；所述轴承座二4设置在丝杠1外侧的一端，所述轴承座一3设置在丝杠1外侧远离轴承座二4的一端，所述丝杠螺母2设置在丝杠1的外圆周壁上且与丝杠1活动连接，所述轴承座一3和轴承座二4的内部均设置有红外信号发射器8，所述丝杠螺母2的内部设置有红外信号接收器6，所述红外信号接收器6与红外信号发射器8电性连接；所述轴承座一3和轴承座二4的内部均设置有两组红外信号发射器8，所述丝杠螺母2靠近轴承座一3和靠近轴承座二4的两侧均设置有两组红外信号接收器6，在所述丝杠1共轴的平面上红外信号接收器6与红外信号发射器8相适配且电性连接。

作为本发明再进一步的方案：所述检测方法为：

步骤S1：通过所述伺服电机5工作带动丝杠1转动，所述丝杠1转动后带动丝杠螺母2沿着丝杠1的轴向往复运动；

步骤S2：由于所述红外信号发射器8与红外信号接收器6的电性连接，所述丝杠螺母2沿着丝杠1轴向运动的过程中红外信号发射器8持续向红外信号接收器6输出红外光电信号，所述红外信号接收器6持续接收红外光电信号并将红外光电信号反馈至数控机床控制台，数控机床控制台持续操作所述伺服电机5使得主轴良好运行；

步骤S3：在所述丝杠螺母2活动到丝杠1全跳动公差不良位置时，由于所述丝杠螺母2的偏移导致红外信号发射器8所输出的红外光电信号不被红外信号接收器6所接受，红外光电信号传输活动中断，所述红外信号接收器6将非良好受接红外光线状态反馈至机床控制台，数控机床控制台控制所述伺服电机5停止主轴工作；

步骤S4：所述伺服电机5停止工作后，所述丝杠螺母2在丝杠1的外圆周壁瞬停，所述丝杠螺母2瞬停的位置即为丝杠1全跳动不良的位置。

通过在滚珠丝杠螺母副两端的轴承座添加红外信号发射器8、在丝杠螺母2的内部添加红外信号接收器6，当伺服电机5带动丝杠1转动时，综合考虑机床的震动和温度影响，滚珠丝杠螺母副的丝杠1部分会产生偏差，通过红外信号接收器6与红外信号发射器8之间的光电信号连接，可对丝杠1圆跳动不良的位置进行精准定位，因此后续便于人员排障，可以加强数控机床加工工件的精度，其具体过程为：通过伺服电机5工作带动丝杠1转动，丝杠1转动后带动丝杠螺母2沿着丝杠1的轴向往复运动；由于红外信号发射器8与红外信号接收器6的电性连接，丝杠螺母2沿着丝杠1轴向运动的过程中红外信号发射器8持续向红外信号接收器6输出红外光电信号，红外信号接收器6持续接收红外光电信号并将红外光电信号反馈至数控机床控制台，数控机床控制台持续操作伺服电机5使得主轴良好运行；在丝杠螺母2活动到丝杠1全跳动公差不良位置时，由于丝杠螺母2的偏移导致红外信号发射器8所输出的红外光电信号不被红外信号接收器6所接受，红外光电信号传输活动中断，红外信号接收器6将非良好受接红外光线状态反馈至机床控制台，数控机床控制台控制伺服电机5停止主轴工作；伺服电机5停止工作后，丝杠螺母2在丝杠1的外圆周壁瞬停，丝杠螺母2瞬停的位置即为丝杠1全跳动不良的位置；

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一3和轴承座二4的内部均开设有容置红外信号发射器8的发射器安置槽10，所述发射器安置槽10的一侧开设有容置发射器固定机构7的滑槽12，所述红外信号发射器8通过发射器固定机构7与轴承座一3卡接，所述红外信号发射器8通过发射器固定机构7与轴承座二4卡接。

作为本发明再进一步的方案：所述发射器固定机构7内设有固定座一71、固定座二72、弹簧73和螺杆74，所述固定座二72与滑槽12卡接，所述弹簧73的一端与固定座二72卡接、另一端与固定座一71卡接，所述固定座一71远离弹簧73的一侧开设有适配槽75，所述适配槽75与红外信号发射器8相适配。

作为本发明再进一步的方案：所述固定座一71的内部开设有卡腔一711，所述固定座二72的内部开设有卡腔二721，所述卡腔一711和720的内壁均开设有螺孔一77和螺孔二78，所述螺孔一77和螺孔二78均与螺杆74螺合连接，所述螺杆74与弹簧73卡接。

通过发射器固定机构7内部的固定座一71和固定座二72可对红外信号发射器8进行快速且稳定的固定，在红外信号发射器8发生故障时通过将发射器固定机构7与轴承座一3、发射器固定机构7与轴承座二4分离后可将红外信号发射器8快速的从轴承座一3或轴承座二4内部取出，红外信号发射器8维修方便快捷；

通过螺杆74可将损坏或故障的弹簧73快速的与固定座一71和固定座二72分离，可实现弹簧73快速的更换作业，从而可持续保证发射器固定机构7对红外信号发射器8正常的固定作业，减少数控机床因维修二宕机的时间，提升数控机床的工作效率；

作为本发明再进一步的方案：所述丝杠1的一端设置有伺服电机5，所述伺服电机5的输出端与丝杠1固接。

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一3和轴承座二4的内部均设置有轴承9，所述轴承座一3通过轴承9与丝杠1活动连接，所述轴承座二4通过轴承9与丝杠1活动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述固定座二72的一侧固接有滑座76，所述滑座76与滑槽12活动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述轴承座一3和轴承座二4的内部均开设有发射孔11，所述丝杠螺母2的内部开设有容置红外信号接收器6的接收器安置槽21。

作为本发明再进一步的方案：所述螺杆74的一端固接有调节口79，所述调节口79与六角扳手相适配。

本发明的工作原理是：现有技术中，数控机床的进给轴通常是以滚珠丝杠螺母副的形式出现的，一方面通过在滚珠丝杠螺母副的丝杠一端连接伺服电机，另一方面通过将连接有数控机床的传动装置的丝杠螺母部分套接在丝杠的外侧，在使用中通过丝杠转动带动丝杠螺母部分沿着丝杠轴向移动，可以实现数控机床传动装置的进给目的，进而实现数控机床的进给作业；

但在实际使用过程中，除了数控机床的震动会导致滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差外，伺服电机和滚珠丝杠螺母副工作时所产生的温度也会导致滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差，当滚珠丝杠螺母副的全跳动产生偏差后，丝杠转动过程中的全跳动偏差就会带动丝杠螺母产生偏移，影响滚珠丝杠螺母副的精度，会在数控机床使用的过程中，导致被加工工件的精度产生偏差，影响被加工工件的质量；

本申请通过在滚珠丝杠螺母副两端的轴承座添加红外信号发射器8、在丝杠螺母2的内部添加红外信号接收器6，当伺服电机5带动丝杠1转动时，综合考虑机床的震动和温度影响，滚珠丝杠螺母副的丝杠1部分会产生偏差，通过红外信号接收器6与红外信号发射器8之间的光电信号连接，可对丝杠1圆跳动不良的位置进行精准定位，因此后续便于人员排障，可以加强数控机床加工工件的精度，其具体过程为：通过伺服电机5工作带动丝杠1转动，丝杠1转动后带动丝杠螺母2沿着丝杠1的轴向往复运动；由于红外信号发射器8与红外信号接收器6的电性连接，丝杠螺母2沿着丝杠1轴向运动的过程中红外信号发射器8持续向红外信号接收器6输出红外光电信号，红外信号接收器6持续接收红外光电信号并将红外光电信号反馈至数控机床控制台，数控机床控制台持续操作伺服电机5使得主轴良好运行；在丝杠螺母2活动到丝杠1全跳动公差不良位置时，由于丝杠螺母2的偏移导致红外信号发射器8所输出的红外光电信号不被红外信号接收器6所接受，红外光电信号传输活动中断，红外信号接收器6将非良好受接红外光线状态反馈至机床控制台，数控机床控制台控制伺服电机5停止主轴工作；伺服电机5停止工作后，丝杠螺母2在丝杠1的外圆周壁瞬停，丝杠螺母2瞬停的位置即为丝杠1全跳动不良的位置；

并且，通过发射器固定机构7内部的固定座一71和固定座二72可对红外信号发射器8进行快速且稳定的固定，在红外信号发射器8发生故障时通过将发射器固定机构7与轴承座一3、发射器固定机构7与轴承座二4分离后可将红外信号发射器8快速的从轴承座一3或轴承座二4内部取出，红外信号发射器8维修方便快捷；

与此同时，通过螺杆74可将损坏或故障的弹簧73快速的与固定座一71和固定座二72分离，可实现弹簧73快速的更换作业，从而可持续保证发射器固定机构7对红外信号发射器8正常的固定作业，减少数控机床因维修二宕机的时间，提升数控机床的工作效率。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，包括丝杠(1)、丝杠螺母(2)、轴承座一(3)和轴承座二(4)；其特征在于：所述轴承座二(4)设置在丝杠(1)外侧的一端，所述轴承座一(3)设置在丝杠(1)外侧远离轴承座二(4)的一端，所述丝杠螺母(2)设置在丝杠(1)的外圆周壁上且与丝杠(1)活动连接，所述轴承座一(3)和轴承座二(4)的内部均设置有红外信号发射器(8)，所述丝杠螺母(2)的内部设置有红外信号接收器(6)，所述红外信号接收器(6)与红外信号发射器(8)电性连接；

所述轴承座一(3)和轴承座二(4)的内部均设置有两组红外信号发射器(8)，所述丝杠螺母(2)靠近轴承座一(3)和靠近轴承座二(4)的两侧均设置有两组红外信号接收器(6)，在所述丝杠(1)共轴的平面上红外信号接收器(6)与红外信号发射器(8)相适配且电性连接。

2.根据权利要求1所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述轴承座一(3)和轴承座二(4)的内部均开设有容置红外信号发射器(8)的发射器安置槽(10)，所述发射器安置槽(10)的一侧开设有容置发射器固定机构(7)的滑槽(12)，所述红外信号发射器(8)通过发射器固定机构(7)与轴承座一(3)卡接，所述红外信号发射器(8)通过发射器固定机构(7)与轴承座二(4)卡接。

3.根据权利要求2所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述发射器固定机构(7)内设有固定座一(71)、固定座二(72)、弹簧(73)和螺杆(74)，所述固定座二(72)与滑槽(12)卡接，所述弹簧(73)的一端与固定座二(72)卡接、另一端与固定座一(71)卡接，所述固定座一(71)远离弹簧(73)的一侧开设有适配槽(75)，所述适配槽(75)与红外信号发射器(8)相适配。

4.根据权利要求3所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述固定座一(71)的内部开设有卡腔一(711)，所述固定座二(72)的内部开设有卡腔二(721)，所述卡腔一(711)和(720)的内壁均开设有螺孔一(77)和螺孔二(78)，所述螺孔一(77)和螺孔二(78)均与螺杆(74)螺合连接，所述螺杆(74)与弹簧(73)卡接。

5.根据权利要求4所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述丝杠(1)的一端设置有伺服电机(5)，所述伺服电机(5)的输出端与丝杠(1)固接。

6.根据权利要求5所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述轴承座一(3)和轴承座二(4)的内部均设置有轴承(9)，所述轴承座一(3)通过轴承(9)与丝杠(1)活动连接，所述轴承座二(4)通过轴承(9)与丝杠(1)活动连接。

7.根据权利要求6所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述固定座二(72)的一侧固接有滑座(76)，所述滑座(76)与滑槽(12)活动连接。

8.根据权利要求7所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述轴承座一(3)和轴承座二(4)的内部均开设有发射孔(11)，所述丝杠螺母(2)的内部开设有容置红外信号接收器(6)的接收器安置槽(21)。

9.根据权利要求8所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述螺杆(74)的一端固接有调节口(79)，所述调节口(79)与六角扳手相适配。

10.根据权利要求9所述的数控机床的进给轴故障检测装置及检测方法，其特征在于，所述检测方法为：

步骤S1：通过所述伺服电机(5)工作带动丝杠(1)转动，所述丝杠(1)转动后带动丝杠螺母(2)沿着丝杠(1)的轴向往复运动；

步骤S2：由于所述红外信号发射器(8)与红外信号接收器(6)的电性连接，所述丝杠螺母(2)沿着丝杠(1)轴向运动的过程中红外信号发射器(8)持续向红外信号接收器(6)输出红外光电信号，所述红外信号接收器(6)持续接收红外光电信号并将红外光电信号反馈至数控机床控制台，数控机床控制台持续操作所述伺服电机(5)使得主轴良好运行；

步骤S3：在所述丝杠螺母(2)活动到丝杠(1)全跳动公差不良位置时，由于所述丝杠螺母(2)的偏移导致红外信号发射器(8)所输出的红外光电信号不被红外信号接收器(6)所接受，红外光电信号传输活动中断，所述红外信号接收器(6)将非良好受接红外光线状态反馈至机床控制台，数控机床控制台控制所述伺服电机(5)停止主轴工作；

步骤S4：所述伺服电机(5)停止工作后，所述丝杠螺母(2)在丝杠(1)的外圆周壁瞬停，所述丝杠螺母(2)瞬停的位置即为丝杠(1)全跳动不良的位置。