CN205021307U - 一种主轴回转精度测试装置 - Google Patents

Abstract

一种综合了多种测试方法，用于机床主轴回转精度测量的装置，主要包括：机床连接件、减震器、固定座、调节座、调整机构等。其中，调节座通过球面接触与固定座可调相连，通过调平螺钉调平调节座上表面并固定，调节座上表面开有V型槽，传感器安放在V型槽内；调整机构有若干套，均安装在调节座上表面，调整机构可调节传感器主轴径向距离并压紧固定传感器。本新型融合了反向法、单向测量法、双向测量法、三点法、四点法等多种主轴回转精度测试方法，即一次测量可供多种测试方法进行数据分析处理、作对比，且加工工艺简单、定位精度高、调节方便，特别适合多组学生进行相关实验或对多种主轴回转精度测试方法的比对研究。

Description

一种主轴回转精度测试装置

技术领域

本实用新型属于超精密加工技术领域，主要涉及一种超精密测量装置，特别是机床主轴或旋转台的回转精度测量(实验)装置。

背景技术

加工高精度的机械零件，对机床主轴的回转精度有非常高的要求，主轴回转误差是衡量加工中心和机床精度的一个重要指标，通常采用双向法、三点法等对其进行测试评估。通过测量，可以了解机床主轴的回转状态，分析误差产生的原因；另一方面，对于教育教学来说，通过机床主轴回转误差运动测试，可使学生了解机床主轴回转误差运动的测试方法、原理，从而掌握测试系统组成、测试操作流程、数据处理及图像分析方法等知识。现有几种常用测试方法为：

双测头反向法：用两个相隔180°的传感器独立进行侧量，又称改进反向法。双测头反向法只需一次安装，避免了采用一个传感器所需多次安装，带来的安装误差，不需要主轴回转误差具有良好的重复性。

三点法：需要三个传感器同时采集数据，三个传感器要位于同一主轴截面内，且相交于主轴的几何中心。三点法要求测试装置需有较高的加工精度，同时对传感器的装夹、调试要求较高。另外，谐波抑制是三点法不可避免的一个现象：如果均匀布置传感器，低阶谐波将被抑制；相反，如果传感器非均匀布置，低阶谐波抑制现象将减轻。由于对传感器安装精度的高要求以及谐波抑制问题使三点法应用受到限制。

四点法或其他多点法的优点是，采用四个或更多的传感器采集数据进行误差分离，能够减少谐波抑制。但也使数据处理变的更加复杂，同时多个传感器带来的安装对心、精确的角度布置、传感器性能之间的差异问题同样会降低误差分离结果的精度。

综上，主轴回转精度测量时，传感器安装精度至关重要。

现有测试机构的机械装置常见为筒状结构，开径向孔或径向螺孔，传感器插入此孔采集主轴回转有关的数据。为了减轻重量、结构紧凑，测试所用筒状装置常用薄壁件，即筒壁较薄，因薄壁零件装夹、受热、切屑振动等原因，加工难度高，刚性差、极易变形；而传感器外表面常用螺纹结构，对应薄壁筒上的径向螺孔的螺纹圈数并不多，两者配合时，因螺纹配合本身就有间隙，致使两者相对主轴定位精度更差。当然，采用高精度螺纹配合，或把测试装置的筒壁加厚，可以减少定位误差，但同时又会造成测量装置过于笨重。另有一些测试装置通过对筒状装置开窗的方法，加工成框架式结构，但薄壁件因残余应力等原因，切开时其精度又易改变。

即使现有测试结构精度高，但常安装在主轴箱凸台或机床主框架上，安装位置为非定位基准面或非定位结构，其定位精度往往并不高。

现有部分改进设计，做出了卓有成效的努力，获批了国家专利，如“用于主轴回转误差检测的传感器位置调节装置”(CN103341789A)等。它们在一定程度上有助于解决上述问题，但仍需进一步改进。比如，现有各传感器并非安装在同一基准零件上，所需零部件多，调整机构复杂；而且，传感器定位精度不但依赖于不同零件间的精度一致性情况，同时还受制于零件间的装配精度，故很难保证各传感器同处一平面内，该平面与主轴垂直。如果在安装各传感器时，没有使之完全垂直于机床主轴，或各传感器不在同一平面，测试结果必将会产生偏差。另一方面，对于主轴回转误差来说，不但主轴传动系统的几何误差、转动轴系的质量偏心会造成回转误差；而且许多随机性误差，如工艺系统的颤振，对主轴的回转产生影啊，造成误差；对于精度要求较高的测量，随机误差成分也占有一定的比重，不能忽视，但现有测量装置没有减震系统，机床加工时，工艺颤振会直接影响主轴回转精度测量装置所测结果的准确性及精度。

另外，各种主轴回转精度测试方法对应于不同的测量装置，这对大学生实验或研究者来说，如果想学习了解这些回转精度的不同测试方法，或比较不同方法的优劣，势必要花费大量的时间和成本，进行不同测试方法所要求的不同数据采集工作，以及不同测试方法对应的不同实验装置的制作工作，耗费巨大的人力、物力。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种加工要求相对较低，但定位精度高，调整方便，且综合了多种主轴回转精度测试方法的装置。为实现上述目的，本实用新型具体实现如下：

用于主轴回转精度测量实验的混合多方法测试装置，包括机床连接件、减震器、固定座、调节座、调整机构、导向套等；机床连接件与工作台或机床导轨配合连接；固定座通过减震器连接在机床连接件上；调节座通过球面接触与固定座可调相连，调节座的上表面开有若干条呈中心发散状V型槽，传感器安放在V型槽内；调整机构有若干套，均安装在调节座上表面，调整机构可调节传感器相对主轴径向距离并压紧固定传感器。

优选情况下，所述机床连接件与机床配合连接，所述机床连接件有三种形式，具体实施过程中以其中任意一种实现，

机床连接件是T型螺母，与机床工作台T型槽配合相连；

机床连接件是尾架连接件，与车床尾架配合相连；

机床连接件是套筒件，与主轴上端的主轴箱凸台配合相连。

优选情况下，所述尾架连接件一端是含有锥度的圆台，与机床尾架配合连接；另一端设有若干个圆周对称的长圆孔，与连接在固定座上的减震器配合相连。

优选情况下，所述套筒件为筒状结构，径向开设有若干螺孔，筒的内径大小适合套接在主轴上端的主轴箱凸台上，通过螺钉旋入径向的螺孔与机床主轴箱凸台固定在一起。

优选情况下，所述减震器一端与机床连接件固定相连，另一端与固定座配合相连。

优选情况下，所述固定座的底部设有若干圆周对称的长圆孔，与固定在机床连接件上的减震器配合连接，固定座的外侧表面为球面，固定座的顶端设有倒立的四棱凸台，四棱凸台的四个侧面均通过固定座外侧球面的球心。

优选情况下，所述调节座的底部设有球形内凹面，内凹面与固定座球面相配合，调节座与固定座通过该球面配合组成可动球面副机构；

调节座的中间部位开有四个螺孔，螺孔周向均布，上下位置与固定座四棱凸台平齐，方向近似为球面所在球心为圆心所作圆的切线方向，即螺孔的位置正好处于固定座四棱凸台的4个侧面中央并与之垂直，四个调平螺钉分别旋入四个螺孔中，使得调节座与固定座球面配合连接，调节四个调平螺钉可调整调节座上表面与固定座主轴的夹角，即旋转左右调平螺钉使该上表面左右倾斜，旋转前后调平螺钉使该表面前后倾斜成其他角度；调节座的上表面开有若干条呈中心向外发散的V型槽，或开有两条V型槽，两条V型槽十字交叉，每条V型槽中均可放置测试用传感器；调节座的上表面设有螺孔若干，螺孔分布在V型槽的两边，调整机构通过螺孔安装在调节座上表面；调节座上表面的中央位置设有T型孔；调节座的上表面(上表面的外边缘)设有两个相互垂直的直边。

优选情况下，所述调整机构包括压座、压紧旋钮、固连片、调长旋钮及卡簧；压座的下表面中间设有圆弧凹槽，上端中间开有螺孔，压座安装在调节座上表面的V型槽之上，通过压紧旋钮固定并压紧V型槽内的传感器；固连片与传感器固定相连；调长旋钮通过卡簧与固连片活动相连后，旋入压座上端螺孔中，通过旋转调长旋钮，可调整传感器在V型槽内滑动，即调整传感器相对主轴的径向距离。

优选情况下，所述用于主轴回转精度测量实验的混合多方法测试装置还包括导向套，放置在在调节座上表面所设的T型孔中，导向套有多个；导向套的上表面打有中央点或开有不同孔径的导向孔。

本实用新型把多个传感器安放在同一零件上，具有定位一致性好的优点；利用V型槽自动对中的特点，定位传感器的中心相对主轴的位置；采用调节机构可方便调平传感器测试平面呈水平或与主轴相垂直，应用调整机构可调节传感器相对主轴的径向位置。本实用新型的有益效果是加工要求相对简单、但定位精度高、调节方便等；同时，本实用新型融合了反向法、单向测量法、双向测量法、三点法、四点法等多种主轴回转精度检测方法，使用本测试装置进行一次测量所采集到的数据，可供多种主轴回转精度测试方法进行数据分析处理，不同测试方法间作比对，使之特别适合多组学生进行相关实验，或对多种主轴回转精度测试方法的比对研究，节省了时间，也节省了实验费用。使用该测试装置进行一次测量，可获得不同测试方法的数据共有15组(采用4个传感器，两两垂直摆放)：2组双侧头反向法数据、4组单向法数据、4组双向法数据、4组三点法数据、1组四点法数据。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图

图2是本实用新型的分解结构示意图

图3是本实用新型中的减震器的结构示意图

图4是本实用新型中的固定座的结构示意图

图5(a)、(b)是本实用新型中的调节座的结构示意图

图6是本实用新型中的调整机构的结构示意图

图7是本实用新型中的调整机构的分解结构示意图

图8是本实用新型中的调整机构装配到调节座上的结构示意图

图9(a)、(b)是本实用新型中的导向套的结构示意图

图10是本实用新型中的机床连接件的第二实施例的结构示意图

图11(a)、(b)是本实用新型中的机床连接件的第三实施例的结构示意图

图12(a)、(b)是本实用新型中机床主轴与筒状结构连接示意图。

其中：

1为机床连接件

2为减震器

3为固定螺钉

4为固定座

5为调平螺钉

6为调节座

7为调整机构，71为压座、72为压紧旋钮、73为调长旋钮、74为固连片、75为卡簧

8为导向套

9为机床连接件的第二实施例(尾架连接件)

10为机床连接件的第三实施例(套筒件)

11为另一种外形的减震器

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型(应用于钻铣床的情况)作详细的阐述。

参照图1、图2，用于主轴回转精度测量实验的混合多方法测试装置，包括：机床连接件1、减震器2、固定座4、调节座6、调整机构7、导向套8；

机床连接件1与工作台配合连接；

固定座4通过减震器2连接在机床连接件1上，并用固定螺钉3固定；

调节座6通过球面接触与固定座4可调相连，通过调平螺钉5可调整调节座6的上表面呈水平状态，即调节座6的上表面与主轴相垂直，调节座6的上表面开有若干条呈中心发散状V型槽(图中所绘为四条、呈十字形)，传感器安放在V型槽内；

调整机构7有若干套，均安装在调节座6的上表面，调整机构7可调节传感器相对主轴的径向距离并压紧传感器以固定。

参照图1、图3、图4，配合参照图10、图11、图12，所述机床连接件1与机床配合相连。

机床连接件1可以是T型螺母1，与机床工作台T型槽配合相连，如图1所示。

机床连接件1的第二实施例是，还可以是尾架连接件9，尾架连接件9的一端91含有锥度与车床尾架相配合的圆台，使之与车床尾架配合相连(未画出)，另一端设有若干圆周对称的长圆孔结构92，通过减震器2与固定座4配合相连。

机床连接件1的第三实施例是，还可以是套筒件10，套筒件10为筒状结构，套筒件10的筒状结构的内径大小合适，正好使其一端套接在主轴上端的主轴箱凸台上，与之配合相连，如图12所示；

筒状结构10的径向开设有若干螺孔101，通过旋入径向螺孔101中的螺栓(未画出)可使之与机床主轴箱凸台固定在一起；

套筒件10有两种形式，图11(a)为普通型，图11(b)为了增强减震效果中间加了减震器11；

套筒件10的另一端设有与固定座4相配合的若干长圆孔结构102。

机床连接件1与固定座4连接时，中间添加减震器2，即减震器2通过螺钉(未画出)与机床连接件1固定相连，固定座4通过固定螺钉3与减震器2固连在一起。

参照图4，配合参照图1，所述固定座4的底部设有若干个圆周对称的长圆孔41，长圆孔41通过减震器2与机床连接件1、9、10配合相连；固定座4的外侧表面为球面结构42，固定座的顶端设有倒立的四棱凸台43，四棱凸台43的四个侧面均通过固定座外侧球面42的球心；为了减重或为使被测标准轴从下向上穿过四棱台43的需要，可在固定座4上开设中心孔44，中心孔44为通孔。

参照图5，配合参照图4、图1，所述调节座6的底部设有球形内凹面61，内凹面61与固定座4的球面42相配合，调节座6与固定座4通过该球面配合组成可动球面副机构；

调节座6的中间部位开有四个螺孔62，螺孔62周向均布，上下位置与固定座四棱凸台43平齐，方向近似为球面42的球心为圆心的圆切线方向，即螺孔62的位置正好处于固定座四棱凸台43的四个侧面中央并与四个侧面相垂直，螺孔62的轴线与四棱凸台43的四个侧面相垂直，四个调平螺钉5分别旋入四个螺孔62中，使得调节座6与固定座4成球面配合连接，调节四个调平螺钉5就可调整调节座6的上表面与固定座4的轴线之间的夹角，即旋转左右调平螺钉5使该上表面左右倾斜，旋转前后调平螺钉5使该表面前后倾斜，最终调整调节座6的上表面呈水平，或称之为与主轴相垂直；调节座6的上表面为精加工面，适合放置水平仪，以便验证测试传感器所在平面是否水平，或称之为测试传感器平面是否处于与主轴相垂直的平面。

调节座6的上表面开有若干条精加工的呈中心向外发散的V型槽63，或开有两条V型槽63，两条V型槽63十字交叉，V型槽63深度均相同，每条V型槽63中均可放置测试用传感器；调节座6的上表面设有螺孔65若干，螺孔65分布在V型槽63的两边，调整机构7通过螺孔65安装在调节座上表面；为了方便安装调整机构7(的固连片74)，或担心传感器主体不够长，可在V型槽63的尾部(外径)开设更大的凹槽64。

调节座6的上表面的中央位置设有T型孔68；调节座的上表面(上表面的外边缘)设有两个相互垂直的直边66，直角边66可以是上表面向外延伸，如图5(b)，也可以是向内切出直角边。

参照图6、图7、图8，所述调整机构7有相同的若干套，均安装在调节座上表面的V型槽之上，调节机构可调节传感器径向距离并压紧；

调整机构7包括压座71、压紧旋钮72、固连片74、调长旋钮73及卡簧75；压座71的下表面中间设有圆弧凹槽，上端开有螺孔，压座71安装在调节座6上表面的V型槽之上，通过压紧旋钮72固定并压紧在V型槽63内的传感器；

调长旋钮73通过卡簧75轴向限位后，与固连片74转动相连，再旋入压座71上端的螺孔中，通过旋转调长旋钮73，可调整传感器在V型槽内滑动，即调整传感器相对被测机床主轴的径向距离。

参照图9，配合参照图1，调节座6上表面的T型孔68中还安放一种导向套8，导向套8有若干个，均为凸台结构，导向套8的凸台81外侧面精密加工，T型孔68的中央孔67也为精密加工孔，两者(凸台81、中央孔67)精密配合；

导向套8的上表面打有中央导向点83；或者，不同导向套8的上表面开有不同孔径的导向孔82，以便与被测标准主轴或被测钻头配合，使处于主轴正下方。

本实用新型使用方法如下(以钻铣床为例)：

1、参照图1、图6、图8，依次固定连接各零部件，分别旋松固定螺钉3、调平螺钉5。

2、分别调整左右、前后调平螺钉5，使调节座6的上表面水平(即与主轴垂直)。

3、调整工作台在主轴正下方：降下主轴钻头(或被测标准轴)，使钻头进入导向套8的导向孔82或导向点83，检查调节座6的上表面的水平性，之后旋紧固定螺钉3。

4、在V型槽63中装入传感器，调节调整机构7调节传感器径向距离并压紧：旋转调长旋钮73调节传感器相对主轴到合适位置(可配合计算机采集数据进行调整)，调整压紧旋钮72压紧传感器即可。当本实用新型应用到卧式车床时，固定座4通过减震器2或11与尾架连接件9配合相连，尾架连接件9与机床尾架配合连接，此时本发明卧式横躺；当本实用新型悬挂到钻铣床时，固定座4通过减震器2或11与套筒件10配合相连，套筒件10与主轴上端的主轴箱凸台配合连接，此时本实用新型倒立悬挂；之后采用激光投线仪(或称激光对线仪)，投射十字线标定调节座6的直角边66与主轴的垂直关系，从而标定测试传感器所在平面与主轴垂直。

另外，本实用新型采用透明材质卧式或倒立安装时，也可应用激光投线仪标定四个传感器的交点正好处于被测标准轴的中央位置，即此时投线仪的十字线与四个传感器重合，十字线的交点处于刀尖或主轴中央。

使用本实用新型进行一次数据采集测量，所获得的数据如下(假设四个传感器，十字交叉放置，即两两垂直，采集的数据分别为S1、S2、S3、S4)，共15组：

2组双侧头反向法数据，分别为：S1与S3、S2与S4；

4组单向法数据，分别为：S1、S2、S3、S4；

4组双向法数据，分别为：S1与S2、S2与S3、S3与S4、S1与S4；

4组三点法数据，分别为：S1与S2与S3、S1与S2与S4、S1与S3与S4、S2与S3与S4；

1组四点法数据，为：S1与S2与S3与S4。

应用(单点)反向法测试主轴回转精度时，主轴旋转180°前后两次采集所获得的数据共34组(假设主轴旋转180°后四个传感器采集到的数据分别为S1’、S2’、S3’、S4’)，具体如下：

4组反向法数据：S1与S1’、S2与S2’、S3与S3’、S4与S4’；

4组双侧头反向法数据，分别为：S1与S3、S2与S4、S1’与S3’、S2’与S4’；

8组单向法数据，分别为：S1、S2、S3、S4、S1’、S2’、S3’、S4’；

8组双向法数据，分别为：S1与S2、S2与S3、S3与S4、S1与S4、S1’与S2’、S2’与S3’、S3’与S4’、S1’与S4’；

8组三点法数据，分别为：S1与S2与S3、S1与S2与S4、S1与S3与S4、S2与S3与S4、S1’与S2’与S3’、S1’与S2’与S4’、S1’与S3’与S4’、S2’与S3’与S4’；

2组四点法数据，为：S1与S2与S3与S4、S1’与S2’与S3’与S4’。

Claims (10)

1.一种主轴回转精度测试装置，其特征在于包括机床连接件、减震器、固定座、调节座和调整机构；

机床连接件与工作台或机床导轨配合连接；

固定座通过减震器连接在机床连接件上；

调节座通过球面接触与固定座可调相连，调节座的上表面开有多条呈中心发散状V型槽，传感器安放在V型槽内；

调整机构有多套，均安装在调节座上表面，调整机构可调节传感器相对主轴径向距离并压紧固定传感器。

2.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述机床连接件与机床配合连接，所述机床连接件包括三种形式：

机床连接件是T型螺母，与机床工作台T型槽配合相连；

机床连接件是尾架连接件，与车床尾架配合相连；

机床连接件是套筒件，与主轴上端的主轴箱凸台配合相连。

3.根据权利要求2所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述尾架连接件一端是含有锥度的圆台，与机床尾架配合连接；另一端设有若干个圆周对称的长圆孔，与连接在固定座上的减震器配合相连。

4.根据权利要求2所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述套筒件为筒状结构，径向开设有多个螺孔，筒的内径大小适合套接在主轴上端的主轴箱凸台上，通过螺钉旋入径向的螺孔与机床主轴箱凸台固定在一起。

5.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述减震器一端与机床连接件固定相连，另一端与固定座配合相连。

6.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述固定座的底部设有多个圆周对称的长圆孔，与固定在机床连接件上的减震器配合连接，固定座的外侧表面为球面，固定座的顶端设有倒立的四棱凸台，四棱凸台的四个侧面均通过固定座外侧球面的球心。

7.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述调节座的底部设有球形内凹面，内凹面与固定座球面相配合相连组成可动球面副机构；

调节座的中间部位开有四个螺孔，螺孔周向均布，上下位置与固定座四棱凸台平齐，四个调平螺钉分别旋入四个螺孔中，使得调节座与固定座球面配合连接，调节四个调平螺钉可调整调节座上表面与固定座主轴的夹角，即旋转左右调平螺钉使该上表面左右倾斜，旋转前后调平螺钉使该表面前后倾斜成其他角度。

8.根据权利要求1或7任意一项所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述调节座的上表面设有T型孔和两条V型槽，T型孔在上表面的中央位置，两条V型槽的中心线十字交叉，调节座的上表面设有多个螺孔，螺孔分布在V型槽的两边，调整机构通过螺孔安装在调节座上表面；调节座的上表面边缘处设有两个相互垂直的直边。

9.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于所述调整机构包括压座、压紧旋钮、固连片、调长旋钮及卡簧；

压座的下表面中间设有圆弧凹槽，上端中间开有螺孔，压座安装在调节座上表面的V型槽之上，通过压紧旋钮固定并压紧V型槽内的传感器；

固连片与传感器固定相连；

调长旋钮通过卡簧与固连片活动相连后，旋入压座上端螺孔中，通过旋转调长旋钮，可调整传感器在V型槽内滑动。

10.根据权利要求1所述的一种主轴回转精度测试装置，其特征在于还包括导向套，放置在在调节座上表面所设的T型孔中，导向套有多个；导向套的上表面打有中央点或开有不同孔径的导向孔。