CN207366184U - 一种主轴回转误差实验平台 - Google Patents
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Abstract
一种主轴回转误差实验平台，工作台上由前至后依次设置有位移传感器支架固定座、光电传感器支架、第一固定支架和第二固定支架，第一固定支架和第二固定支架分别支撑待测主轴的前部和后部，待测主轴的前端通过待测主轴的端键固定设置有主轴刀柄，主轴刀柄位于光电传感器支架一侧，且主轴刀柄的前端插入有检验棒，光电传感器支架上对应主轴刀柄设置有用于获取主轴刀柄转速信息的光电传感器，位移传感器支架固定座上对应检验棒固定设置有用于支撑和调整位移传感器位置的位移传感器支架组件，用于获取检验棒位移状态信息的位移传感器位于检验棒的上方。本实用新型利用高性能的模块化硬件实现全方位的系统集成，完成主轴回转误差与检验棒的圆度误差分离研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验平台。特别是涉及一种主轴回转误差实验平台。
背景技术
随着现代制造业的不断发展，机床作为具有高科技含量的现代化“工作母机”，是实现制造技术和装备制造业现代化的重要基础装备，其质量、性能和拥有量是衡量一个国家工业现代化水平、综合国力的重要标志，因此在国民经济现代化的建设中起着重大作用。主轴单元是现代金属切削机床的重要组成部分，机床制造领域中对高速高精度主轴的性能要求越来越高。由于主轴的回转精度是影响机床加工的几何精度和表面光洁度的重要因素之一，因此对主轴的回转精度的分析和研究显得尤为重要。
由于主轴的回转轴心不可见，只能通过对装夹在主轴的标准球或者检验棒的测量来间接地测得主轴轴心的运动，因此标准球或者检验棒的圆度误差不可避免的混入到主轴的回转误差中。当混入的圆度误差不可忽略时，就要采用有效的办法进行误差分离，以便得到准确的回转精度值。常用的误差分离方法有反转法、多点法和多步法等。反转法需要两次测量，第二次测量要将检验棒和位移传感器绕着旋转轴线旋转180°重新安装，重新安装会带来安装误差，会使分离结果不准确。多点法是同时采用多个位移传感器同时测量多组数据，将所测的多组数据进行综合处理，进行误差分离，但是传感器之间的角度要是选择的不合理，会产生谐波抑制，同样会影响到分离的精度。目前实际应用中，大多数的测试装置智能针对一种误差分离方法，通用性不强。加工固定角度的传感器支架不利于不同角度的分离结果的研究。因此需要一种可以实施多种误差分离方法的主轴回转误差实验平台有着重大的意义。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种利用高性能的模块化硬件实现全方位的系统集成的主轴回转误差实验平台。
本实用新型所采用的技术方案是：一种主轴回转误差实验平台，包括工作台，所述工作台上由前至后依次设置有位移传感器支架固定座、光电传感器支架、第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架和第二固定支架分别支撑待测主轴的前部和后部，所述待测主轴的前端通过待测主轴的端键固定设置有主轴刀柄，所述主轴刀柄位于所述的光电传感器支架一侧，且主轴刀柄的前端插入有检验棒，所述光电传感器支架上对应所述主轴刀柄设置有用于获取主轴刀柄转速信息的光电传感器，所述位移传感器支架固定座上对应检验棒固定设置有用于支撑和调整位移传感器位置的位移传感器支架组件，用于获取检验棒位移状态信息的位移传感器位于检验棒的上方。
所述的第一固定支架和第二固定支架结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴的半圆形凹槽的下固定支架以及位于所述待测主轴上面的倒U形结构的上固定支架，所述下固定支架的底座通过螺栓固定在所述工作台上，所述上固定支架开口端的两个端与所述下固定支架开口端的两个端通过销轴铰接连接，还设置有位于待测主轴和上固定支架之间的V型块，所述V型块卡套在所述待测主轴的上面，所述上固定支架的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架的顶端通过螺孔上下贯穿的螺纹连接有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆通过旋转顶在所述V型块的顶端而使待测主轴固定在所述下固定支架的凹槽上。
所述工作台上用于固定下固定支架底座的螺孔是沿工作台长度方向形成的，从而使下固定支架为能够前后调整的固定在所述工作台上。
所述的位移传感器支架组件包括有：通过螺钉固定在所述位移传感器支架固定座上的位移传感器支架旋转底座，能够旋转调整的套在所述位移传感器支架旋转底座上的位移传感器支架转盘，所述位移传感器支架转盘端部与位移传感器支架旋转底座端部之间形成有间隙，所述间隙内嵌入有用于阻挡所述位移传感器支架转盘从位移传感器支架旋转底座上脱落的位移传感器支架端盖，所述位移传感器支架端盖通过螺钉与所述位移传感器支架旋转底座端部固定连接，所述位移传感器支架转盘上部外侧通过螺钉固定设置有位移传感器支架，所述位移传感器支架上设置有对应于所述检验棒的位移传感器。
所述的位移传感器支架旋转底座在所述位移传感器支架固定座上能够沿径向调整。
所述的位移传感器支架转盘是通过沿径向设置的位移传感器支架转盘锁紧螺栓而定位在所述位移传感器支架旋转底座上。
所述的位移传感器支架转盘还套有用于测量所述位移传感器支架转盘旋转角度的刻度盘。
所述的位移传感器支架包括有一端沿位移传感器支架转盘轴向固定在所述位移传感器支架转盘外侧的上水平支杆，上部垂直连接在所述上水平支杆另一端的垂直支撑杆，以及一端水平的连接在所述垂直支撑杆的下端的下水平支撑杆，所述位移传感器固定设置在下水平支撑杆的另一端。
本实用新型的一种主轴回转误差实验平台，利用高性能的模块化硬件实现全方位的系统集成，完成主轴回转误差与检验棒的圆度误差分离研究。本实用新型具有的优点和积极效果是：
1、利用V型槽支架安装待测主轴，可实现自动定心；
2、针对不同类型的主轴，可实现固定敏感方向和旋转敏感方向的回转误差测量；
3、利用本实验平台，可同时实施多种误差分离方法，对不同误差分离方法进行对比研究，节省了测试时间和加工成本。
附图说明
图1是本实用新型一种主轴回转误差实验平台的整体结构示意图；
图2是本实用新型中位移传感器支架组件的正面视；
图3是图2的A-A剖视图。
图中
1：工作台 2：位移传感器支架固定座
3：位移传感器支架旋转底座 4：刻度盘
5：位移传感器支架 5.1：上水平支杆
5.2：垂直支撑杆 5.3：下水平支撑杆
6：位移传感器 7：主轴刀柄
8：位移传感器支架转盘 9：位移传感器支架端盖
10：检验棒 11：位移传感器支架转盘锁紧螺栓
12：光电传感器支架 13：光电传感器
14：待测主轴 14a：端键
15a：第一固定支架 15b：第二固定支架
15.1：下固定支架 15.2：锁紧螺杆
15.3：上固定支架 15.4：V型块
16：销轴
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的一种主轴回转误差实验平台做出详细说明。
如图1所示，本实用新型的一种主轴回转误差实验平台，包括工作台1，所述工作台1 上由前至后依次设置有位移传感器支架固定座2、光电传感器支架12、第一固定支架15a和第二固定支架15b，所述第一固定支架15a和第二固定支架15b分别支撑待测主轴14的前部和后部，所述待测主轴14的前端通过待测主轴的端键14a固定设置有主轴刀柄7，所述主轴刀柄7位于所述的光电传感器支架12一侧，且主轴刀柄7的前端插入有检验棒10，所述光电传感器支架12上对应所述主轴刀柄7设置有用于获取主轴刀柄7转速信息的光电传感器13，所述位移传感器支架固定座2上对应检验棒10固定设置有用于支撑和调整位移传感器6位置的位移传感器支架组件，用于获取检验棒10位移状态信息的位移传感器6位于检验棒10的上方。
所述的第一固定支架15a和第二固定支架15b结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴14的半圆形凹槽的下固定支架15.1以及套在所述待测主轴14上半圆上的倒U形结构的上固定支架15.3，所述下固定支架15.1的底座通过螺栓固定在所述工作台 1上，所述上固定支架15.3开口端的两个端与所述下固定支架15.1开口端的两个端通过销轴 16铰接连接，还设置有位于待测主轴14和上固定支架15.3之间的V型块15.4，所述V型块 15.4卡套在所述待测主轴14的上面，所述上固定支架15.3的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架15.3的顶端通过螺孔螺纹连接有用于通过旋转顶在所述V型块15.4的顶端而固定待测主轴14的锁紧螺杆15.2。通过调节所述锁紧螺杆15.2可将待测主轴14夹紧。
所述工作台1上用于固定下固定支架15.1底座的螺孔是沿工作台1长度方向形成的，从而使下固定支架15.1为能够前后调整的固定在所述工作台1上。
所述的位移传感器支架组件包括有：通过螺钉固定在所述位移传感器支架固定座2上的位移传感器支架旋转底座3，所述的位移传感器支架旋转底座3在所述位移传感器支架固定座2上能够沿径向调整。还有能够旋转调整的套在所述位移传感器支架旋转底座3上的位移传感器支架转盘8，所述位移传感器支架转盘8端部与位移传感器支架旋转底座3端部之间形成有间隙，所述间隙内嵌入有用于阻挡所述位移传感器支架转盘8从位移传感器支架旋转底座3上脱落的位移传感器支架端盖9，所述位移传感器支架端盖9通过螺钉与所述位移传感器支架旋转底座3端部固定连接，所述的位移传感器支架转盘8在调整好角度后，是通过沿径向设置的位移传感器支架转盘锁紧螺栓11而定位在所述位移传感器支架旋转底座3上。所述的位移传感器支架转盘8还套有用于测量所述位移传感器支架转盘8旋转角度的刻度盘 4。所述位移传感器支架转盘8上部外侧通过螺钉固定设置有位移传感器支架5，所述位移传感器支架5上设置有对应于所述检验棒10的位移传感器6。
如图2、图3所示，所述的位移传感器支架5包括有一端沿位移传感器支架转盘8轴向固定在所述位移传感器支架转盘8外侧的上水平支杆5.1，上部垂直连接在所述上水平支杆 5.1另一端的垂直支撑杆5.2，以及一端水平的连接在所述垂直支撑杆5.2的下端的下水平支撑杆5.3，所述位移传感器6固定设置在下水平支撑杆5.3的另一端。
本实用新型的一种主轴回转误差实验平台的工作原理为：
1、当实施反转法误差分离时，调整位移传感器支架转盘8的角度，拧紧位移传感器支架转盘锁紧螺栓11，记录一组测试数据T1，然后将主轴刀柄7拔出，转动180°后再重新装夹在待测主轴14的前端，并将位移传感器支架转盘8转动180°，锁紧位移传感器支架转盘锁紧螺栓11后，再记录一组数据T2，分别求出两组数据的同步误差T1s和T2s，T1s和T2s中均包含着待测主轴14的回转误差δ(θ)和检验棒10的圆度误差R(θ)，并有如下关系：
T1s(θ)＝R(θ)+δ(θ)
T2s(θ)＝R(θ)-δ(θ)
由上式很容易求得待测主轴14的回转误差δ(θ)和检验棒10的圆度误差R(θ)为：
2、当实施多点法误差分离时，以三点法为例进行说明，调整位移传感器支架转盘8的角度，拧紧位移传感器支架转盘锁紧螺栓11，记录一组测试数据T1，然后分别转动位移传感器支架转盘8，相对于初始位置的转动角度分别为α和β，记录数据为T2和T3，再分别求出各组数据的同步误差T1s(θ)、T2s(θ)和T3s(θ)，各组同步误差数据均包含待测主轴14的回转误差δ(θ)和检验棒10的圆度误差R(θ)，并有如下关系：
T1s(θ)＝R(θ)+x(θ)
T2s(θ)＝R(θ-α)+x(θ)cos(α)+y(θ)sin(α)
T3s(θ)＝R(θ-β)+x(θ)cos(β)+y(θ)sin(β)
其中x(θ)和y(θ)分别为待测主轴14回转误差在X轴和Y轴的分量，利用频域三点法即可分离得到待测主轴14的回转误差δ(θ)和检验棒10的圆度误差R(θ)。
3、当实施多步法误差分离时，调整位移传感器支架转盘8的角度，拧紧位移传感器支架转盘锁紧螺栓11，记录一组测试数据T1，然后分别转动位移传感器支架转盘8，每一次的转动角度为φ，共重复n次采集，记录数据分别为T1、T2..Tn,再分别求出各组数据的同步误差 T1s(θ)、T2s(θ)...Tns(θ)。每一次记录的数据都含有待测主轴14的回转误差δ(θ)和检验棒10 的圆度误差R(θ)，由于检验棒10的圆度误差具有严密的周期性，在各个等分位的数据之和会因为相应的基频和谐波的旋转矢量均成圆对称而相消，计算的待测主轴14的回转误差δ(θ) 为
检验棒10的圆度误差R(θ)为
R(θ)＝T1s(θ)-δ(θ)。
Claims (8)
1.一种主轴回转误差实验平台，包括工作台(1)，其特征在于，所述工作台(1)上由前至后依次设置有位移传感器支架固定座(2)、光电传感器支架(12)、第一固定支架(15a)和第二固定支架(15b)，所述第一固定支架(15a)和第二固定支架(15b)分别支撑待测主轴(14)的前部和后部，所述待测主轴(14)的前端通过待测主轴的端键(14a)固定设置有主轴刀柄(7)，所述主轴刀柄(7)位于所述的光电传感器支架(12)一侧，且主轴刀柄(7)的前端插入有检验棒(10)，所述光电传感器支架(12)上对应所述主轴刀柄(7)设置有用于获取主轴刀柄(7)转速信息的光电传感器(13)，所述位移传感器支架固定座(2)上对应检验棒(10)固定设置有用于支撑和调整位移传感器(6)位置的位移传感器支架组件，用于获取检验棒(10)位移状态信息的位移传感器(6)位于检验棒(10)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的第一固定支架(15a)和第二固定支架(15b)结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴(14)的半圆形凹槽的下固定支架(15.1)以及位于所述待测主轴(14)上面的倒U形结构的上固定支架(15.3)，所述下固定支架(15.1)的底座通过螺栓固定在所述工作台(1)上，所述上固定支架(15.3)开口端的两个端与所述下固定支架(15.1)开口端的两个端通过销轴(16)铰接连接，还设置有位于待测主轴(14)和上固定支架(15.3)之间的V型块(15.4)，所述V型块(15.4)卡套在所述待测主轴(14)的上面，所述上固定支架(15.3)的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架(15.3)的顶端通过螺孔上下贯穿的螺纹连接有锁紧螺杆(15.2)，所述锁紧螺杆(15.2)通过旋转顶在所述V型块(15.4)的顶端而使待测主轴(14)固定在所述下固定支架(15.1)的凹槽上。
3.根据权利要求2所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述工作台(1)上用于固定下固定支架(15.1)底座的螺孔是沿工作台(1)长度方向形成的，从而使下固定支架(15.1)为能够前后调整的固定在所述工作台(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的位移传感器支架组件包括有：通过螺钉固定在所述位移传感器支架固定座(2)上的位移传感器支架旋转底座(3)，能够旋转调整的套在所述位移传感器支架旋转底座(3)上的位移传感器支架转盘(8)，所述位移传感器支架转盘(8)端部与位移传感器支架旋转底座(3)端部之间形成有间隙，所述间隙内嵌入有用于阻挡所述位移传感器支架转盘(8)从位移传感器支架旋转底座(3)上脱落的位移传感器支架端盖(9)，所述位移传感器支架端盖(9)通过螺钉与所述位移传感器支架旋转底座(3)端部固定连接，所述位移传感器支架转盘(8)上部外侧通过螺钉固定设置有位移传感器支架(5)，所述位移传感器支架(5)上设置有对应于所述检验棒(10)的位移传感器(6)。
5.根据权利要求4所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的位移传感器支架旋转底座(3)在所述位移传感器支架固定座(2)上能够沿径向调整。
6.根据权利要求4所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的位移传感器支架转盘(8)是通过沿径向设置的位移传感器支架转盘锁紧螺栓(11)而定位在所述位移传感器支架旋转底座(3)上。
7.根据权利要求4所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的位移传感器支架转盘(8)还套有用于测量所述位移传感器支架转盘(8)旋转角度的刻度盘(4)。
8.根据权利要求4所述的一种主轴回转误差实验平台，其特征在于，所述的位移传感器支架(5)包括有一端沿位移传感器支架转盘(8)轴向固定在所述位移传感器支架转盘(8)外侧的上水平支杆(5.1)，上部垂直连接在所述上水平支杆(5.1)另一端的垂直支撑杆(5.2)，以及一端水平的连接在所述垂直支撑杆(5.2)的下端的下水平支撑杆(5.3)，所述位移传感器(6)固定设置在下水平支撑杆(5.3)的另一端。
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| CN201721138304.XU CN207366184U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 一种主轴回转误差实验平台 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107515112A (zh) * | 2017-09-06 | 2017-12-26 | 天津大学 | 一种主轴回转误差实验平台 |
| CN109781042A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-21 | 西安交通大学 | 一种主轴回转误差测量装置 |
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2017
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