CN207448040U - 一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座，包括垂直连接的圆弧形传感器安装面和圆弧形支座安装面；传感器安装面的半径和圆弧形支座安装面的内径相同，均大于主轴的前端的半径；传感器安装面上设有多个第一通孔以安装位移传感器；支座安装面上设有多个第二通孔以将支座固定在主轴箱的前端面上。本实用新型提供的一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座，支座的安装简单，位移传感器的安装牢固、测试角度准确，位移传感器在数控车床车削状态下不会发生移动，使得采集的数据准确，可以适应工业现场的复杂条件，测试的效率高，易于推广使用。

Description

一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，更具体地，涉及一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座。

背景技术

目前，数控机床作为典型的机电一体化产品，在机械、船舶、汽车、航空航天及军事工业上有着重要的应用。数控机床的制造水平和制造精度影响着所加工制造的产品的精度。数控车床主轴作为数控机床上的一个关键部件，它的运转精度将直接影响被加工零件的精度。因此，对数控车床主轴的轴心轨迹状态信息进行监测，尤其是加工状态下的主轴轴心轨迹数据进行采集，及时有效的反馈主轴的轴心轨迹状态，对提高零件的加工精度有着重要的意义。

在工业现场进行数控车床的主轴轴心轨迹的测试必须要满足抗震、安装调整简便等要求。传统的数控车床的主轴轴心轨迹测试采用磁性表座，测试角度的调整、找正，难度很大，且数据的准确性也较差，难于满足工业现场中加工状态下的测试需要。

实用新型内容

为克服现有技术采用磁性表座固定电涡流传感器角度不易找正，测试效率低的不足，本实用新型提供一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座。

本实用新型提供一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座，主轴可旋转地安装在主轴箱内，所述主轴的前端伸出于所述主轴箱的前端面，所述支座包括垂直连接的圆弧形传感器安装面和圆弧形支座安装面；所述圆弧形传感器安装面的半径和所述圆弧形支座安装面的内径相同，均大于所述主轴的前端的半径；所述传感器安装面上设有多个第一通孔以安装位移传感器；所述支座安装面上设有多个第二通孔以将所述支座固定在所述主轴箱的前端面上。

优选地，所述第一通孔的个数为2个；2个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为90度。

优选地，所述第一通孔的个数为3个；其中，沿所述传感器安装面圆弧方向的第一个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；所述第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

优选地，所述第一通孔的个数为4个；其中，沿所述传感器安装面圆弧方向的第一个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；所述第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；所述第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第四个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

优选地，所述第一通孔为螺纹孔。

优选地，所述传感器安装面与支座安装面为一体成型结构。

优选地，所述第二通孔为螺纹孔或光孔。

优选地，所述第二通孔的个数为3个或4个。

优选地，所述支座的材料为碳钢。

优选地，所述支座的表面覆盖氧化膜。

本实用新型提供的一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座，支座的安装简单、方便、牢固，且使位移传感器的安装牢固、简单、方便，位移传感器的角度准确，位移传感器在数控车床的切削状态下也不会发生移动，使位移传感器采集的数据准确、使采集的数控车床的主轴轴心轨迹的数据准确可靠，测试的效率高。可以适应工业现场的复杂条件，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种数控车床主轴的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种支座的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一种支座的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一种支座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面首先对本实用新型的应用环境进行说明。

本实用新型应用于在车削状态下对数控车床主轴的轴心轨迹进行测试，满足工业现场的复杂条件下对数控车床的主轴轴心轨迹测试的准确性要求。

数控车床主轴旋转时会伴随振动，此时主轴的中心点的运动轨迹就是轴心轨迹。主轴轴心轨迹是反映车床主轴动态特性的重要指标，轴心轨迹既可反映转子、轴承的工作状态，也可以反映主轴的故障特征。通过对数控车床的主轴轴心轨迹的测试，可用于预测、判断数控车床在加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度，也可用于对数控车床加工预测补偿控制，以及数控车床的状态监测和故障诊断。

在数控车床的主轴轴心轨迹的测试中，常用的误差分离技术主要有反向法、多点法和多步法。应用本实用新型进行数控车床主轴的轴心轨迹测试，基于多点法误差分离技术。

多点法要求使用多个传感器同时采集数据，多个传感器以同一原点为圆心呈一精确的确定角度布置，将多个传感器采集的数据通过傅里叶变换等方式转换到频域，通过在频域中分离谐波分量的方式消除回转误差。

多点法中三点法是最基本、应用最普遍的多点法。两点法和四点法都是在三点法的基础上发展而来。当多点法中的点数大于四点时，数据的处理较为复杂，故应用不多。

图1为本实用新型实施例一种数控车床主轴的结构示意图。如图1所示，数控车床主轴包括主轴101、主轴箱102、前端盖103和后端盖104。

主轴101可旋转地安装在主轴箱102内。主轴箱102的前端安装有前端盖103，用于密封和防尘。主轴箱102前端安装有前端盖103的A-A面为主轴箱的前端面。前端盖103固定在主轴箱的前端面的安装孔104上，安装孔104为螺纹孔。主轴101的前端伸出于主轴箱102的前端面。

在使用本实用新型进行数控车床主轴的轴心轨迹测试时，拆卸掉位于数控车床主轴箱前端面A-A面的前端盖103，将本实用新型提供的支座通过数控车床的前端盖安装孔104固定在主轴箱102上。用于采集数据的位移传感器固定在支座上。进行数控车床主轴的轴心轨迹测试时，通过固定在主轴箱102上的位移传感器，采集主轴101前端外圆表面的数据，对采集的数据通过多点法进行误差分离后获得数控车床的主轴轴心轨迹测试的结果。

图2为本实用新型实施例一种支座的结构示意图。如图2所示，一种用于数控车床的主轴轴心轨迹的在线测试支座，主轴安装可旋转地在主轴箱内，主轴的前端伸出于所述主轴箱的前端面，支座包括垂直连接的圆弧形传感器安装面201和圆弧形支座安装面202；传感器安装面201的半径和支座安装面202的内径相同，均大于主轴的前端的半径；传感器安装面201上设有多个第一通孔203以安装位移传感器；支座安装面202上设有3个第二通孔204以将支座固定在主轴箱的前端面上。

具体地，支座整体为圆弧形结构，由两部分构成：用于将支座固定在数控车床主轴箱的前端面上的支座安装面202和用于安装位移传感器的传感器安装面201。支座安装面202和传感器安装面201均为圆弧形结构。

进行数控车床的主轴轴心轨迹测试时，要将位移传感器安装在支座上以采集主轴旋转时主轴前端圆周外表面的数据。因此，传感器安装面201的半径大于数控车床主轴的半径，使传感器安装面201与主轴外表面之间形成一定的空隙，以便固定位移传感器。优选地，传感器安装面201的半径比数控车床主轴的半径大10mm。

为了便于位移传感器的安装，支座安装面202和传感器安装面201均为圆弧形。若支座安装面202和传感器安装面201为完整的圆形结构，则由于主轴前端安装的卡盘的限制，该支座将无法进行安装固定，并进行真实切削状态下的测试。

为了安装位移传感器，传感器安装面201上设有多个第一通孔203。位移传感器通过第一通孔203安装在支座上。每个第一通孔203上可安装一个位移传感器。

在进行数控车床的主轴轴心轨迹测试时，位移传感器一般选用电涡流传感器。电涡流传感器是一种非接触的线性化计量工具，能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。数控车床主轴为金属部件，可通过电涡流传感器测量探头端面与探头端面之间的相对位移变化。主轴不旋转时，电涡流传感器测量的是探头端面与探头端面之间静态的相对位移变化；主轴旋转时，电涡流传感器测量的是探头端面与探头端面之间动态的相对位移变化。

多个第一通孔203的位置根据位移传感器的安装角度设置。制造支座时，根据数控车床的主轴轴心轨迹在线测试时位移传感器的安装角度，设置多个第一通孔203的位置。多个第一通孔203设好后，在进行数控车床的主轴轴心轨迹在线测试时，将位移传感器安装在第一通孔203中即可实现位移传感器安装在需要的角度，位移传感器的安装角度准确可靠。

传感器安装面201与支座安装面202内弧连接，传感器安装面201与支座安装面202相互垂直。因此，传感器安装面201的半径和支座安装面202的内径相同。

数控车床主轴箱的前端面设有呈环状、均匀分布的安装孔。

在不进行数控车床的主轴轴心轨迹测试时，数控车床的前端盖安装在安装孔上，起到密封和防尘的作用。在进行数控车床的主轴轴心轨迹测试时，需要将前端盖拆卸下来，将支座固定在数控车床主轴外壳的前端面上。

因此，支座安装面202上设有多个第二通孔204。第二通孔204的位置与数控机床主轴箱的前端面上的安装孔的位置相对应。通过第二通孔204，将支座固定在主轴箱的前端面的安装孔上。

下面说明使用本实用新型提供的支座进行数控车床的主轴轴心轨迹测试的过程。

在数控车床的主轴轴心轨迹测试开始前，先将支座通过支座安装面202上的第二通孔204固定在数控车床主轴箱的前端面上。

将支座固定在数控车床主轴箱的前端面上之后，将多个位移传感器安装在支座传感器安装面201的第一通孔203上。每个第一通孔203上安装一个位移传感器。

将多个位移传感器安装在支座上之后，启动数控机床，每个位移传感器采集数据，通过多点法误差分离技术对采集的数据进行处理，获取数控车床主轴的轴心轨迹。

本实用新型实施例通过圆弧形支座安装面上的3个第二通孔将支座固定在数控车床主轴箱的前端面上，通过垂直于支座安装面的传感器安装面上的第一通孔安装位移传感器，支座的安装简单、方便、牢固，且使位移传感器的安装牢固稳定、简单、方便，位移传感器的角度准确，使位移传感器采集的数据准确、使获取的数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果准确可靠，测试的效率高，可以适应工业现场的复杂条件，易于推广使用。

基于上述实施例，作为一种可选实施例，第一通孔的个数为2个；2个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为90度。

具体地，传感器安装面上设有2个第一通孔。此时，适用于采用两点法进行误差分离。2个位移传感器分别安装在2个第一通孔上。

采用两点法误差分离技术时，2个位移传感器有特定的安装角度。因此，2个第一通孔呈特定的位置关系。

以圆弧形传感器安装面的圆心为极点建立极坐标系。一个第一通孔的极角为0度，另一个第一通孔的极角为90度。

本实用新型实施例通过设置2个第一通孔，采用两点法误差分离技术处理数控车床的主轴轴心轨迹数据，使数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果准确可靠。

基于上述实施例，作为一种可选实施例，第一通孔的个数为3个；其中，沿传感器安装面圆弧方向的第一个第一通孔与传感器安装面的圆心连线，与沿传感器安装面圆弧方向的第二个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；第二个第一通孔与传感器安装面的圆心连线，与沿传感器安装面圆弧方向的第三个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

具体地，传感器安装面上设有3个第一通孔。此时，适用于采用三点法进行误差分离。3个位移传感器分别安装在3个第一通孔上。

采用三点法误差分离技术时，3个位移传感器的安装角度可以任意选择。因此，3个第一通孔的位置关系根据3个位移传感器的安装角度确定。

本实用新型实施例通过设置3个第一通孔，采用三点法误差分离技术处理数控车床的主轴轴心轨迹数据，使数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果准确可靠。

图3为本实用新型实施例一种支座的结构示意图。根据采用三点法误差分离技术时，3个位移传感器安装角度的一种优选方案，3个第一通孔的位置关系如图3所示。

沿传感器安装面圆弧方向，3个第一通孔分别为第一个第一通孔301、第二个第一通孔302和第三个第一通孔303。

以圆弧形传感器安装面的圆心为极点建立极坐标系。第一个第一通孔301的极角为0度，第二个第一通孔302的极角为45度，第三个第一通孔303的极角为141.5度。此时，第一个第一通孔301的极径与第二个第一通孔302的极径的夹角为45度，第二个第一通孔302的极径与第三个第一通孔303的极径的夹角为141.5-45＝96.5度。

此时，传感器安装面和支座安装面均为半圆。

当3个位移传感器分别安装在呈上述位置关系的3个第一通孔上时，最终获取的主轴轴心轨迹的测试结果与原始数据非常接近。

本实用新型实施例通过设置3个第一通孔，采用三点法误差分离技术采集数控车床的主轴轴心轨迹数据，使数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果准确可靠。进一步地，通过合理设置3个第一通孔，更有效地消除了数控车床的主轴轴心轨迹测试的误差，使数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果更准确可靠。

基于上述实施例，作为一种可选实施例，第一通孔的个数为4个；其中，沿传感器安装面圆弧方向的第一个第一通孔与传感器安装面的圆心连线，与沿传感器安装面圆弧方向的第二个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；第二个第一通孔与传感器安装面的圆心连线，与沿传感器安装面圆弧方向的第三个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；第三个第一通孔与传感器安装面的圆心连线，与沿传感器安装面圆弧方向的第四个第一通孔与传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

具体地，传感器安装面上设有4个第一通孔。此时，适用于结合两点法和三点法进行误差分离，也适用于采用四点法进行误差分离。

图4为本实用新型实施例一种支座的结构示意图。结合两点法和三点法进行误差分离时，4个第一通孔的位置关系如3所示。

沿传感器安装面圆弧方向，4个第一通孔分别为第一个第一通孔401、第二个第一通孔402、第三个第一通孔403和第四个第一通孔404。

以圆弧形传感器安装面的圆心为极点建立极坐标系。第一个第一通孔的401极角为0度，第二个第一通孔402的极角为45度，第三个第一通孔403的极角为90度，第四个第一通孔404的极角为186.5度。此时，第一个第一通孔401的极径与第二个第一通孔402的极径的夹角为45度，第二个第一通孔402的极径与第三个第一通孔403的极径的夹角为45度，第一个第一通孔401的极径与第三个第一通孔403的极径的夹角为90度，第三个第一通孔403的极径与第四个第一通孔404的极径的夹角为186.5-90＝96.5度。

此时，传感器安装面为优弧，支座安装面为劣弧或半圆。

第一个第一通孔和第三个第一通孔用于两点法进行误差分离，第二个第一通孔、第三个第一通孔和第四个第一通孔用于三点法进行误差分离。通过对两点法进行误差分离和三点法进行误差分离后获取的数控车床的主轴轴心轨迹进行进一步地分析、对比和处理，能获得更准确的主轴轴心轨迹，并能根据对比结果，更准确地判断数控车床主轴的运行状态和进行故障诊断。

本实用新型实施例通过设置4个第一通孔，结合两点法和三点法误差分离技术处理数控车床的主轴轴心轨迹数据，使数控车床的主轴轴心轨迹的测试结果准确可靠。进一步地，根据两点法和三点法的对比结果，更准确地判断数控车床主轴的运行状态和进行故障诊断。

基于上述实施例，第一通孔为螺纹孔。

位移传感器与支座的传感器安装面通过第一通孔进行连接、固定。为了使位移传感器的安装更加方便，第一通孔为螺纹孔。

本实用新型实施例通过设置第一通孔为螺纹孔，使位移传感器的安装更加简单、方便、快速，数控车床的主轴轴心轨迹测试的效率更高。

基于上述实施例，传感器安装面与支座安装面为一体成型或通过焊接连接。

具体地，传感器安装面与支座安装面为一体成型结构。

可以将通过一体成型的方式制造支座，垂直连接的传感器安装面和支座安装面均在一体成型的过程中制造完成。

也可以分别制造传感器安装面和支座安装面，然后再将传感器安装面的一端与支座安装面的内弧进行焊接，形成支座的整体结构。

本实用新型实施例通过将传感器安装面和支座安装面一体成型，使支座的强度更好、更坚固耐用。

基于上述实施例，第二通孔为螺纹孔或光孔。

具体地，第二通孔用于将支座固定在数控车床主轴箱的前端面上。支座与数控车床主轴箱的前端面通过螺栓连接。每个第二通孔与一个数控车床主轴箱的前端面上的螺纹孔对应。

第二通孔为螺纹孔时，螺栓旋过第二通孔后，旋进数控车床主轴箱的前端面上的螺纹孔中。螺栓旋紧后，支座即固定在数控车床主轴箱的前端面上。

第二通孔为光孔时，螺栓穿过第二通孔后，旋进数控车床主轴箱的前端面上的螺纹孔中。螺栓旋紧后，支座即固定在数控车床主轴箱的前端面上。

本实用新型实施例通过将第二通孔设为螺纹孔或光孔，将支座固定在数控车床主轴箱的前端面上，使支座的安装简单、方便、牢固，从而使数控车床的主轴轴心轨迹测试的效率更高。

基于上述实施例，第二通孔的个数为3个或4个。

由于支座安装面202为圆弧形结构，根据三点成面原理，为了使支座固定牢固，避免支座安装不牢导致位移传感器安装不牢、采集的数据不准确，第二通孔204的数量至少为3个。

数控车床主轴箱的前端面上的安装孔的数量为6个或8个，呈环状、均匀分布。支座安装面202为劣弧或半圆，当数控车床主轴箱的前端面上的安装孔为6个时，第二通孔204的数量为3个；当数控车床主轴箱的前端面上的安装孔为8个时，第二通孔204的数量也可以为3个或4个。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，支座的材料为碳钢。

为了使支座经久耐用，支座的材料可选用耐久性好的材料。优选地，支座的材料为碳钢。

碳钢是含碳量小于2.11％，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的的铁碳合金。也叫碳素钢。

碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。其中，碳素工具钢加工性良好、价格低廉、容易冶炼，被广泛用于制造各种工具。碳素钢在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好。

本实用新型实施例通过选用碳钢制造支座，提高了支座的耐久性，使支座经久耐用。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，支座的表面覆盖氧化膜。

为了使碳钢制造的支座具有良好的抗腐蚀性，将支座的表面覆盖氧化膜。通过覆盖氧化膜，以隔绝空气，可以提高支座的防锈效果，使支座不易生锈，提高支座的耐久性。

支座的表面覆盖氧化膜可以采用发黑处理的方式，但不限于此。发黑是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。外观要求不高时可以采用对钢制件的表面发黑处理。

本实用新型实施例通过对碳钢制造的支座的表面覆盖氧化膜，进一步提高了支座的耐久性，使支座更经久耐用。

最后，本实用新型的上述实施例仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数控车床主轴轴心轨迹的在线测试支座，主轴可旋转地安装在主轴箱内，所述主轴的前端伸出于所述主轴箱的前端面，其特征在于，所述支座包括垂直连接的圆弧形传感器安装面和圆弧形支座安装面；

所述传感器安装面的半径和所述支座安装面的内径相同，均大于所述主轴的前端的半径；

所述传感器安装面上设有多个第一通孔以安装位移传感器；

所述支座安装面上设有多个第二通孔以将所述支座固定在所述主轴箱的前端面上。

2.根据权利要求1所述的支座，其特征在于，所述第一通孔的个数为2个；2个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为90度。

3.根据权利要求1所述的支座，其特征在于，所述第一通孔的个数为3个；

其中，沿所述传感器安装面圆弧方向的第一个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；

所述第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

4.根据权利要求1所述的支座，其特征在于，所述第一通孔的个数为4个；

其中，沿所述传感器安装面圆弧方向的第一个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；

所述第二个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为45度；

所述第三个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线，与沿所述传感器安装面圆弧方向的第四个所述第一通孔与所述传感器安装面的圆心连线之间的夹角为96.5度。

5.根据权利要求1至4任一所述的支座，其特征在于，所述第一通孔为螺纹孔。

6.根据权利要求1至4任一所述的支座，其特征在于，所述传感器安装面与支座安装面为一体成型结构。

7.根据权利要求1至4任一所述的支座，其特征在于，所述第二通孔为螺纹孔或光孔。

8.根据权利要求1至4任一所述的支座，其特征在于，所述第二通孔的个数为3个或4个。

9.根据权利要求1至4任一所述的支座，其特征在于，所述支座的材料为碳钢。

10.根据权利要求8所述的支座，其特征在于，所述支座的表面覆盖氧化膜。