基于光纤激光测振仪的数控机床主轴轴心轨迹测量装置的制作方法

本发明涉及光纤激光测振领域，具体涉及一种使用光纤激光测振仪对高档数控机床主轴轴心轨迹测量的装置和方法。

背景技术：

数控机床作为制造业的工作母机，其代表的装备制造业是用来衡量国家工业现代化的重要标志之一。随着科学技术的不断发展，数控机床作为一种重要的加工设备正朝着高速、高精度和高效率的方向发展。而数控机床的主轴性能对于机床的加工精度以及加工稳定性有直接的影响，特别是在高速加工领域，主轴运动性能的优劣直接影响工件的加工质量。

数控机床主轴轴心轨迹作为机床主轴运行的重要参数，能够形象、直观地反映机床主轴系统的抗振性能好坏，并在一定程度上客观地反映主轴系统的工作稳定性和可靠性。实现数控机床主轴轴心轨迹的在线测量，对于实现主轴运行状态的监测、故障诊断、主轴动平衡及工件加工质量的预测与补偿均具有重要的意义。

目前，人们在获取数控机床主轴轴心轨迹时，主要依靠电涡流位移传感器或激光多普勒测振仪，但电涡流位移传感器对主轴的材质也有严格要求，其涡流效应还需要电涡流位移传感器的探头与主轴之间的距离较近(一般为2mm)，只适合机床空转的应用场合。同时，电涡流位移传感器还受到温度的影响，温度越高误差越大，且测试精度和频率范围都非常有限(通常只能达到0.01mm)，不适合机床微小振动的测试。而激光多普勒测振仪虽然具有极高的测试精度和测试频率范围，但体积庞大，没有专门的测试工装配合，很难在狭小的机床加工空间内，获取主轴系统的轴心轨迹，另外，同时使用两台激光多普勒测振仪的成本非常高昂，高速碰射的切削液和飞溅的金属铁屑也非常容易损坏仪器。因此，体积庞大且价格高昂的激光多普勒测振仪并不是数控机床主轴系统轴心轨迹在线测试的最佳选择。

技术实现要素：

光纤激光测振仪是最近三五年诞生的新型激光测振仪，其具有体积小、测试精度高、测试频率范围宽、测试距离灵活且不受电磁干扰等一系列优势，本发明基于光纤激光测振仪，提供一种基于光纤激光测振仪的高档数控机床主轴轴心轨迹测量的装置，具有测量精度高、体积小、便携等优点，可以在具体测量高档数控机床主轴轴心轨迹时得到更加准确的测量结果。本发明的技术方案是：

基于光纤激光测振仪的数控机床主轴轴心轨迹测量装置，包括用于安装光纤激光测振仪的工作平台，所述工作平台上设置激光卡头，光纤激光测振仪安装于激光卡头中，激光卡头可以在工作平台面上沿激光移动槽滑动；所述工作平台与轴向调整机构连接；所述轴向调整机构包括沿机床主轴的轴向设置的两根光杠及一根丝杠，所述丝杠由电机驱动旋转；丝杠下端与穿套在光杠上的连接器螺孔连接；光杠的上方设置电磁铁；所述工作平台嵌入弧形座的导向槽，弧形座与连接器的下端固定。

所述工作平台上设置激光电机，所述激光电机驱动大齿轮旋转，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与中齿轮啮合，中齿轮与设置在激光卡头上的齿条啮合，激光卡头的下端嵌入激光移动槽。

所述工作平台上设置两条相互垂直的激光移动槽。

所述弧形座与机床主轴的横截面圆为同心圆。

电磁铁吸附于机床主轴箱上面。

本发明的有益效果：

本发明工作时可以通过控制电机来实现对于机床主轴的轴心轨迹的测量，以及测量位置的调节，实现了对于主轴轴心轨迹的精确测量，同时本发明还具有使用简单，携带方便等特点，解决了使用光纤激光测振仪测量轴心轨迹的问题。

附图说明

图1是本发明的结构轴测图；

图2是另一角度的轴测图；

图3是激光电机及齿轮啮合示意图；

图4是丝杠、轴承、轴承端盖连接关系示意图；

图5是工作平台的俯视图；

图6是光路图；

图中：1-电磁铁，2-丝杠电机，3-轴承，4-轴承端盖，5-丝杠，6-光杠，7-连接器，8-导向槽，9-工作平台，10-激光电机，11-小齿轮，12-中齿轮，13-大齿轮，14-齿轮保护罩，15-激光卡头，16-激光测振仪，17-电磁铁开关，18-激光保护壳，19-激光移动槽，20-激光光线，21-机床主轴。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明，如图所示，本发明包括用于安装光纤激光测振仪的工作平台9，所述工作平台9上设置激光卡头15，光纤激光测振仪16安装于激光卡头15中，激光卡头15可以在工作平台面上沿激光移动槽19滑动；所述工作平台9与轴向调整机构连接；所述轴向调整机构包括沿机床主轴21的轴向设置的两根光杠6及一根丝杠5，所述丝杠5由丝杠电机2驱动旋转；丝杠5下端与穿套在光杠6上的连接器7的螺孔连接；光杠6的上方设置电磁铁1；所述工作平台9嵌入弧形座91的导向槽8，弧形座91与连接器7的下端固定。

所述工作平台9上设置激光电机10，所述激光电机10驱动大齿轮13旋转，大齿轮13与小齿轮11啮合，小齿轮11与中齿轮12啮合，中齿轮12与设置在激光卡头上的齿条25啮合，激光卡头15的下端嵌入激光移动槽19。

所述工作平台上设置两条相互垂直的激光移动槽19。

为保证激光始终投射在机床主轴的外表面，所述弧形座91与机床主轴21的横截面圆为同心圆。

电磁铁可以通过旋动右侧开关将其吸附于机床主轴箱上面；

所述导向槽8连接工作平台9与弧形座91进而与连接器7连接，在电磁铁1固定之后，通过移动工作平台9在导向槽8内的位置及调节丝杠的位置可以调节对主轴21的测量点；导向槽8角度呈120度。

所述光纤激光测振仪每个激光头可分别发出激光光束，光束照射到主轴表面后经过反射进入激光发射头中，经过测振仪处理可得到测量数据。两激光光束呈90射在机床主轴上。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于光纤激光测振仪的数控机床主轴轴心轨迹测量装置，工作平台上设置激光卡头，光纤激光测振仪安装于激光卡头中，激光卡头可以在工作平台面上沿激光移动槽滑动；所述工作平台与轴向调整机构连接；所述轴向调整机构包括沿机床主轴的轴向设置的两根光杠及一根丝杠，所述丝杠由电机驱动旋转；丝杠下端与穿套在光杠上的连接器的螺孔连接；光杠的上方设置电磁铁；所述工作平台嵌入弧形座的导向槽，弧形座与连接器的下端固定。本发明的有益效果：可以通过控制电机来实现对于机床主轴的轴心轨迹的测量，以及测量位置的调节，实现了对于主轴轴心轨迹的精确测量，解决了使用光纤激光测振仪测量轴心轨迹的问题。

技术研发人员：李小彭;贾辰强;李晖;姜世杰;任朝晖;赵春雨
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2017.06.26
技术公布日：2017.08.25