用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置的制作方法

本实用新型涉及轴承刚度测量领域，特别涉及测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置。

背景技术：

滚动轴承是机床主轴系统的关键部件之一。机床主轴系统绝大部分采用角接触球轴承。角接触球轴承的成本较低且具有较高的刚度和精度，因此成为大多数精密、高速机床主轴系统制造厂家的首选而被广泛应用。

通常情况下，轴承制造厂商的产品目录中会提供其在轻载、中载以及重载条件下的静态轴向刚度。但是滚动轴承的刚度并非恒定，其会受到机床主轴、轴承座、隔套等的实际公差尺寸的影响，与轴承圈是否产生过盈配合的影响，轴承安装面的圆柱度、垂直度或同轴度等因素的影响，进而随着主轴转速的改变和承受的载荷呈非线性变化。

因此，准确获取滚动轴承的刚度，并向其施加合适的预紧载荷，对提升机床主轴系统的性能具有重要的意义，是研制精密主轴系统的关键。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置，所述轴承组包括套设于主轴一端的第一轴承组和套设于主轴另一端的第二轴承组，所述第一轴承组和所述第二轴承组之间的主轴上套设有内、外隔套，所述第一轴承组的端面超出所述主轴的端面，其特征在于，包括：

底板，具有供主轴穿入的第一孔，且所述第二轴承组能够抵靠在底板上；

第一侧支撑板和第二侧支撑板，对称地设置于所述第一孔的两侧，且固定于所述底板上；

顶板，一端和所述第一侧支撑板固定连接，另一端和所述第二侧支撑板固定连接，所述顶板上设置有和所述第一孔位置相对的第二螺纹孔；

螺纹转动杆，能够转动地设置于所述第二螺纹孔内；

载荷传感器，固定地设置于所述螺纹转动杆由所述顶板向着所述底板伸出的一侧；

压板，固定地设置于所述载荷传感器朝向着所述底板的面上；

位移传感器支架，固定地设置于所述底板上；

位移传感器，用于测量所述压板的位移量，固定地设置于传感器支架上。

在本实用新型的一些实施方式中，所述螺纹转动杆的轴线和所述主轴的轴线重合。

在本实用新型的一些实施方式中，所述测量装置还可以包括：

分力帽，固定地设置于所述载荷传感器朝向所述顶板的表面上，所述分力帽上具有弧形凹陷；

钢球，至少一半体积位于所述弧形凹陷内，以使得所述螺纹转动杆的端部能够与其接触。

工作时，钢球的上端面与螺纹传动杆的下端接触，以使得螺纹传动杆所施加的载荷通过钢球能够沿轴向竖直传递至轴承组，即该钢球起到调心作用。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一侧支撑板上具有沿其高度方向延伸的第一腰孔，所述第二侧支撑板上具有沿其高度方向延伸的第二腰孔，所述顶板的一端通过螺栓和所述第一腰孔连接，所述顶板的另一端通过螺栓和所述第二腰孔连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一侧支撑板和所述第二侧支撑板均呈“Z”形，所述第一侧支撑板和所述第二侧支撑板用于连接所述底板的一端具有相互反向延伸的第一弯折段，所述第一侧支撑板和所述第二侧支撑板的另一侧具有相对延伸的第二弯折段，所述第二弯折段上设置有贯穿其的螺栓。

为了防止施加的载荷较大时，顶板和螺纹传动杆发生相对运动(即顶板向着上方运动)，因此采用“Z”形的第一侧支撑板和第二侧支撑板限制顶板运动。

在本实用新型的一些实施方式中，所述位移传感器支架包括竖直地固定于所述底板上的第一部分以及水平延伸出的第二部分，所述第二部分位于所述压板的上方，并且所述第二部分呈叉状，所述第二部分的缺口能够容纳所述载荷传感器。

在本实用新型的一些实施方式中，所述测量装置还可以包括固定地套设于所述螺纹转动杆由所述顶板伸出的一端上的手轮手柄。

在本实用新型的一些实施方式中，所述测量装置包括套设于所述主轴上的端盖，所述端盖位于所述第二轴承组和所述底板之间。

本实用新型提供的用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置能够采用位移传感器获取轴承组的形变量，采用载荷传感器获取加载载荷，然后建立轴承组的刚度曲线，以便于在实际应用时根据该刚度曲线调整内、外隔套的间隙量和预紧载荷提高主轴系统的旋转精度。该测量装置能够适用于不同的轴承组，且能够通过计算机将不同轴承组的刚度曲线保存，以便于随时调用。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置的剖视图；

图2为本实用新型一实施方式的用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置的侧视图；

图3为本实用新型一实施方式的用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置的立体图；

图4为本实用新型一实施方式中分力帽、钢球以及螺纹转动杆的配合示意图；

图5为本实用新型一实施方式中传感器支架的结构示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对实用新型作进一步详细的说明。虽然附图中显示了本公开示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻的理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1～3，本实用新型一实施方式提供了一种用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置。其中，轴承组包括套设于主轴1一端的第一轴承组2和套设于主轴1另一端的第二轴承组3。第一轴承组2和第二轴承组3之间的主轴1上套设有内、外隔套4、5。装配完成时，第一轴承组2的端面略微超出主轴1的端面。

该用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置包括底板6、第一侧支撑板7和第二侧支撑板8、顶板9、螺纹转动杆10、载荷传感器11、压板12、位移传感器支架13、位移传感器14。

底板6具有能够使得主轴1穿入的第一孔61，且装配后第二轴承组3能够直接地抵靠在底板6上或者第二轴承组3能够通过套设于主轴1上的端盖15抵靠在底板6上(即端盖15位于第二轴承组3和底板6之间)。第一侧支撑板7和第二侧支撑板8对称地固定设置于底板6上，且位于第一孔61的两侧。顶板9的一端和第一侧支撑板7固定连接，另一端和第二侧支撑板8固定连接，顶板9上设置有和第一孔61位置相对的第二螺纹孔91。螺纹转动杆10能够转动地设置于第二螺纹91孔内。载荷传感器11固定地设置于螺纹转动杆10由顶板9向着底板6伸出的一侧上(即向下方伸出的一端上)。压板12固定地设置于载荷传感器11朝向着底板6的面上，即压板12固定在载荷传感器11的下表面上。位移传感器支架13固定地设置于底板6上，该位移传感器支架13上固定地设置有用于测量压板12的位移量的位移传感器14。

工作时，通过螺纹转动杆10的旋转带动载荷传感器11和压板12向下运动，将加载载荷施加于第一轴承组2上。相应地，底板2对第二轴承组3施加反向的作用力。位移传感器14测量获取压板12的位移量，该位移量实际上为第一轴承组2和第二轴承组3的形变量。

根据公式σ＝F/k，其中σ为位移传感器14获取的形变量，F螺纹转动杆10加载于轴承组的载荷，可以获得轴承组刚度k。进一步地，可以根据不同的加载载荷和形变量，获得轴承组的刚度曲线。在实际工作时，就可以根据已知的主轴轴承预紧载荷F，在轴承组的刚度曲线中查得对应的刚度k，进而获取形变量σ，而形变量σ可以通过调整内、外隔套4、5的间隙量予以控制，以此方式来保证整个主轴系统具有更高的旋转精度温升及稳定性。

本领域技术人员应当能够理解，为了更好地向轴承组施加加载载荷，螺纹转动杆10的轴线和主轴1的轴线应当重合。

参照图4所示，在本实用新型的一个实施方式中，该测量装置还包括固定地设置于载荷传感器11朝向顶板9的表面上(即上表面)的分力帽16，该分力帽16上具有一个弧形凹陷。钢球17滚动地布置于弧形凹陷内，且其至少一半体积位于弧形凹陷中。工作时，钢球17的上端面与螺纹传动杆10的下端接触，以使得螺纹传动杆10所施加的载荷通过钢球17能够沿轴向竖直传递至轴承组，即该钢球17起到调心作用。

参照图2，在本实用新型提供的一种用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置中，第一侧支撑板7上具有沿其高度方向延伸的第一腰孔71。第二侧支撑板8上具有沿其高度方向延伸的第二腰孔81。顶板9的一端通过螺栓91和第一腰孔71连接，顶板9的另一端通过螺栓92和第二腰孔连接81。因此，在实际使用时可以通过调整顶板9在竖直方向上的位置，对不同规格尺寸的主轴轴承组件进行载荷-位移测试，以使得该测量装置具有更好的通用性。

再次参照图2和图3，在本实用新型的一个实施方式中，第一侧支撑板7和第二侧支撑板8均呈“Z”形，第一侧支撑板7和第二侧支撑板8用于连接底板6的一端具有相互反向延伸的第一弯折段72、82，第一侧支撑板7和第二侧支撑板8的另一侧具有相对延伸的第二弯折段73、83，第二弯折段73、83上设置有贯穿其的螺栓74、84。

工作时，螺纹传动杆10的旋转使其向下运动，之后经由载荷传感器11和压板12将载荷施加于轴承组上。又因第一侧支撑板7和第二侧支撑板8上具有沿其高度方向延伸的第一腰孔71和第二腰孔81，导致顶板9可以上下运动。为了防止施加的载荷较大时，顶板9和螺纹传动杆10发生相对运动(即顶板9向着上方运动)，因此采用“Z”形的第一侧支撑板7和第二侧支撑板8限制顶板9运动。此外，为了进一步调整顶板9的运动空间，还在第二弯折段73、83上设置有贯穿其的螺栓74、84，旋转螺栓74、84即可实现上述目的。

参照图2、3、5，位移传感器支架13包括竖直地固定于底板6上的第一部分131以及水平延伸出的第二部分132，第二部分132位于压板12的上方，并且第二部分132呈叉状，第二部分132的缺口133能够容纳载荷传感器11。位移传感器14设置于第二部分132上。这样，位移传感器14既能够准确的测量压板12的位移，位移传感器支架13也不会影响载荷传感器11的运动。

在本实用新型的一些实施方式中，该用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置还包括固定地套设于螺纹转动杆10由顶板9伸出的一端上的手轮手柄18。

本实用新型提供的用于测量机床主轴的轴承组刚度的测量装置的载荷传感器11测量的载荷数值和位移传感器14测量的位移变化量可以通过变送器经A/D转换输入计算机进行数据处理，进而通过最小二乘法进行曲线拟合生成轴承组刚度数据库(即各轴承组预紧载荷所对应的预紧量数据)，以备在实际应用时根据该刚度数据库确定合适的预紧载荷。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制性的。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。