机床传动链检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种机床传动链检测装置，其包括刀杆角位移传感器和工作台角位移传感器，刀杆角位移传感器和工作台角位移传感器连接至回转传动精度测量仪。工作台角位移传感器的定子嵌固在一圆盘形片簧的中心孔中且两者同心，片簧的边缘部通过磁性表座固定在机床的机身上，工作台角位移传感器受传感器底座支撑且其转子与机床工作台同轴转动连接。本发明还公开了一种机床传动链检测方法。本发明解决了：1、工作台角位移传感器定子在机床上难找到符合要求的安装定位位置的问题，避免了固定定子的工装对机床的破坏，缩短了安装的时间；2、角位移传感器在反复转位测量过程中，每次测量之前定子需要反复拆装夹持的问题，提高了测量精度和操作的便利性。
【专利说明】
机床传动链检测装置及检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及精密机床领域，具体是一种机床传动链检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 当前有关制齿机床(滚、插、磨）、蜗轮副、齿轮箱等机械传动链的检测现状是:采用 回转传动精度测量仪，如CN 86210172 U公开的圆感应同步器式机床传动精度测量仪，在传 动链首末端各安装一个角位移传感器(如时栅、光栅、磁栅、编码器等），其转子随传动件同 步回转。其中，角位移传感器的定子必须相对固定，绝不可刚性固定，否则定子、转子将会因 为安装时的偏心位移和轴向位移产生强力拉动，带来特大测量误差，甚至被损坏。该问题尤 其在大传动比、精度要求特高的传动链上更显突出，如蜗杆传动副、滚齿机、插齿机、螺杆车 床等等。为此，前人作了大量的工作：其中捷克人斯特潘尼克和上海机床厂HYQ010A共同研 发的平行钢带法（MOS)已被全盘否定;捷克TOCNMO和重庆机床厂共同研发的CYQ003仪器中 采用六片簧结构，虽被市场肯定十多年，但须经常重新装夹，重新测量，重新验证，终有不稳 之处，给用户带来了极大不便;德国OPTON公司型号为GPG05的机床传动精度测量仪简单地 采用了德国HANDHAIN光栅，该光栅特点是转子定子间安装了联轴节，要求转子和定子安装 的不同心度< 0.02mm，轴向位移偏差< ±0. lmm，GPG05测量仪直接将这个安装要求交给用 户自行解决，因此用户使用这个仪器时，要测一种机床就必须设计制造一套工装，给用户带 来极大的不便。这些不完善的检测手段制约了我国制齿机床在精度上的发展。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种机床传动链检测装置及检测方法，其既能解决传动链 检测中角度传感器的定子的安装问题，又能解决传感器多次转位提高测量精度的问题。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种机床传动链检测装置，包括测量机床刀杆旋转角度的刀杆角位移传感器和测 量机床工作台旋转角度的工作台角位移传感器，刀杆角位移传感器和工作台角位移传感器 连接至一回转传动精度测量仪。工作台角位移传感器的定子嵌固在一圆盘形片簧中且两者 同心，片簧的边缘部通过磁性表座固定在机床的机身上，工作台角位移传感器受一传感器 支撑底座支撑且其转子与机床工作台同轴转动连接。
[0006] 进一步的，传感器支撑底座与机床的工作台螺栓固定，传感器支撑底座具有一竖 立的芯轴，工作台角位移传感器的转子固定在芯轴顶端且两者同轴，芯轴上安装有一端面 轴承，端面轴承的滚珠支撑工作台角位移传感器的定子。
[0007] 进一步的，传感器支撑底座包括位于下端的连接底盘，连接底盘设有上下贯穿的 连接孔，连接孔环绕芯轴等角度均匀分布，连接底盘通过在连接孔中安装螺栓同轴固定在 机床工作台上。
[0008] 进一步的，传感器支撑底座包括固定安装在芯轴上的托盘，端面轴承支撑于托盘 上。
[0009] 进一步的，工作台角位移传感器内置联轴节，其定子与转子间通过联轴节连接。
[0010] 进一步的，片簧夹持于两磁性表座间，该两磁性表座相对于机床工作台的中心轴 对称。
[0011] 进一步的，片簧的边缘部设有四个供磁性表座夹持的矩形钳口，钳口开口朝外，相 邻的两钳口之间相对片簧的中心呈90度夹角。
[0012] 本发明还提供了一种机床传动链检测方法，其包括如下步骤：
[0013] ①安装工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器，调试回转传动精度测量仪使其 初始化。
[0014]②确定工作台角位移传感器的定子相对于机床机身的位置，通过旋转片簧实现工 作台角位移传感器的定子相对于机床床身转位数次，每转位一次重新启动机床工作台和刀 杆一次，并检测一次机床传动链的传动精度。
[0015] ③检测完成，拆卸磁性表座、工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器。
[0016] 进一步的，步骤②中，工作台角位移传感器的定子依次转位0°、90°、180°和270°， 四次测量机床的精度。
[0017] 本发明提供的检测装置采用磁性表座来固定工作台角位移传感器的定子的基础 件，并采用圆盘形片簧作为磁性表座与工作台角位移传感器的定子两者之间的联结件，一 方面，磁性表座的座子端能够牢固吸附在机床的机身上，不需要额外的连接结构，吸附位置 能自由变动，既方便通用，又不会破坏机床的自身结构；另一方面，由于片簧为圆盘形，在工 作台角位移传感器的定子需要转位的时候，不需要拆卸片簧，片簧在中心不变的情况下，任 意转动都可以视为未转动，只要保持磁性表座及其夹持位置不变，那么在定子转为后，磁性 表座的夹持端夹持片簧便可视为两者相对位置不变，就容易满足磁性表座的夹持偏心一 定，工作台角位移传感器的转子与定子的轴向位移偏差和不同心度始终保持在要求范围 内。由此，解决了 ：1、工作台角位移传感器定子在机床上难找到符合要求的安装定位位置的 问题，避免了安装定子对机床的破坏，缩短了安装的时间；2、角位移传感器在反复转位测量 过程中，每次测量之前定子需要反复拆装夹持的问题，提高了测量精度和操作的便利性。
[0018] 另外，本检测装置不同于现有技术中对工作台角位移传感器的支撑结构，采用了 端面轴承来达到对工作台角位移传感器的无摩擦支撑。该支撑结构简单，机床工作台的转 动不会影响传感器的定子。并在片簧上设钳口，既可以指示定子和片簧相对于机床床身转 动的角度，又方便磁性表座夹持，使磁性表座的夹持端与片簧的夹持稳定一致。当传动精度 检测完成，在拆卸磁性表座后，拆卸连接底盘固定在机床工作台上的螺栓即可方便卸下本 检测装置。
[0019] 本发明提供的检测方法，免除角度传感器反复拆装带来的测量误差，并通过四次 转位测量，从而能够准确、方便、快速地测得机床的传动链精度。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明检测装置的一种具体实施例的结构示意图；
[0021] 图2为图1中片簧的结构示意图；
[0022] 图3为回转传动精度测量仪的系统框图；
[0023]图4为回转传动精度测量仪的软件处理框图。
[0024]图中：1-工作台角位移传感器;2-片簧;3-磁性表座;4-端面轴承;20-机床工作台； 101-工作台角位移传感器的定子；102-工作台角位移传感器的转子；103-联轴节；104-连接 底盘;105-芯轴；106-托盘;107-螺栓;201-钳口。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0026] -种机床传动链检测装置，用于检测机床传动链传动精度。
[0027] 本检测装置包含刀杆角位移传感器、工作台角位移传感器1和回转传动精度测量 仪，回转传动精度测量仪根据同步位移比较原理进行传动误差的检测，测量仪的系统组成 如图3所示，其软件处理框图如图4所示。刀杆角位移传感器安装于机床刀杆的输出端，用于 测量机床刀杆的旋转角度，机床的主轴电机驱动刀杆（图未示）。工作台角位移传感器1悬设 于机床工作台20的正上方，用于测量机床工作台20的旋转角度。机床工作台20和刀杆同步 转动，上述的两个传感器将测量到的旋转角度信号输送至回转传动精度测量仪。机床工作 台20每次回转一定角度，一般回转四次来提高检测精度，回转传动精度测量仪最终可以计 算机床工作台20和刀杆旋转角度的同步角位移关系，从而得到机床的传动链传动精度。
[0028] 本发明的检测装置要解决的是:作为精密传感器的工作台角位移传感器1，传感器 定子安装时在机床上难找到符合要求的安装定位位置;在反复转位测量的过程中，每次测 量之前，其定子需要反复转位夹持。以采用德国HANDHAN R0N886光栅为例，该光栅为角度编 码器，内置有联轴节103,安装时，要求转子102与定子101的轴向位移偏差< 0.1mm，不同心 度< 0.02mm。为解决该安装要求，本发明的检测装置采用磁性表座3作为固定工作台角位移 传感器的定子101的基础件，采用圆盘形片簧2作为磁性表座3与定子101的联结件。如图1所 示，工作台角位移传感器的定子101嵌固在一圆盘形片簧2中且两者同心，圆盘形片簧2的边 缘部通过磁性表座3固定在机床的机身上，使工作台角位移传感器的转子102与机床工作台 20能够同轴同步转动。该结构中，因为片簧2转到除了回转以外的任意坐标都可视为未动， 就容易满足每次磁性表座3的夹持偏心< 0.02mm，于是很容易实现多次转位测量，从而大大 提高测量精度，甚至可以超过光栅产品本身的精度。而磁性表座3可通用、万能、方便地使工 作台角位移传感器的定子101和片簧2夹持固定，在每次松开和夹紧片簧2时，磁性表座3上 的夹持器不对片簧2带来外力，可保证工作台角位移传感器的定子101在自由状态下转位后 再夹紧或放松。本检测装置避免了现有技术中固定定子101的工装对机床的破坏，定子101 不需要反复转位夹持。
[0029] 工作台角位移传感器1除有片簧2和磁性表座3的支撑外，还采用了一种端面轴承 的结构形式，如图1所示，传感器支撑底座具有一竖立的芯轴105,工作台角位移传感器1的 转子102固定在芯轴105顶端且两者同轴。传感器支撑底座的芯轴105上固定一托盘106,端 面轴承4支撑于托盘106上，端面轴承4的滚珠支撑工作台角位移传感器1的定子101。与一般 轴承用于解决固定部位和运动部分的同心联接不同，该端面轴承4用于在工作台上平稳地 托住工作台角位移传感器1的定子部分，支撑工作台角位移传感器1的重量，使工作台角位 移传感器1可以像悬浮在空中一样，即使定子101不转动而机床工作台20转动，由于端面轴 承4的滚珠对工作台角位移传感器1的摩擦力极小，定子101也几乎不受一点摩擦影响。
[0030] 连接底盘104设有上下贯穿的连接孔，连接孔环绕芯轴105等角度均匀分布，保证 连接力均衡，连接底盘104通过在连接孔中安装螺栓107同轴固定在机床工作台20上，在检 测完成后，拆卸螺栓107即可将本检测装置拆离机床工作台20。
[0031] 圆盘形片簧2的相对两边部由磁性表座3的夹持端夹持，以机床工作台20的中心轴 对称。为方便夹持和转位，片簧2的边缘部设有四个供磁性表座夹持的矩形钳口 201，钳口 201开口朝外，相邻的两钳口 201之间相对片簧的中心呈90度夹角。
[0032] 对应上述实施例提供的检测装置，本发明还提供了一种机床传动链的检测方法， 其包括如下步骤：
[0033] ①安装工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器，调试回转传动精度测量仪使其 初始化；
[0034] ②确定工作台角位移传感器的定子相对于机床机身的位置，通过旋转片簧实现工 作台角位移传感器的定子相对于机床床身转位数次，每转位一次重新启动机床工作台和刀 杆一次，并检测一次机床传动链的传动精度；
[0035] ③检测完成，拆卸磁性表座、工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器。
[0036]在上述步骤②中，工作台角位移传感器1的定子101依次转位0°、90°、180°和270°， 四次测量机床的精度来提高检测结果的可靠性。甚至更多次测量，以提高仪器长周期误差 测量精度。从理论上说，可提高精度倍，η为转位次数。
【主权项】
1. 一种机床传动链检测装置，包括测量机床刀杆旋转角度的刀杆角位移传感器和测量 机床工作台旋转角度的工作台角位移传感器，刀杆角位移传感器和工作台角位移传感器连 接至一回转传动精度测量仪，其特征在于:工作台角位移传感器的定子嵌固在一圆盘形片 簧的中心孔中且两者同心，片簧的边缘部通过磁性表座固定在机床的机身上，工作台角位 移传感器受一传感器支撑底座支撑且其转子与机床工作台同轴转动连接。2. 根据权利要求1所述的机床传动链检测装置，其特征在于:传感器支撑底座与机床的 工作台螺栓固定，传感器支撑底座具有一竖立的芯轴，工作台角位移传感器的转子固定在 芯轴顶端且两者同轴，芯轴上安装有一端面轴承，端面轴承的滚珠支撑工作台角位移传感 器的定子。3. 根据权利要求1所述的机床传动链检测装置，其特征在于:传感器支撑底座包括位于 下端的连接底盘，连接底盘设有上下贯穿的连接孔，连接孔环绕芯轴等角度均匀分布，连接 底盘通过在连接孔中安装螺栓同轴固定在机床工作台上。4. 根据权利要求2所述的机床传动链检测装置，其特征在于:传感器支撑底座包括固定 安装在芯轴上的托盘，端面轴承支撑于托盘上。5. 根据权利要求1所述的机床传动链检测装置，其特征在于:工作台角位移传感器内置 联轴节，其定子与转子间通过联轴节连接。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的机床传动链检测装置，其特征在于：片簧夹持于 两磁性表座间，该两磁性表座相对于机床工作台的中心轴对称。7. 根据权利要求6所述的机床传动链检测装置，其特征在于:片簧的边缘部设有四个供 磁性表座夹持的矩形钳口，钳口开口朝外，相邻的两钳口之间相对片簧的中心呈90度夹角。8. 根据权利要求1至5以及7中任意一项所述的机床传动链检测装置，其特征在于:工作 台角位移传感器与片簧安装后为一整体式结构。9. 一种利用权利要求1至8中任一项所述的机床传动链检测装置进行的检测方法，其特 征在于，包括如下步骤： ① 安装工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器，调试回转传动精度测量仪使其初始 化； ② 确定工作台角位移传感器的定子相对于机床机身的位置，通过旋转片簧实现工作台 角位移传感器的定子相对于机床床身转位数次，每转位一次重新启动机床工作台和刀杆一 次，并检测一次机床传动链的传动精度； ③ 检测完成，拆卸磁性表座、工作台角位移传感器和刀杆角位移传感器。10. 根据权利要求9所述的机床传动链检测方法，其特征在于:步骤②中，工作台角位移 传感器的定子依次转位0°、90°、180°和270°，四次测量机床传动链的传动精度。
【文档编号】G01B11/26GK105841637SQ201610156087
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】彭东林, 郑永, 李宗雷, 周启武, 徐是
【申请人】重庆理工大学