专利名称：一种激光滚珠丝杠副行程测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种大型的激光滚珠丝杠副行程测量仪。
背景技术：
动态行程测量仪主要用于产品的出厂检验及于生产过程中的质量控制。对于较短行程的测量仪技术已较成熟。随着目前大型、重型滚珠丝杠副的市场需求量的急剧上升，丝杠生产厂家增多，而国内8米以上的滚珠丝杠行程测量仪还是空白。对于生产这些大型化的测量仪还需有众多的问题需要解决首先，在现较短行程测量仪中，有的采用滑动导轨，有的采用滚动导轨。滑动导轨的缺点是摩擦力大，导轨易磨损；拖车很沉，若用母丝杠带动，结构复杂。滚动导轨虽然摩擦力小，但精度调整很难。而动态测量是以测量拖车在主导轨上运动完成的，摩擦磨损是必然的。尤其当8米以上的滚珠丝杠行程测量仪的导轨很长时，加工困难，成本很高，当精度丧失时，修复精度也需要很长时间，影响使用。其次，是用于固定安装测量头的测头架，现测量仪的测头架一种是直接安装在拖车上，在对径安装的测头架上放置测头，测头放在丝杠的螺旋槽内，能消除丝杠跳动或弯曲对测量造成的影响，但为了与对径安装的辅助测头配合，测头架在轴向靠弹簧调整，很不方便，整个机构复杂。还有一种测量仪于采用滚动导轨，拖车较轻，但测头架上只有一个测头， 它既要带动拖车运动，又要通过拖车带动读数头移动实现位移测量，当导轨有误差或丝杠弯曲时，都会造成测头位置的变化，甚至与丝杠脱离接触，从而影响测量结果。对于螺纹导程误差的动态测量，只有测量元件与测量测头一起沿着螺旋槽的固定位置移动才能真正反映螺旋线的误差，测量的结果才真实可靠，同时，为满足生产需要，测头安装调整应快捷方便。再有，测量仪器的尾架顶尖也是非常关键的定位与支撑元件，尤其对大型测量仪而言，尾架顶尖的精度保持性与刚度都是非常重要的指标。目前，国内外的测量仪尾架都采用普通的圆柱式顶尖套，顶尖套的外圆与尾架的内孔精密配合。其缺点是使用磨损后，出现间隙，不容易修复，影响测量精度；承载小；刚度低。另随着测量仪的大型化，还有一些辅助设施需要改进。
发明内容本实用新型的目的是提供一种激光滚珠丝杠副行程测量仪，其可以填补国内生产大型(8米以上)滚珠丝杠行程测量仪技术的空白，高效且具有高品质。为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案一种激光滚珠丝杠副行程测量仪，包括一床身，中间区域带有导轨；一主轴箱， 置于床身的头端，内置角度编码器；一激光干涉箱，置于床身的尾端，内置双频激光干涉仪； 一尾架，置于床身的导轨上，且位于激光干涉箱之前，尾架上套设顶尖套；被测丝杠夹置在主轴箱与尾架间；一载有测量棱镜的拖车，横跨在导轨上且可沿导轨往复行进，测头架置于拖车的底座上且可随拖车同行。所述床身中间区域带有的导轨为气浮磁浮导轨，该床身采用整体硬质材料，中间区域的导轨是在床身上直接开槽加工而成，两侧具有凸起的轨道，该凸起的轨道上表面为精密的平面导轨，其外侧为立面侧轨；一对气浮平面导轨，分别设在两凸起的轨道上；至少有一气浮磁浮双结构体侧轨，设在床身外侧的立面侧轨上；所述的测头架包括有一测头架基体，测头架基体通过支架与测量仪的拖车刚性连接；在测头架基体的上方设置可实现轴向位移的轴向移动板及径向位移的径向导向板； 一弹性机构体，通过轴向弹性元件和径向弹性元件实现与径向导向板的连接；设有一组同向的联动测头，至少包括有带动测头和测量测头；所述的带动测头尾端固定在测头架基体上，头端置入被测件的滚道内；测量测头固定在弹性机构体的内侧底板上；所述尾架上开设V型阴导轨槽，所述的顶尖套带有V型阳导轨，该顶尖套的V型阳导轨通过一对压板的压紧而固定卧于V型阴导轨槽内；在床身中间区域的导轨上还置有若干组用于支撑被测丝杠的浮动支撑，所述浮动支撑高度可升降；所述的被测丝杠由主轴箱与尾架内侧的双顶尖及上述的若干组浮动支撑定位。所述的气浮平面导轨是床身本体上的两平面导轨与其上的两组气浮轴承组成；该气浮轴承上有用于被安装在拖车上的球端螺钉定位的球形窝；所述的气浮磁浮双结构体侧轨包括一设在床身外立面侧轨上段位置处的平面与一组气浮轴承和平铺在床身外立面侧轨下段位置处的一排导磁铁与磁钢组成。所述一组同向的联动测头中还包括有一外圆定位测头，该外圆定位测头尾端固定在弹性机构体的径向导向板上，头端抵在被测件的外圆上。在尾架的V型阴导轨槽的上方开设一注油孔；所述V型阴导轨槽的斜向壁与轴线夹角为15 45°夹角。还可具有一对压板，所述的顶尖套通过该压板的压紧而固定卧于V型阴导轨槽内。本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪除了在基础结构上的优良设计外，更可在自控方面配以综合处理电路及接口，将所测到的丝杠转角值及螺母的位移量，按规定的采样点数送往计算机，经计算机数据处理以后，得到测量结果。测量过程中屏幕上实时画出误差曲线，测量结束以后屏幕立即显示出测量的结果。本实用新型的优点是1.采用被测丝杠自驱动的方式，结构简单，传动链少，易于实现高的机械精度；2.采用气浮磁浮导轨可保证行程测量的高精度及拖车的运动灵活、轻便；3.新型的测头架结构使其体积小，安装与调整都很方便；利用弹性元件和多个测头多维联动，定位准确，测量结果真实。4.尾架顶尖的精度保持性与刚度好；削扁的顶尖套体积小，使被测物(如测量光) 能够接近被测丝杠轴线，减小阿贝误差。
图1为本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪结构示意图。[0027]图加为本激光滚珠丝杠副行程测量仪的气浮磁浮导轨结构示意图(连于拖车上的气浮轴承和磁钢)。图2b为本激光滚珠丝杠副行程测量仪的气浮磁浮导轨的截面结构示意图。图3a为本实用新型测头架结构示意图(应用状态)。图北为本实用新型测头架结构示意图(俯视)。图3c为图北中的A-A剖示图(主视方向)。图3d为图北中的B-B剖示图。图如为本实用新型尾架顶尖部位的结构示意图(主视图)。图4b为本实用新型尾架顶尖部位的结构示意图(侧视图)。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明具体实施方式
参阅图1所示，本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪包括一床身1，中间区域带有导轨；一主轴箱2，置于床身的头端，内置角度编码器；一激光干涉箱8，置于床身的尾端，内置双频激光干涉仪；一尾架7，置于床身的导轨上，且位于激光干涉箱8之前，尾架7 上套设顶尖套；被测丝杠10夹置在主轴箱与尾架间；一载有测量棱镜5的拖车4，横跨在导轨上且可沿导轨往复行进，测头架3置于拖车的底座上且可随拖车同行。一体化操作台9是本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪的电控台。本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪的创新点在于对于其机械结构方面的改进首先，如图2a、图2b所示，其主导轨采用了一气浮磁浮导轨，该气浮磁浮导轨的床身1采用整体硬质材料，中间区域带有的导轨是在床身上直接开槽加工而成，两侧具有凸起的轨道，该凸起的轨道上表面为精密的平面导轨，其外侧为立面侧轨；两对气浮平面导轨，分别设在两凸起的轨道上；至少有一气浮磁浮双结构体侧轨，设在床身外侧的立面侧轨上；所述的气浮平面导轨是由凸起的轨道与一组气浮轴承102组成，气浮轴承上有定位的球形窝，被安装在拖车上的球端螺钉定位。精研加工床身1两凸起轨道的侧面，保证直线度、面形精度及与上平面导轨的垂直度。由于大型(如12米)测量仪的床身长度近15米或更长，侧面比上面更难加工，如果侧向导轨也用双气浮导轨的话，两个侧面的平行度很难保证，因此，侧向导轨只用床身1的一个侧面，为解决其导向问题，在同侧同时使用气浮磁浮机构，也即至少在一侧向导轨上安置气浮轴承102与导磁铁103、磁钢104以形成轴向运动的侧导轨。并配合侧导轨将磁钢104安装在拖车上，随着拖车运动；磁钢104与导磁铁 103的相对运动是非接触的，由于采用磁浮与气浮，测量拖车与导轨之间都是非接触的，不摩擦，无磨损，精度保持性好；拖车运动灵活、轻便，采用被测丝杠自驱动通过测头就可以带动拖车运动，使测量仪结构简单，传动链少，精度高。其次，如图3a、图北、图3c和图3d所示，测头架的基础通用部件为一测头架基体 309，所述测头架基体309可以通过支架312与测量仪的拖车刚性连接；在测头架基体309 的上方设置可实现轴向位移的轴向移动板311及径向位移的径向导向板310，设有一弹性机构体308，通过轴向弹性元件305和径向弹性元件307实现与径向导向板310的连接。还设有一组同向的联动测头，包括带动测头302、测量测头303和外圆定位测头304 (至少应包括有带动测头和测量测头)；所述的带动测头302尾端固定在测头架基体309上，头端置入被测件的滚道内(图1所示实施例中，被测件是丝杠10，带动测头302的头端置入丝杠的齿槽内)；测量测头303固定在弹性机构体308的内侧端上(定义接近被测件一侧为内端)。 所述的外圆定位测头304亦固定在弹性机构体308的内侧端上。本测头架除了轴向、径向利用调整机构可调位移外，利用弹性元件，测量测头在带动测头和外圆定位测头的联合带动下，轴向、径向都有自由度，从而保证测量测头始终与螺旋线接触，真实反映丝杠(被测件) 导程误差。再有，参见图如和图4b，本尾架7上有用于套设测量部件的顶尖套702 ；其主要改进点在于首先，在尾架上开设V型阴导轨槽704。其次，将顶尖套削扁，使新设计的顶尖套带有V型阳导轨，组配时，将顶尖套的V型阳导轨卧于V型阴导轨槽内。为方便调整顶尖套的V型阳导轨与V型阴导轨槽的配合间隙，还设计一对压板706，该压板706压紧顶尖套 702使其精确的卧于V型阴导轨槽内。为减少顶尖套的V型阳导轨与V型阴导轨槽间的摩擦，可以在V型阴导轨槽的上方开设一注油孔，用于方便加设润滑油。所述V型阴导轨槽的斜向壁与轴线为15 45°夹角。为使压板706更好的压紧顶尖套702，所述的顶尖套702 的截面结构可以由两部分块组成，一侧是可以卧入V型阴导轨槽4内的V型阳导轨部分，另一侧是平台部分，两者之间形成有差阶。在尾架上加工阴导轨槽704时，应并留有刮研余量，所述的顶尖套V型阳导轨需要高精度的加工，并通过润滑油的作用，使两者间达到极高的精度配合和极好的接触。可以通过配刮尾架703或修磨压板706来调整顶尖套的V型阳导轨与V型阴导轨槽的配合间隙，由于两者之间是开放式的配合，方便修整。其改变了过去惯用的“轴与孔”配合，通过“V型尾架顶尖套”的结构，使得顶尖受力时，承载的是“面”，而不像原来受力的是“线”，因此，承载大、刚性好，解决了大型丝杠副的支撑刚度问题；靠人工刮研(用刮刀修整工件表面形状、粗糙度)来保证配合间隙和接触点，便于控制精度，解决大型丝杠副测量时的定位精度，也便于尾架导轨磨损后修复精度。参见图1所示，在床身中间区域的导轨上还置有若干组用于支撑被测丝杠的浮动支撑5，所述浮动支撑高度可升降，以利于被测丝杠位置的调整。被测丝杠是由主轴箱与尾架内侧的双顶尖及若干组浮动支撑的整体作用而定位的。本实用新型激光滚珠丝杠副行程测量仪主轴箱中内置角度编码器可选用德国 Heidenhain角度编码器作为测角的基准，以激光干涉箱内置的双频激光干涉仪作为测长基准。上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。
权利要求1.一种激光滚珠丝杠副行程测量仪，包括 一床身，中间区域带有导轨；一主轴箱，置于床身的头端，内置角度编码器；一激光干涉箱，置于床身的尾端，内置双频激光干涉仪；一尾架，置于床身的导轨上，且位于激光干涉箱之前，尾架上套设顶尖套；被测丝杠夹置在主轴箱与尾架间；一载有测量棱镜的拖车，横跨在导轨上且可沿导轨往复行进，测头架置于拖车的底座上且可随拖车同行； 其特征在于所述床身中间区域带有的导轨为气浮磁浮导轨，该床身采用整体硬质材料，中间区域的导轨是在床身上直接开槽加工而成，两侧具有凸起的轨道，该凸起的轨道上表面为精密的平面导轨，其外侧为立面侧轨；一对气浮平面导轨，分别设在两凸起的轨道上；至少有一气浮磁浮双结构体侧轨，设在床身外侧的立面侧轨上；所述的测头架包括有一测头架基体，测头架基体通过支架与测量仪的拖车刚性连接； 在测头架基体的上方设置可实现轴向位移的轴向移动板及径向位移的径向导向板；一弹性机构体，通过轴向弹性元件和径向弹性元件实现与径向导向板的连接；设有一组同向的联动测头，至少包括有带动测头和测量测头；所述的带动测头尾端固定在测头架基体上，头端置入被测件的滚道内；测量测头固定在弹性机构体的内侧底板上；所述尾架上开设V型阴导轨槽，所述的顶尖套带有V型阳导轨，该顶尖套的V型阳导轨通过一对压板的压紧而固定卧于V型阴导轨槽内；在床身中间区域的导轨上还置有若干组用于支撑被测丝杠的浮动支撑，所述浮动支撑高度可升降；所述的被测丝杠由主轴箱与尾架内侧的双顶尖及上述的若干组浮动支撑定位。
2.根据权利要求1所述的激光滚珠丝杠副行程测量仪，其特征在于所述的气浮平面导轨是床身本体两平面导轨与其上的两组气浮轴承组成；该气浮轴承上有用于被安装在拖车上的球端螺钉定位的球形窝；所述的气浮磁浮双结构体侧轨包括一设在床身外立面侧轨上段位置处的导轨面与一组气浮轴承和平铺在床身外立面侧轨下段位置处的一排导磁铁与一对磁钢组成。
3.根据权利要求1所述的激光滚珠丝杠副行程测量仪，其特征在于所述一组同向的联动测头中还包括有一外圆定位测头，该外圆定位测头尾端固定在弹性机构体的内侧端上，头端抵在被测件的外壁上。
4.根据权利要求1所述的激光滚珠丝杠副行程测量仪，其特征在于在尾架的V型阴导轨槽的上方开设一注油孔；所述V型阴导轨槽的斜向壁与轴线夹角为15 45°夹角。
5.根据权利要求1所述的激光滚珠丝杠副行程测量仪，其特征在于还具有一压板，所述的顶尖套通过该压板的压紧而固定卧于V型阴导轨槽内。
专利摘要一种激光滚珠丝杠副行程测量仪，包括一带有气浮磁浮导轨的床身、一内置角度编码器的主轴箱、一内置双频激光干涉仪的激光干涉箱、一尾架、一载有测量棱镜且横跨在导轨上可沿导轨往复行进的拖车及一置于拖车底座上随拖车同行的测头架；在测头架基体上设有一组同向的联动测头，至少包括有带动测头和测量测头；所述的带动测头尾端固定在测头架基体上，头端置入被测件的滚道内；尾架上开设V型阴导轨槽，顶尖套带有V型阳导轨，该V型阳导轨卧于V型阴导轨槽内；在床身中间区域的导轨上还置有若干组用于支撑被测丝杠的浮动支撑；被测丝杠由主轴箱与尾架内侧的双顶尖及上述的若干组浮动支撑定位，其高效且具有高品质。
文档编号B23Q17/24GK201950524SQ20102067138
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者张东松, 汪韬, 焦洁, 王树华, 王雪梅, 肖正义 申请人:北京机床所精密机电有限公司, 北京机床研究所