一种用于测量机床电主轴轴向热误差的装置的制作方法

本实用新型属于数控机床领域，具体涉及一种用于测量数控铣床电主轴轴向热误差的装置。

背景技术：

现代社会的发展需求对数控机床精度的要求越来越高，数控机床的误差主要来源于几何误差和热误差，其中热误差占40％～70％，目前高精度数控机床大多采用电主轴，虽然电主轴实现了零传动，大大减小了几何误差，但电主轴的散热性能差，并且发热量大，导致其轴向热误差即Z方向热误差明显增大，所以需要对电主轴轴向热误差进行测量，以便进行进一步的误差补偿。

测量机床电主轴轴向误差可以通过有限元仿真模拟出电主轴的轴向热误差，但该方法耗费时间，得到的误差模型复杂，得到的轴向误差不准确，其次可以在电主轴前端布置位移传感器测量电主轴热误差，但该方法不能实时测量机床加工工件时电主轴的轴向热误差，实际操作中需要外接数据线，安装仪器繁琐，处理数据复杂，经济效益不高。测量机床运行时的热误差可以利用加工样件的方法，但样件的尺寸容易受到切削力热的影响，力热耦合导致热误差分离难度大。

利用安装在电主轴轴套上的装置可以实时在线测量机床运行时主轴的轴向热误差，但以往的测量装置拆卸困难，需要焊接在电主轴轴套上，容易破坏轴套，不能灵活使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型的用于测量机床电主轴轴向热误差的装置，其拆卸方便，测量精度高，经济效益高，该装置可以实时在线测量机床加工工件时电主轴的轴向热误差。

本实用新型的机床电主轴轴向热误差测量装置，所述研发的测量装置可以用于测量高精度电主轴Z方向的热误差，所述测量装置可以实时测量机床加工工件时电主轴的轴向热误差，所述测量装置包括球面透镜、半导体激光器、PBS偏振器、象限光电二极管探测器和固定夹板。所述球面透镜通过焊接安装在电主轴上，所述半导体激光器、 PBS偏振器和象限光电二极管探测器焊接在长方形的容器内，所述容器为光电传感器，所述光电传感器的两侧分别用螺栓固定在四分之一圆周的夹板上，所述夹板外侧有两个螺栓孔用于装配，所述的球面透镜与PBS偏振器之间电主轴和长方形容器需要打孔，所述光电传感器通过夹板安装在电主轴顶端轴套处。

作为进一步改进，所述的机床电主轴轴向热误差测量装置，光电传感器的两侧安装四分之一圆周状固定夹板，拆卸方便，不需要焊接，不会破坏电主轴。

作为进一步改进，所述的机床电主轴轴向热误差测量装置对称安装在电主轴轴套处，电主轴转动一圈后，两个象限光电二极管上产生两个光斑，适用于所有转速，测量精度得到提高。

本实用新型的有益效果在于：通过圆周状固定夹板，将光电传感器固定在电主轴轴套下端，方便拆卸，不需要焊接，不会破坏电主轴，可灵活使用，测量时不需要布置位移传感器和数据线，可以实时在线测量机床加工工件时电主轴的轴向热误差，测量装置对称安装在电主轴轴套上，电主轴转动一圈后，两个象限光电二极管上产生两个光斑，适用于所有转速，测量精度高。

附图说明

附图1为该测量装置整体结构安装图；

附图2为该测量装置主视图；

附图3为该测量装置中光电传感器侧视图；

附图4为该测量装置中球面透镜反射原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明，实施例以本实用新型的技术方案为前提，给出了详细的实施方法和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示的一种用于测量机床电主轴轴向热误差的装置，包括电主轴轴套1、固定夹板2、光电传感器3和电主轴4，固定夹板2 为四分之一圆周状，使用螺栓将两个固定夹板2和光电传感器3安装在一起组成图2所示的测量装置，两个测量装置对称安装在电主轴轴套1处。

如图2所示为一种用于测量机床电主轴轴向热误差的装置的主视图，包括螺栓1、光电传感器2和固定夹板3，如图3所示为光电传感器侧视图，包括球面透镜1、半导体激光器3、PBS偏振器4和象限光电二极管探测器5，测试前将球面透镜焊接在电主轴上，并垂直在电主轴轴套处钻孔，保证孔与球面透镜在一个水平面上，孔的直径比球面透镜的直径大，测试时半导体激光器3持续发射准直激光2，激光遇到PBS偏振器反射为垂直的偏振激光，垂直的偏振激光照射到球面透镜上反射回来，到达象限光电二极管探测器5上形成光斑，当带有球面透镜的电主轴沿着Z轴旋转产生轴向误差时，象限光电二极管探测器5上的光斑会随之移动。

如图4所示的球面透镜反射图，包括入射光线1、球面透镜前一位置2、球面透镜后一位置3、前反射光线4和后反射光线5，入射光线1经球面透镜反射回来形成前反射光线4，当机床运行时，电主轴旋转产生热量导致电主轴出现轴向热误差，球面透镜会沿着电主轴轴向方向位移εz，球面透镜从前一位置2移动到后一位置3，入射光线1经球面透镜反射回来形成后反射光线5，根据几何关系得，前反射光线4与后反射光线5在Z方向的距离为-2εz，因此象限光电二极管探测器上两个光斑的距离为2εz。测试周期为4小时，因为电主轴轴套上对称安装有两个该测量装置，因此四个小时测试周期后需要将两个象限光电二极管探测器的光斑数据整合在一起，两个光斑之间的时间为电主轴运行半圈所需的时间。

本实用新型具有拆卸方便、测量便捷可靠、精度高、稳定性好的优点，适用于数控铣床床电主轴轴向热误差的测量，不需要安装复杂的传感器，经济效益高，适合复杂的环境。