專利名稱：機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種位移測量裝置，尤其是能測試機床大型結(jié)合部在啟停狀態(tài)下對刀尖點的位移量的裝置與方法，屬于測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]機械部件中存在大量的結(jié)合面，結(jié)合面體現(xiàn)出的彈簧與阻尼特性是機械部件剛度與阻尼的特性的重要組成部分，尤其是對于機床來說，結(jié)合部產(chǎn)生阻尼占整個機床阻尼的 90%左右，并且結(jié)合部的剛度及可靠性相對于機床剛度來說也是一個薄弱環(huán)節(jié)，機床總剛度的60%-80%是由結(jié)合面接觸剛度決定的。因此，對于結(jié)合部的研究是非常有必要的，結(jié)合部的特性可以很大程度地影響產(chǎn)品的性能。[0003]在機床中，由于機床各個部件質(zhì)量較大，機床在運行中有較大的慣性力，尤其是在機床啟動與停止的瞬間，會增加機床刀頭處某個方向的位移量。此時，結(jié)合部的特性起到至關(guān)重要的地位。機床各個結(jié)合部在機床啟動與停止時對機床刀頭位移量的影響成為主要問題。如果結(jié)合部的剛度不夠，即可能造成機床在啟停瞬間刀頭處的X或者Z方向的位移量增加，當(dāng)機床加工零件時，啟動與停止瞬間必然會對加工的零件造成一定影響，使得刀頭受損，有吃刀現(xiàn)象，或者加工的零件不符合加工要求等。目前，在機床研究與測試中，由于機床各結(jié)合部的復(fù)雜性，尚且無法確定各個結(jié)合部特性對機床刀頭處位移量的確切影響，給機床結(jié)合部的剛度與阻尼特性的研究造成一定的困難，影響機床的使用，進而影響機床行業(yè)的快速發(fā)展。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型的目的在于提出一種研究機床各個結(jié)合部在啟停時刻對機床刀頭位移量的確切影響、能夠直接對生產(chǎn)起到一定的幫助的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置。本實用新型所提供的裝置能夠在機床啟停瞬間時，測得各個結(jié)合部對機床刀頭在水平方向(X、Y)與豎直方向(Z)位移量的數(shù)值，而且能夠辨別出各個結(jié)合部在對機床刀頭位移量影響中所占的比例。該測試裝置具有測試效果精度高，線性度高，操作簡單方便，故障率低等特點。[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案[0006]機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，主要由電渦流傳感器探頭1、螺母2、微調(diào)墊片3、螺釘4、連桿與微調(diào)墊片固定夾5、連桿與支柱固定夾6、連桿7、支柱8、座體9、調(diào)整螺絲10、電渦流前置、電渦流前置電源、數(shù)據(jù)采集前端及計算機組成；電渦流傳感器探頭 1的安裝桿上有螺紋，電渦流傳感器探頭1穿過矩形微調(diào)墊片3上的通孔，一個位于電渦流傳感器探頭1的安裝桿上的定位螺母2與微調(diào)墊片3后側(cè)接觸，一個位于電渦流傳感器探頭1的安裝桿上的定位螺母2與微調(diào)墊片3前側(cè)接觸；微調(diào)墊片3的另一個通孔上有螺釘 4穿過，螺釘4擰緊固定于連桿與微調(diào)墊片固定夾5和微調(diào)墊片3之間，連桿與微調(diào)墊片固定夾5可通過螺釘4固定于連桿7的任意位置；連桿與微調(diào)墊片固定夾5另一通孔上有連桿7穿過，連桿7的另一端穿過調(diào)整螺絲10 —側(cè)的通孔，支柱8的上端穿過連桿與支柱固定夾6與上述通孔相垂直一側(cè)的通孔，調(diào)整螺絲10的螺桿穿過連桿與支柱固定夾6水平通孔，通過擰緊調(diào)整螺絲10可以調(diào)節(jié)連桿7在支柱8上的相對位置與旋轉(zhuǎn)角度，支柱8下端連接座體9 ；座體9的底面和側(cè)面內(nèi)部安裝有可使其吸附于機床結(jié)合部的電磁鐵，座體9的一個側(cè)面安裝有控制電磁鐵的開關(guān)；電渦流傳感器探頭1與電渦流前置電源分別連接至電渦流前置上，電渦流前置與數(shù)據(jù)采集前端相連，數(shù)據(jù)采集前端與計算機相連，將采集信號送給計算機。[0007]上述的微調(diào)墊片3為長方形薄片，具有兩個通孔兩通孔中心位于微調(diào)墊片3縱向中心線，左右并列分布于微調(diào)墊片3上，左側(cè)為直徑較小的通孔，右側(cè)為直徑較大的通孔； 通過小孔中的螺釘4擰緊連桿與微調(diào)墊片固定夾5，電渦流傳感器探頭1穿過大孔并由兩個螺母2固定在微調(diào)墊片3前后，通過兩個螺母的摩擦相互擰緊，在調(diào)節(jié)電渦流傳感器探頭1 與被測物體的間隙時，微調(diào)墊片3可通過調(diào)節(jié)螺母2改變其間隙大小。[0008]所述的微調(diào)墊片3由鋁合金材料制成。[0009]數(shù)據(jù)采集前端連接多個電渦流傳感器探頭1同時進行測量。[0010]電渦流傳感器探頭1有水平與豎直兩種放置方式。[0011]電渦流傳感器探頭1按不同的放置結(jié)構(gòu)同時安放于機床的各個結(jié)合部。[0012]電渦流傳感器探頭1與被測物體采用非接觸測量，應(yīng)保持一定間隙，本裝置的間隙范圍為0-1. 6mm，微調(diào)墊片3可以方便的對間隙進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，可以節(jié)省一定的時間。[0013]本實用新型中的測試裝置部分有三種放置結(jié)構(gòu)，分別可對應(yīng)測試機床上X、Y、Z方向的相對位移量。一種是測量水平位移量，如圖6安放，座體9吸附在滑座c上，當(dāng)滑座C、 立柱d有X或者Y方向相對運動時，電渦流傳感器探頭1即可準(zhǔn)確測量水平方向的相對位移量；另一種是測量豎直位移量，如圖7安放，座體9吸附在立柱e上，當(dāng)立柱e、橫梁f有Z 方向相對運動時，電渦流傳感器探頭1即可準(zhǔn)確測量豎直方向的相對位移量。[0014]本實用新型的有益效果是[0015]在測得各個結(jié)合部在機床啟停瞬間對機床刀頭位移量的影響數(shù)值后，進而可以尋找到機床某個結(jié)合部是否存在剛度不足或者其他的問題，從而加以解決和完善。


[0016]圖1本實用新型裝置原理圖[0017]圖2機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置圖[0018]圖3微調(diào)墊片結(jié)構(gòu)圖主視圖[0019]圖4連桿與支柱固定夾結(jié)構(gòu)圖主視圖[0020]圖5調(diào)整螺絲結(jié)構(gòu)圖主視圖[0021]圖6電渦流傳感器水平放置結(jié)構(gòu)圖[0022]圖7電渦流傳感器豎直放置結(jié)構(gòu)圖[0023]圖8機床結(jié)合部位置圖[0024]圖9間隙-電壓曲線[0025]圖中1，電渦流傳感器探頭；2，螺母；3，微調(diào)墊片；4，螺釘；5，連桿與微調(diào)墊片固定夾；6，連桿與支柱固定夾；7，連桿；8，支柱；9，座體；10，調(diào)整螺絲；11，機床刀尖點；12，機3/5頁床溜板與滑枕結(jié)合部；13，機床滑枕與橫梁結(jié)合部；14，機床橫梁上導(dǎo)軌面與立柱結(jié)合部； 15，機床橫梁下導(dǎo)軌面與立柱結(jié)合部；16，機床立柱與滑座結(jié)合部；17，機床床身與地基結(jié)合部具體實施方式
[0026]
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細(xì)說明。[0027]參照圖2所示，本實施例的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置由電渦流傳感器探頭1、螺母2、微調(diào)墊片3、螺釘4、連桿與微調(diào)墊片固定夾5、連桿與支柱固定夾6、連桿 7、支柱8、座體9、調(diào)整螺絲10、電渦流前置、電渦流前置電源、數(shù)據(jù)采集前端及計算機組成。 將螺母2安裝于電渦流傳感器探頭1的螺紋上，且可以調(diào)節(jié)螺母2在電渦流傳感器探頭1 上的位置，再將電渦流傳感器探頭1穿過微調(diào)墊片3右側(cè)直徑較大的通孔B，再用另一個螺母2安裝于電渦流傳感器探頭1上，使螺母2與微調(diào)墊片3前側(cè)接觸，兩個螺母2同時擰緊固定。通過調(diào)節(jié)兩個螺母2，可以調(diào)節(jié)微調(diào)墊片3在電渦流傳感器探頭1的相對位置。微調(diào)墊片3的左側(cè)直徑較小的通孔A有螺釘4穿過，擰緊固定于連桿與微調(diào)墊片固定夾5的下端處，連桿與微調(diào)墊片固定夾5上端有通孔，連桿7可從中間穿過，并且由連桿與微調(diào)墊片固定夾5 —側(cè)的調(diào)整螺絲擰緊固定，連桿與微調(diào)墊片固定夾5可通過調(diào)整螺絲固定于連桿7的任意位置。連桿7的另一端穿過調(diào)整螺絲10 —側(cè)的通孔，支柱8的上端穿過連桿與支柱固定夾6與上述通孔相垂直一側(cè)的通孔，調(diào)整螺絲10的螺桿穿過連桿與支柱固定夾6 水平通孔，通過擰緊調(diào)整螺絲10，可以調(diào)節(jié)連桿7在支柱8上的相對位置與旋轉(zhuǎn)角度，支柱 8下端通過螺紋擰緊在座體9上端。座體9具有雙面吸附性，可通過開關(guān)控制其下端的磁性，使其下端吸附于機床結(jié)合部處。如圖1所示，電渦流傳感器探頭1的后端與電渦流前置電源分別連接至電渦流前置上，電渦流前置與數(shù)據(jù)采集前端相連，數(shù)據(jù)采集前端通過網(wǎng)線與計算機相連，并將采集信號送給計算機。數(shù)據(jù)采集前端可按需求接數(shù)個電渦流前置，即可以接多個電渦流傳感器探頭1。能夠同時采集多個電渦流傳感器的位移信號。測試時，打開數(shù)據(jù)采集前端的信號采集模塊(signature acquisition)。[0028]如圖4所示為連桿與支柱固定夾5結(jié)構(gòu)圖主視圖。[0029]如圖5所示為調(diào)整螺絲10結(jié)構(gòu)圖主視圖。[0030]如圖3所示，上述的微調(diào)墊片3為長方形薄片，具有兩個通孔兩通孔中心位于微調(diào)墊片3縱向中心線，左右并列分布于微調(diào)墊片3上，左側(cè)為直徑較小的通孔，右側(cè)為直徑較大的通孔；通過小孔中的螺釘4擰緊連桿與微調(diào)墊片固定夾5，電渦流傳感器探頭1穿過大孔并由兩個螺母2固定在微調(diào)墊片3前后，通過兩個螺母的摩擦相互擰緊，在調(diào)節(jié)電渦流傳感器探頭1與被測物體的間隙時，微調(diào)墊片3可通過調(diào)節(jié)螺母2改變其間隙大小。[0031]機床中存在多個結(jié)合部，如圖8所示，這些結(jié)合部可能需要安放電渦流傳感器。下面以重型龍門銑床為例，利用本裝置可以測試如下結(jié)合部的位移量[0032]1、測量機床刀尖點11在X、Z方向的相對位移量需將座體9吸在工作臺的工裝面上，調(diào)整調(diào)整螺絲10，使其連桿與支柱具有水平或者豎直的角度關(guān)系，電渦流傳感器探頭1 移至刀尖點附近的X方向或Z方向，再調(diào)整微調(diào)墊片3，使電渦流傳感器探頭1與機床結(jié)合部具有適當(dāng)?shù)拈g隙。[0033]2、測量機床溜板與滑枕結(jié)合部12在X方向的相對位移量將座體9吸在滑枕上，5電渦流傳感器探頭1調(diào)整至溜板附近的X方向，其方法同1。[0034]3、測量機床滑枕與橫梁結(jié)合部13在X、Z方向的相對位移量將座體9吸在溜板上，電渦流傳感器探頭1調(diào)整至橫梁附近的X方向與Z方向，其方法同1。[0035]4、測量機床橫梁上導(dǎo)軌面與立柱結(jié)合部14在X、Z方向的相對位移量將座體9吸在立柱上，電渦流傳感器探頭1調(diào)整至橫梁上導(dǎo)軌面附近的X方向與Z方向，其方法同1。[0036]5、測量機床橫梁下導(dǎo)軌面與立柱結(jié)合部15在X、Z方向的相對位移量將座體9吸在立柱上，電渦流傳感器探頭1調(diào)整至橫梁下導(dǎo)軌面附近的X方向與Z方向，其方法同1。[0037]6、測量機床立柱與滑座結(jié)合部16在X、Z方向的相對位移量將座體9吸在立柱上，電渦流傳感器探頭1調(diào)整至滑座附近的X方向與Z方向，其方法同1。[0038]7、測量機床床身與地基結(jié)合部17在Z方向的相對位移量將座體9吸在床身上， 電渦流傳感器探頭1調(diào)整至地基墊鐵附近的Z方向，其方法同1。[0039]由上述的安裝位置與方法即可得到電渦流傳感器位移量信號，下面簡述實驗裝置的簡單原理。電渦流式位移傳感器的特點在于它可以實現(xiàn)不接觸式測試，不接觸式屬于相對式機械接受，但它與被測對象并無直接的機械連接。它最大的優(yōu)點在于它線性度好，在其線性范圍內(nèi)，靈敏度不隨初始安裝間隙而改變，這個測量帶來極大的方便，因而得到廣泛的應(yīng)用。在傳感器的輸出端能得到的信號是經(jīng)動態(tài)間隙d的載波信號。這一載波電壓經(jīng)高頻放大后，送入檢波電路，最后輸出正比于間隙變化的一般電壓信號U。輸出電壓u的平局值 Um對應(yīng)于平均間隙《，電壓U的波動部分對應(yīng)于振動間隙，也即對應(yīng)于測量對象沿傳感器軸線方向的振動位移。[0040]如上所述，電渦流傳感器的間隙-電壓曲線是指間隙d為橫坐標(biāo)，以前置器的輸出電壓U為縱坐標(biāo)所得到的曲線，如圖9所示。間隙電壓靈敏度是指在線性范圍內(nèi)，輸出電壓增量與間隙增量之比，即間隙電壓靈敏度[0041]5 = ^-(Vl mm)^ (mV///m) Ad[0042]取出各個電渦流傳感器測試的位移量數(shù)值，通過比較各個數(shù)值大小，可以判斷出大型機床啟停瞬間，各個結(jié)合部對于刀尖點位移量的貢獻量，也可以通過簡單的幾何模型， 由結(jié)合部位移量折算出機床刀尖點的位移量。也可按照不同的需要，通過各個結(jié)合部相對位移量的數(shù)值，計算所關(guān)心的問題。[0043]如以大型銑床為例，計算結(jié)合部在Z方向?qū)Φ都恻c的貢獻量，各個參數(shù)含義為[0044]Ll 刀尖點重心距立柱中心距離；[0045]L2 橫梁X向靜壓導(dǎo)軌面到刀尖點中心的距離；[0046]L3 溜板上下油墊Z向的距離；[0047]L4 立柱X向靜壓導(dǎo)軌面到刀尖點中心的距離；[0048]L5 橫梁上下油墊Z向的距離；[0049]Sl 立柱距滑座前端距離[0050]S2:立柱X向長度[0051]S3:立柱距滑座后端距離[0052]La 1號油墊中心與滑座前端的X向距離；[0053]Lb 8號油墊中心與滑座后端的X向距離；[0054]以上參數(shù)可經(jīng)測試得到，設(shè)刀尖點處Z向變形量為e3，則以下為機床中幾個結(jié)合部對刀尖點Z向位移量的貢獻量，其中ei、e2分別為滑座1號油墊與滑座8號油墊Z向變形，其數(shù)值可經(jīng)過測試得到。[0055](1)、滑座與立柱結(jié)合部對刀尖點處貢獻量[0056]e3 =-tilti-χ I1S1+S2+S3-La- Lb[0057](2)、橫梁與溜板結(jié)合部對刀尖點處貢獻量[0058]如果:eie2( 0[0059]e -MlNx,1'3[0060]如果:eie2彡 0[0061]e, = ^-~6^-XLh[0062](3)、橫梁立柱處結(jié)合部對刀尖點處貢獻量
權(quán)利要求1.機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，主要由電渦流傳感器探頭(1)、螺母O)、 微調(diào)墊片(3)、螺釘G)、連桿與微調(diào)墊片固定夾(5)、連桿與支柱固定夾(6)、連桿(7)、支柱(8)、座體(9)、調(diào)整螺絲(10)、電渦流前置、電渦流前置電源、數(shù)據(jù)采集前端及計算機組成；其特征在于電渦流傳感器探頭(1)的安裝桿上有螺紋，電渦流傳感器探頭(1)穿過矩形微調(diào)墊片( 上的通孔，一個位于電渦流傳感器探頭(1)的安裝桿上的定位螺母O)與微調(diào)墊片( 后側(cè)接觸，一個位于電渦流傳感器探頭(1)的安裝桿上的定位螺母( 與微調(diào)墊片( 前側(cè)接觸；微調(diào)墊片( 的另一個通孔上有螺釘(4)穿過，螺釘(4)擰緊固定于連桿與微調(diào)墊片固定夾( 和微調(diào)墊片( 之間，連桿與微調(diào)墊片固定夾( 可通過螺釘 (4)固定于連桿(7)的任意位置；連桿與微調(diào)墊片固定夾( 另一通孔上有連桿(7)穿過， 連桿(7)的另一端穿過調(diào)整螺絲(10) —側(cè)的通孔，支柱(8)的上端穿過連桿與支柱固定夾 (6)與上述通孔相垂直一側(cè)的通孔，調(diào)整螺絲(10)的螺桿穿過連桿與支柱固定夾(6)水平通孔，通過擰緊調(diào)整螺絲(10)可以調(diào)節(jié)連桿(7)在支柱(8)上的相對位置與旋轉(zhuǎn)角度，支柱(8)下端連接座體(9)；座體(9)的底面和側(cè)面內(nèi)部安裝有可使其吸附于機床結(jié)合部的電磁鐵，座體(9)的一個側(cè)面安裝有控制電磁鐵的開關(guān)；電渦流傳感器探頭(1)與電渦流前置電源分別連接至電渦流前置上，電渦流前置與數(shù)據(jù)采集前端相連，數(shù)據(jù)采集前端與計算機相連，將采集信號送給計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，其特征在于上述的微調(diào)墊片( 為長方形薄片，具有兩個通孔兩通孔中心位于微調(diào)墊片( 縱向中心線， 左右并列分布于微調(diào)墊片( 上，左側(cè)為直徑較小的通孔，右側(cè)為直徑較大的通孔；通過小孔中的螺釘(4)擰緊連桿與微調(diào)墊片固定夾( ，電渦流傳感器探頭(1)穿過大孔并由兩個螺母( 固定在微調(diào)墊片C3)前后，通過兩個螺母的摩擦相互擰緊，在調(diào)節(jié)電渦流傳感器探頭(1)與被測物體的間隙時，微調(diào)墊片(3)可通過調(diào)節(jié)螺母(2)改變其間隙大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，其特征在于所述的微調(diào)墊片(3)由鋁合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，其特征在于其數(shù)據(jù)采集前端連接多個電渦流傳感器探頭(1)同時進行測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置，其特征在于電渦流傳感器探頭(1)有水平與豎直不同關(guān)系的放置結(jié)構(gòu)。
專利摘要機床結(jié)合部對刀尖點位移量的測試裝置涉及一種位移測量裝置，能夠測試機床在啟停狀態(tài)下各個結(jié)合部對刀尖點的位移量。它主要由電渦流傳感器探頭(1)、螺母(2)、微調(diào)墊片(3)、螺釘(4)、連桿與微調(diào)墊片固定夾(5)、連桿與支柱固定夾(6)、連桿(7)、支柱(8)、座體(9)、調(diào)整螺絲(10)、電渦流前置、電渦流前置電源、數(shù)據(jù)采集前端及計算機組成。由于機床各結(jié)合部數(shù)目多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本裝置可以同時按需求接通多個電渦流傳感器，安裝方便。本裝置可以在機床啟停瞬間時測得各個結(jié)合部對機床刀頭在水平方向(X、Y)與豎直方向(Z)位移量的數(shù)值，而且能夠辨別出各個結(jié)合部在對機床刀頭位移量影響中所占的比例。該裝置具有測試效果精度高，線性度高，操作簡單方便，故障率低等特點。
文檔編號B23Q17/00GK202278449SQ20112029829
公開日2012年6月20日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者宋斌, 宋曉偉, 王峰, 蔡力鋼, 郭鐵能 申請人:北京工業(yè)大學(xué)