一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀的製作方法

2023-10-21 03:11:07 1

專利名稱：一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及數控工具機技術領域，尤其涉及一種大型的雷射滾珠絲槓副行程測量儀。
背景技術：
動態行程測量儀主要用於產品的出廠檢驗及於生產過程中的質量控制。對於較短行程的測量儀技術已較成熟。隨著目前大型、重型滾珠絲槓副的市場需求量的急劇上升，絲槓生產廠家增多，而國內8米以上的滾珠絲槓行程測量儀還是空白。對於生產這些大型化的測量儀還需有眾多的問題需要解決首先，在現較短行程測量儀中，有的採用滑動導軌，有的採用滾動導軌。滑動導軌的缺點是摩擦力大，導軌易磨損；拖車很沉，若用母絲槓帶動，結構複雜。滾動導軌雖然摩擦力小，但精度調整很難。而動態測量是以測量拖車在主導軌上運動完成的，摩擦磨損是必然的。尤其當8米以上的滾珠絲槓行程測量儀的導軌很長時，加工困難，成本很高，當精度喪失時，修復精度也需要很長時間，影響使用。其次，是用於固定安裝測量頭的測頭架，現測量儀的測頭架一種是直接安裝在拖車上，在對徑安裝的測頭架上放置測頭，測頭放在絲槓的螺旋槽內，能消除絲槓跳動或彎曲對測量造成的影響，但為了與對徑安裝的輔助測頭配合，測頭架在軸向靠彈簧調整，很不方便，整個機構複雜。還有一種測量儀於採用滾動導軌，拖車較輕，但測頭架上只有一個測頭， 它既要帶動拖車運動，又要通過拖車帶動讀數頭移動實現位移測量，當導軌有誤差或絲槓彎曲時，都會造成測頭位置的變化，甚至與絲槓脫離接觸，從而影響測量結果。對於螺紋導程誤差的動態測量，只有測量元件與測量測頭一起沿著螺旋槽的固定位置移動才能真正反映螺旋線的誤差，測量的結果才真實可靠，同時，為滿足生產需要，測頭安裝調整應快捷方便。再有，測量儀器的尾架頂尖也是非常關鍵的定位與支撐元件，尤其對大型測量儀而言，尾架頂尖的精度保持性與剛度都是非常重要的指標。目前，國內外的測量儀尾架都採用普通的圓柱式頂尖套，頂尖套的外圓與尾架的內孔精密配合。其缺點是使用磨損後，出現間隙，不容易修復，影響測量精度；承載小；剛度低。另隨著測量儀的大型化，還有一些輔助設施需要改進。
發明內容本實用新型的目的是提供一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀，其可以填補國內生產大型(8米以上)滾珠絲槓行程測量儀技術的空白，高效且具有高品質。為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀，包括一床身，中間區域帶有導軌；一主軸箱， 置於床身的頭端，內置角度編碼器；一雷射幹涉箱，置於床身的尾端，內置雙頻雷射幹涉儀； 一尾架，置於床身的導軌上，且位於雷射幹涉箱之前，尾架上套設頂尖套；被測絲槓夾置在主軸箱與尾架間；一載有測量稜鏡的拖車，橫跨在導軌上且可沿導軌往復行進，測頭架置於拖車的底座上且可隨拖車同行。所述床身中間區域帶有的導軌為氣浮磁浮導軌，該床身採用整體硬質材料，中間區域的導軌是在床身上直接開槽加工而成，兩側具有凸起的軌道，該凸起的軌道上表面為精密的平面導軌，其外側為立面側軌；一對氣浮平面導軌，分別設在兩凸起的軌道上；至少有一氣浮磁浮雙結構體側軌，設在床身外側的立面側軌上；所述的測頭架包括有一測頭架基體，測頭架基體通過支架與測量儀的拖車剛性連接；在測頭架基體的上方設置可實現軸向位移的軸向移動板及徑向位移的徑嚮導向板； 一彈性機構體，通過軸向彈性元件和徑向彈性元件實現與徑嚮導向板的連接；設有一組同向的聯動測頭，至少包括有帶動測頭和測量測頭；所述的帶動測頭尾端固定在測頭架基體上，頭端置入被測件的滾道內；測量測頭固定在彈性機構體的內側底板上；所述尾架上開設V型陰導軌槽，所述的頂尖套帶有V型陽導軌，該頂尖套的V型陽導軌通過一對壓板的壓緊而固定臥於V型陰導軌槽內；在床身中間區域的導軌上還置有若干組用於支撐被測絲槓的浮動支撐，所述浮動支撐高度可升降；所述的被測絲槓由主軸箱與尾架內側的雙頂尖及上述的若干組浮動支撐定位。所述的氣浮平面導軌是床身本體上的兩平面導軌與其上的兩組氣浮軸承組成；該氣浮軸承上有用於被安裝在拖車上的球端螺釘定位的球形窩；所述的氣浮磁浮雙結構體側軌包括一設在床身外立面側軌上段位置處的平面與一組氣浮軸承和平鋪在床身外立面側軌下段位置處的一排導磁鐵與磁鋼組成。所述一組同向的聯動測頭中還包括有一外圓定位測頭，該外圓定位測頭尾端固定在彈性機構體的徑嚮導向板上，頭端抵在被測件的外圓上。在尾架的V型陰導軌槽的上方開設一注油孔；所述V型陰導軌槽的斜向壁與軸線夾角為15 45°夾角。還可具有一對壓板，所述的頂尖套通過該壓板的壓緊而固定臥於V型陰導軌槽內。本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀除了在基礎結構上的優良設計外，更可在自控方面配以綜合處理電路及接口，將所測到的絲槓轉角值及螺母的位移量，按規定的採樣點數送往計算機，經計算機數據處理以後，得到測量結果。測量過程中屏幕上實時畫出誤差曲線，測量結束以後屏幕立即顯示出測量的結果。本實用新型的優點是1.採用被測絲槓自驅動的方式，結構簡單，傳動鏈少，易於實現高的機械精度；2.採用氣浮磁浮導軌可保證行程測量的高精度及拖車的運動靈活、輕便；3.新型的測頭架結構使其體積小，安裝與調整都很方便；利用彈性元件和多個測頭多維聯動，定位準確，測量結果真實。4.尾架頂尖的精度保持性與剛度好；削扁的頂尖套體積小，使被測物(如測量光) 能夠接近被測絲槓軸線，減小阿貝誤差。
圖1為本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀結構示意圖。[0027]圖加為本雷射滾珠絲槓副行程測量儀的氣浮磁浮導軌結構示意圖(連於拖車上的氣浮軸承和磁鋼)。圖2b為本雷射滾珠絲槓副行程測量儀的氣浮磁浮導軌的截面結構示意圖。圖3a為本實用新型測頭架結構示意圖(應用狀態)。圖北為本實用新型測頭架結構示意圖(俯視)。圖3c為圖北中的A-A剖示圖(主視方向)。圖3d為圖北中的B-B剖示圖。圖如為本實用新型尾架頂尖部位的結構示意圖(主視圖)。圖4b為本實用新型尾架頂尖部位的結構示意圖(側視圖)。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明具體實施方式
參閱圖1所示，本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀包括一床身1，中間區域帶有導軌；一主軸箱2，置於床身的頭端，內置角度編碼器；一雷射幹涉箱8，置於床身的尾端，內置雙頻雷射幹涉儀；一尾架7，置於床身的導軌上，且位於雷射幹涉箱8之前，尾架7 上套設頂尖套；被測絲槓10夾置在主軸箱與尾架間；一載有測量稜鏡5的拖車4，橫跨在導軌上且可沿導軌往復行進，測頭架3置於拖車的底座上且可隨拖車同行。一體化操作臺9是本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀的電控臺。本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀的創新點在於對於其機械結構方面的改進首先，如圖2a、圖2b所示，其主導軌採用了一氣浮磁浮導軌，該氣浮磁浮導軌的床身1採用整體硬質材料，中間區域帶有的導軌是在床身上直接開槽加工而成，兩側具有凸起的軌道，該凸起的軌道上表面為精密的平面導軌，其外側為立面側軌；兩對氣浮平面導軌，分別設在兩凸起的軌道上；至少有一氣浮磁浮雙結構體側軌，設在床身外側的立面側軌上；所述的氣浮平面導軌是由凸起的軌道與一組氣浮軸承102組成，氣浮軸承上有定位的球形窩，被安裝在拖車上的球端螺釘定位。精研加工床身1兩凸起軌道的側面，保證直線度、面形精度及與上平面導軌的垂直度。由於大型(如12米)測量儀的床身長度近15米或更長，側面比上面更難加工，如果側嚮導軌也用雙氣浮導軌的話，兩個側面的平行度很難保證，因此，側嚮導軌只用床身1的一個側面，為解決其導向問題，在同側同時使用氣浮磁浮機構，也即至少在一側嚮導軌上安置氣浮軸承102與導磁鐵103、磁鋼104以形成軸向運動的側導軌。並配合側導軌將磁鋼104安裝在拖車上，隨著拖車運動；磁鋼104與導磁鐵 103的相對運動是非接觸的，由於採用磁浮與氣浮，測量拖車與導軌之間都是非接觸的，不摩擦，無磨損，精度保持性好；拖車運動靈活、輕便，採用被測絲槓自驅動通過測頭就可以帶動拖車運動，使測量儀結構簡單，傳動鏈少，精度高。其次，如圖3a、圖北、圖3c和圖3d所示，測頭架的基礎通用部件為一測頭架基體 309，所述測頭架基體309可以通過支架312與測量儀的拖車剛性連接；在測頭架基體309 的上方設置可實現軸向位移的軸向移動板311及徑向位移的徑嚮導向板310，設有一彈性機構體308，通過軸向彈性元件305和徑向彈性元件307實現與徑嚮導向板310的連接。還設有一組同向的聯動測頭，包括帶動測頭302、測量測頭303和外圓定位測頭304 (至少應包括有帶動測頭和測量測頭)；所述的帶動測頭302尾端固定在測頭架基體309上，頭端置入被測件的滾道內(圖1所示實施例中，被測件是絲槓10，帶動測頭302的頭端置入絲槓的齒槽內)；測量測頭303固定在彈性機構體308的內側端上(定義接近被測件一側為內端)。 所述的外圓定位測頭304亦固定在彈性機構體308的內側端上。本測頭架除了軸向、徑向利用調整機構可調位移外，利用彈性元件，測量測頭在帶動測頭和外圓定位測頭的聯合帶動下，軸向、徑向都有自由度，從而保證測量測頭始終與螺旋線接觸，真實反映絲槓(被測件) 導程誤差。再有，參見圖如和圖4b，本尾架7上有用於套設測量部件的頂尖套702 ；其主要改進點在於首先，在尾架上開設V型陰導軌槽704。其次，將頂尖套削扁，使新設計的頂尖套帶有V型陽導軌，組配時，將頂尖套的V型陽導軌臥於V型陰導軌槽內。為方便調整頂尖套的V型陽導軌與V型陰導軌槽的配合間隙，還設計一對壓板706，該壓板706壓緊頂尖套 702使其精確的臥於V型陰導軌槽內。為減少頂尖套的V型陽導軌與V型陰導軌槽間的摩擦，可以在V型陰導軌槽的上方開設一注油孔，用於方便加設潤滑油。所述V型陰導軌槽的斜向壁與軸線為15 45°夾角。為使壓板706更好的壓緊頂尖套702，所述的頂尖套702 的截面結構可以由兩部分塊組成，一側是可以臥入V型陰導軌槽4內的V型陽導軌部分，另一側是平臺部分，兩者之間形成有差階。在尾架上加工陰導軌槽704時，應並留有刮研餘量，所述的頂尖套V型陽導軌需要高精度的加工，並通過潤滑油的作用，使兩者間達到極高的精度配合和極好的接觸。可以通過配刮尾架703或修磨壓板706來調整頂尖套的V型陽導軌與V型陰導軌槽的配合間隙，由於兩者之間是開放式的配合，方便修整。其改變了過去慣用的「軸與孔」配合，通過「V型尾架頂尖套」的結構，使得頂尖受力時，承載的是「面」，而不像原來受力的是「線」，因此，承載大、剛性好，解決了大型絲槓副的支撐剛度問題；靠人工刮研(用刮刀修整工件表面形狀、粗糙度)來保證配合間隙和接觸點，便於控制精度，解決大型絲槓副測量時的定位精度，也便於尾架導軌磨損後修復精度。參見圖1所示，在床身中間區域的導軌上還置有若干組用於支撐被測絲槓的浮動支撐5，所述浮動支撐高度可升降，以利於被測絲槓位置的調整。被測絲槓是由主軸箱與尾架內側的雙頂尖及若干組浮動支撐的整體作用而定位的。本實用新型雷射滾珠絲槓副行程測量儀主軸箱中內置角度編碼器可選用德國 Heidenhain角度編碼器作為測角的基準，以雷射幹涉箱內置的雙頻雷射幹涉儀作為測長基準。上述各實施例可在不脫離本實用新型的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本實用新型申請專利的保護範圍。
權利要求1.一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀，包括 一床身，中間區域帶有導軌；一主軸箱，置於床身的頭端，內置角度編碼器；一雷射幹涉箱，置於床身的尾端，內置雙頻雷射幹涉儀；一尾架，置於床身的導軌上，且位於雷射幹涉箱之前，尾架上套設頂尖套；被測絲槓夾置在主軸箱與尾架間；一載有測量稜鏡的拖車，橫跨在導軌上且可沿導軌往復行進，測頭架置於拖車的底座上且可隨拖車同行； 其特徵在於所述床身中間區域帶有的導軌為氣浮磁浮導軌，該床身採用整體硬質材料，中間區域的導軌是在床身上直接開槽加工而成，兩側具有凸起的軌道，該凸起的軌道上表面為精密的平面導軌，其外側為立面側軌；一對氣浮平面導軌，分別設在兩凸起的軌道上；至少有一氣浮磁浮雙結構體側軌，設在床身外側的立面側軌上；所述的測頭架包括有一測頭架基體，測頭架基體通過支架與測量儀的拖車剛性連接； 在測頭架基體的上方設置可實現軸向位移的軸向移動板及徑向位移的徑嚮導向板；一彈性機構體，通過軸向彈性元件和徑向彈性元件實現與徑嚮導向板的連接；設有一組同向的聯動測頭，至少包括有帶動測頭和測量測頭；所述的帶動測頭尾端固定在測頭架基體上，頭端置入被測件的滾道內；測量測頭固定在彈性機構體的內側底板上；所述尾架上開設V型陰導軌槽，所述的頂尖套帶有V型陽導軌，該頂尖套的V型陽導軌通過一對壓板的壓緊而固定臥於V型陰導軌槽內；在床身中間區域的導軌上還置有若干組用於支撐被測絲槓的浮動支撐，所述浮動支撐高度可升降；所述的被測絲槓由主軸箱與尾架內側的雙頂尖及上述的若干組浮動支撐定位。
2.根據權利要求1所述的雷射滾珠絲槓副行程測量儀，其特徵在於所述的氣浮平面導軌是床身本體兩平面導軌與其上的兩組氣浮軸承組成；該氣浮軸承上有用於被安裝在拖車上的球端螺釘定位的球形窩；所述的氣浮磁浮雙結構體側軌包括一設在床身外立面側軌上段位置處的導軌面與一組氣浮軸承和平鋪在床身外立面側軌下段位置處的一排導磁鐵與一對磁鋼組成。
3.根據權利要求1所述的雷射滾珠絲槓副行程測量儀，其特徵在於所述一組同向的聯動測頭中還包括有一外圓定位測頭，該外圓定位測頭尾端固定在彈性機構體的內側端上，頭端抵在被測件的外壁上。
4.根據權利要求1所述的雷射滾珠絲槓副行程測量儀，其特徵在於在尾架的V型陰導軌槽的上方開設一注油孔；所述V型陰導軌槽的斜向壁與軸線夾角為15 45°夾角。
5.根據權利要求1所述的雷射滾珠絲槓副行程測量儀，其特徵在於還具有一壓板，所述的頂尖套通過該壓板的壓緊而固定臥於V型陰導軌槽內。
專利摘要一種雷射滾珠絲槓副行程測量儀，包括一帶有氣浮磁浮導軌的床身、一內置角度編碼器的主軸箱、一內置雙頻雷射幹涉儀的雷射幹涉箱、一尾架、一載有測量稜鏡且橫跨在導軌上可沿導軌往復行進的拖車及一置於拖車底座上隨拖車同行的測頭架；在測頭架基體上設有一組同向的聯動測頭，至少包括有帶動測頭和測量測頭；所述的帶動測頭尾端固定在測頭架基體上，頭端置入被測件的滾道內；尾架上開設V型陰導軌槽，頂尖套帶有V型陽導軌，該V型陽導軌臥於V型陰導軌槽內；在床身中間區域的導軌上還置有若干組用於支撐被測絲槓的浮動支撐；被測絲槓由主軸箱與尾架內側的雙頂尖及上述的若干組浮動支撐定位，其高效且具有高品質。
文檔編號B23Q17/24GK201950524SQ20102067138
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者張東松, 汪韜, 焦潔, 王樹華, 王雪梅, 肖正義 申請人:北京工具機所精密機電有限公司, 北京工具機研究所