基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置。目前砝码式或弹簧式的气浮轴承回转误差补偿，无法实现实时检测和精准补偿。本实用新型专利技术的径向气浮轴承固定在轴承固定套筒内，并套在气浮主轴上；轴承固定套筒固定在装置固定板上；装置固定板固定于机床上，辅助测量反射台固定于气浮主轴上；辅助测量反射台由一体成型的圆台段和正弦形锥面段组成；n个激光发射器的光轴均位于正弦形锥面段的波峰所在平面上；n个进气压力控制阀与轴承固定套筒的n个进气孔分别通过通气管接通；各进气压力控制阀均由控制器控制，各测量敏感元件的信号输出端均接控制器。本实用新型专利技术采用光学测量原理实现对主轴回转误差实时、在位检测。

【技术实现步骤摘要】
基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置
本技术属于精密加工
，具体涉及一种基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，气浮轴承具有极小的摩擦系数、较高的回转精度和无污染等优点，在精密机械与测量仪器中获得了越来越广泛的应用。气浮静压轴承集中体现了高速、高效、高精密的加工性能，是高精密机床主轴的主要发展方向之一。在气浮主轴的工作过程中，刀头的进给、切削力和主轴的高速旋转等都易导致主轴的回转误差增大，从而机床的加工精度难以保证。目前，气浮轴承在工作过程中由于振动或者刀具进给而产生的回转误差，主要采用砝码式或者弹簧式进行承载补偿。但是这种补偿方式的加载器与轴承的连接方式一般为刚性连接，加载力大小无法精确的保证，而且无法实现实时的检测和精准的误差补偿。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的气浮主轴回转运动误差检测及精度补偿方式的不足，提出一种基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置，能够准确地、实时地对气浮主轴回转误差进行检测及运动精度补偿。本技术所采用的技术方案是：本技术包括装置固定板、通气管、进气压力控制阀、测量装置固定支架、调心旋钮、辅助测量反射台、测量敏感元件安装底座、激光发射器安装底座、激光发射器、轴承固定套筒、径向气浮轴承和测量敏感元件；所述的轴承固定套筒固定在装置固定板上；n个测量装置固定支架沿轴承固定套筒周向均布固定在装置固定板上，n≥4。每个测量装置固定支架上都固定有进气压力控制阀、测量敏感元件安装底座和激光发射器安装底座；所述的激光发射器安装底座上固定有激光发射器，激光发射器的光轴平行于装置固定板的安装平面；所有激光发射器的光轴共面设置，且相交于同一点，该点位于轴承固定套筒的中心轴线上；所述的测量敏感元件安装底座上固定有测量敏感元件；同一个测量装置固定支架上，测量敏感元件的测量平面的法线与装置固定板的安装平面之间的夹角A为45～75度；所述的辅助测量反射台由一体成型的圆台段和正弦形锥面段组成，正弦形锥面段与圆台段的大端端面连接；正弦形锥面段是以一条5/4个周期的正弦曲线段为母线绕圆台段的中心轴线旋转的回转体；该正弦曲线段的两个波峰点连线与圆台段的中心轴线之间的夹角为A/2，且该正弦曲线段的两个波峰点均位于圆台段的侧面延伸面上；圆台段的侧面开设有沿周向均布的n个旋钮连接螺纹孔，每个旋钮连接螺纹孔与一个调心旋钮通过螺纹连接。每个进气压力控制阀与轴承固定套筒对应的一个进气孔通过一根通气管接通；所述的径向气浮轴承固定套置在轴承固定套筒内；所述的径向气浮轴承设有n个进气区；径向气浮轴承的每个进气区与轴承固定套筒对应位置的一个进气孔连通；径向气浮轴承的每个进气区均开设有节流孔；各进气压力控制阀均与气泵连接；各进气压力控制阀均由控制器控制，各测量敏感元件的信号输出端均接控制器。优选地，所述装置固定板的安装平面上开设有沿轴承固定套筒周向均布的n个螺纹孔组；螺纹孔组由呈三角形排布的三个螺纹孔一组成，或由呈阵列排布的四个螺纹孔一组成；螺纹孔组由三个螺纹孔一组成时，各测量装置固定支架的三个通孔与对应螺纹孔组的三个螺纹孔一分别通过螺栓连接；螺纹孔组由四个螺纹孔一组成时，各测量装置固定支架的四个通孔与对应螺纹孔组的四个螺纹孔一分别通过螺栓连接。优选地，所述装置固定板的安装平面中心处开设有主轴过孔；装置固定板的安装平面上还开设有沿主轴过孔周向均布的n个通孔；轴承固定套筒的n个螺纹孔二与装置固定板的n个通孔分别通过螺栓连接。优选地，每两个激光发射器归为一组，同组的两个激光发射器的光轴同轴设置。优选地，所述的激光发射器采用准直激光发射器。优选地，夹角A取60度。优选地，所述的径向气浮轴承与轴承固定套筒的固定方式为：径向气浮轴承置于轴承固定套筒的环形槽口内，且径向气浮轴承的两个端面分别由轴承端挡盖和环形槽口的底部轴向限位；轴承端挡盖通过螺钉固定在轴承固定套筒上，且轴承端挡盖与径向气浮轴承的端面之间设有间隙调整垫圈。优选地，所述径向气浮轴承的每个进气区内有间距设置的两个节流孔。优选地，所述激光发射器的光轴与径向气浮轴承中心轴线垂直并相交；每个激光发射器的光轴处于径向气浮轴承对应一个进气区中两个节流孔的中间位置；所有激光发射器的光轴和所有节流孔的中心轴线共面。优选地，所述径向气浮轴承的相邻进气区通过密封隔离块分隔。本技术具有的有益效果是：1.本技术采用正弦形锥面段作为反射面，在周向均匀分布的n个激光发射器发射的激光直射下，当一个测量敏感元件检测到主轴回转运动误差时，其它测量敏感元件也会检测到相应的变化，从而控制n个进气压力控制阀分别做出补偿反应；由于本技术采用光学测量原理，能实现对主轴回转误差实时、在位检测，对主轴的回转运动误差检测更为准确、全面，补偿更为精准、及时。2.本技术采用的正弦形锥面段是以正弦曲线段为母线的回转体，该正弦曲线段的两个波峰点连线与气浮主轴轴线成一夹角，使得主轴发生误差运动后，反射法平面变化较大，能够放大误差，更便于主轴误差的检测。3.本技术采用的正弦形锥面段具有正弦曲线的特性，每一点处的幅值均不同，能更好反应出主轴的误差运动，特别是能更准确反应出主轴的轴向运动误差。4.本技术通过径向气浮轴承在给予主轴运动误差补偿时，为非接触形式，不会产生摩擦、振动等影响主轴运动精度的因素，也不干涉气浮主轴的旋转运动。5.本技术采用多个方向控制，周向均匀多点式补偿，不仅可以均匀、平缓地对主轴运动精度进行补偿，而且能全方向对主轴运动误差进行补偿。6.本技术采用测量敏感元件、进气压力控制阀和控制器的闭环控制方式，能对主轴回转运动误差进行实时的检测与补偿，使补偿的精度更高。附图说明图1为本技术装置的整体结构立体图；图2为本技术装置的局部结构侧视图(带箭头直线为激光光路)；图3为本技术中径向气浮轴承的气体路径图；图4为本技术中辅助测量反射台与气浮主轴的装配示意图；图中：1-装置固定板，2-通气管，3-进气压力控制阀，4-测量装置固定支架，5-调心旋钮，6-辅助测量反射台，7-测量敏感元件安装底座，8-激光发射器安装底座，9-激光发射器，10-轴承固定套筒，11-径向气浮轴承，12-间隙调整垫圈，13-轴承端挡盖，14-测量敏感元件。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。如图1、图2和图4所示，基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置，包括装置固定板1、通气管2、进气压力控制阀3、测量装置固定支架4、调心旋钮5、辅助测量反射台6、测量敏感元件安装底座7、激光发射器安装底座8、激光发射器9、轴承固定套筒10、径向气浮轴承11和测量敏感元件14；轴承固定套筒10固定在装置固定板1上；n个测量装置固定支架4沿轴承固定套筒10周向均布固定在装置固定板1上，n≥4(作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置，包括装置固定板、通气管、进气压力控制阀、测量装置固定支架、轴承固定套筒和径向气浮轴承，其特征在于：还包括调心旋钮、辅助测量反射台、测量敏感元件安装底座、激光发射器安装底座、激光发射器和测量敏感元件；所述的轴承固定套筒固定在装置固定板上；n个测量装置固定支架沿轴承固定套筒周向均布固定在装置固定板上，n≥4；每个测量装置固定支架上都固定有进气压力控制阀、测量敏感元件安装底座和激光发射器安装底座；所述的激光发射器安装底座上固定有激光发射器，激光发射器的光轴平行于装置固定板的安装平面；所有激光发射器的光轴共面设置，且相交于同一点，该点位于轴承固定套筒的中心轴线上；所述的测量敏感元件安装底座上固定有测量敏感元件；同一个测量装置固定支架上，测量敏感元件的测量平面的法线与装置固定板的安装平面之间的夹角A为45～75度；所述的辅助测量反射台由一体成型的圆台段和正弦形锥面段组成，正弦形锥面段与圆台段的大端端面连接；正弦形锥面段是以一条完整周期的正弦曲线段为母线绕圆台段的中心轴线旋转的回转体；该正弦曲线段的两个波峰点连线与圆台段的中心轴线之间的夹角为A/2，且该正弦曲线段的两个波峰点均位于圆台段的侧面延伸面上；圆台段的侧面开设有沿周向均布的n个旋钮连接螺纹孔，每个旋钮连接螺纹孔与一个调心旋钮通过螺纹连接；每个进气压力控制阀与轴承固定套筒对应的一个进气孔通过一根通气管接通；所述的径向气浮轴承固定套置在轴承固定套筒内；所述的径向气浮轴承设有n个进气区；径向气浮轴承的每个进气区与轴承固定套筒对应位置的一个进气孔连通；径向气浮轴承的每个进气区均开设有节流孔；各进气压力控制阀均与气泵连接；各进气压力控制阀均由控制器控制，各测量敏感元件的信号输出端均接控制器。/n...

【技术特征摘要】
1.基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置，包括装置固定板、通气管、进气压力控制阀、测量装置固定支架、轴承固定套筒和径向气浮轴承，其特征在于：还包括调心旋钮、辅助测量反射台、测量敏感元件安装底座、激光发射器安装底座、激光发射器和测量敏感元件；所述的轴承固定套筒固定在装置固定板上；n个测量装置固定支架沿轴承固定套筒周向均布固定在装置固定板上，n≥4；每个测量装置固定支架上都固定有进气压力控制阀、测量敏感元件安装底座和激光发射器安装底座；所述的激光发射器安装底座上固定有激光发射器，激光发射器的光轴平行于装置固定板的安装平面；所有激光发射器的光轴共面设置，且相交于同一点，该点位于轴承固定套筒的中心轴线上；所述的测量敏感元件安装底座上固定有测量敏感元件；同一个测量装置固定支架上，测量敏感元件的测量平面的法线与装置固定板的安装平面之间的夹角A为45～75度；所述的辅助测量反射台由一体成型的圆台段和正弦形锥面段组成，正弦形锥面段与圆台段的大端端面连接；正弦形锥面段是以一条完整周期的正弦曲线段为母线绕圆台段的中心轴线旋转的回转体；该正弦曲线段的两个波峰点连线与圆台段的中心轴线之间的夹角为A/2，且该正弦曲线段的两个波峰点均位于圆台段的侧面延伸面上；圆台段的侧面开设有沿周向均布的n个旋钮连接螺纹孔，每个旋钮连接螺纹孔与一个调心旋钮通过螺纹连接；每个进气压力控制阀与轴承固定套筒对应的一个进气孔通过一根通气管接通；所述的径向气浮轴承固定套置在轴承固定套筒内；所述的径向气浮轴承设有n个进气区；径向气浮轴承的每个进气区与轴承固定套筒对应位置的一个进气孔连通；径向气浮轴承的每个进气区均开设有节流孔；各进气压力控制阀均与气泵连接；各进气压力控制阀均由控制器控制，各测量敏感元件的信号输出端均接控制器。


2.根据权利要求1所述基于正弦锥面反射法的气浮主轴回转误差检测及补偿装置，其特征在于：所述装置固定板的安装平面上开设有沿轴承固定套筒周向均布的n个螺纹孔组；螺纹孔组由呈三角形排布的三个螺纹孔一组成，或由呈阵列排布的四个螺纹孔一组成；螺纹孔组由三个螺纹孔一组成时，各测量装置固定支架的三个通孔与对应螺纹孔组的三个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙涛，王文，魏珠珠，韩付明，王乐，梁倩倩，杨贺，陈占锋，时光，卢科青，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33