主轴拉力计及其校准装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种力值测量与校准领域，尤其涉及一种主轴拉力计及其校准装置。


背景技术：

2.主轴拉力计是用于测量机床主轴拉力的重要设备，其使用过程如图1所示：机床主轴1内设置有拉爪和工具刀座，工具刀座具有刀座内锥面4，主轴拉力计6包括拉力计本体，拉力计本体具有与刀座内锥面适配的本体外锥面5，拉力计本体的前端设置有拉钉，3拉力计本体的后端设置有与拉钉相连的测力传感器7。机床主轴内具有用于与拉钉配合的拉爪2。
3.使用时，将主轴拉力计的前端自后至前插入到机床主轴的工作孔中，本体外锥面顶抵在刀座内锥面上，拉爪对拉钉朝前张拉，拉爪对拉钉的张拉力被测力传感器测量得到，拉爪的张拉力决定了机床主轴对工具刀柄的固定作用。
4.因为在正常工作时，工具刀柄的后端固定有刀具，工具刀柄的前端具有刀柄外锥面和刀柄拉钉，工具刀柄正是通过刀柄拉钉与拉爪的配合、刀柄外锥面与刀座内锥面的配合实现与机床主轴的连接，因此主轴拉力计对拉爪拉力的测量就显得尤为重要。
5.现有的这种主轴拉力计存在的问题在于：bt系列刀柄有多个品种（各刀柄分别与各自对应的机床主轴匹配），常用的有bt30、bt40和bt50，不同刀柄的刀柄外锥面的大端直径和小端直径是不同的，不同型号刀柄的拉钉的尺寸也是不一样的，因此在现有技术中，也需要设计三种主轴拉力计，以匹配不同型号的机床主轴，这就意味着检测人员需要购置多个主轴拉力计，主轴拉力计的购置成本较高，存储不便，多个主轴拉力计也会导致检测人员携带不便。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种能够同时匹配至少两种规格机床主轴的主轴拉力计；本实用新型的目的还在于提供一种用于对该主轴拉力计进行校准的校准装置。
7.为解决上述技术问题，本实用新型中一种主轴拉力计的技术方案如下：
8.主轴拉力计，包括拉力计本体，拉力计本体前端设置有用于与机床主轴上的拉爪配合的拉钉，拉力计本体上设置有通过拉力计拉杆与所述拉钉相连的测力传感器，拉钉与拉力计拉杆可拆连接，拉力计本体外周具有至少两个沿前后方向顺序布置的前小后大的本体外锥面，定义前后方向相邻两个本体外锥面分别为前侧外锥面和后侧外锥面，前侧外锥面的大端圆锥直径小于后侧外锥面的小端圆锥直径，各本体外锥面分别匹配不同型号机床主轴的刀座内锥面。
9.各本体外锥面的轴向长度小于对应刀座内锥面的轴向长度，本体外锥面的表面积是对应刀座内锥面表面积的2/3。
10.所述测力传感器为轮辐式测力传感器，拉力计拉杆的后端穿过轮辐式测力传感
器，拉力计拉杆上于轮辐式测力传感器的后侧连接有挡止件，挡止件为螺母或挡块，挡块内设置有球槽，拉力计拉杆后端设置有与球槽配合的球头，挡块上设置有限制球头转动的止转件。
11.拉力计本体后端设置有传感器支架，测力传感器为连接于传感器支架与拉力计拉杆后端之间的s型测力传感器。
12.拉力计拉杆后端通过拉杆支架连接有传感器盖板，传感器盖板与拉杆支架之间固定有能够在前后方向上变形传力的传力膜片，传力膜片与传感器盖板之间形成液压腔，测力传感器还包括与液压腔相连的压力传感器，拉杆支架上沿前后方向导向移动装配有用于顶压传力膜片前端的传力压头。
13.本实用新型的有益效果为：本实用新型中，在拉力计本体的外周设置有至少两个本体外锥面，各本体外锥面形成“塔”形结构，每个本体外锥面都可以和与之匹配的刀座内锥面匹配，在面对不同型号的机床主轴时，换成对应的拉钉，使用对应的本体外锥面与对应机床主轴的刀座内锥面配合，一个主轴拉力计可以匹配至少两种规格型号的机床主轴使用，减少了使用方对主轴拉力机的配备数量，降低了使用方的配置成本，也便于携带。
14.本实用新型中校准装置的技术方案为：
15.校准装置，包括校准装置支架和位于校准装置支架内侧的校准装置拉杆，校准装置拉杆后端可拆连接有用于与主轴拉力计的拉钉配合的校准装置拉爪，校准装置支架后端可拆连接有至少两个单独使用的环状结构的校准刀座，各校准刀座的内孔为与对应本体外锥面适配的锥形内孔，不同校准刀座的锥形内孔分别匹配不同直径的本体外锥面，校准装置还包括用于对校准装置拉杆施加朝前方向作用力的施力机构，校准装置拉杆上、校准装置支架上或者校准装置拉杆与校准装置支架之间设置有标准测力传感器。
16.进一步的，校准装置支架包括环状结构的刀座支架，刀座支架的内孔为阶梯孔，阶梯孔包括至少两个沿前后方向顺序布置的螺纹孔，各螺纹孔分别用于与各自对应的校准刀座螺纹连接，在前后方向上，位置靠前的螺纹孔的孔径小于位置靠后的螺纹孔的孔径。
17.进一步的，校准装置拉爪包括与校准装置拉杆可拆连接的拉爪支座，拉爪支座上铰接有至少三个沿周向间隔布置的爪体，爪体内侧具有朝前的用于与拉钉后端挡止配合的爪体挡止部，拉爪支座上沿前后方向导向移动装配有限位套，爪体外侧具有限位套配合部，限位套相对爪体朝后移动时具有与限位套配合部接触配合以使爪体挡止部接触挡止于拉钉后端的锁紧工位，限位套相对爪体朝前移动时具有与限位套配合部脱离的解锁工位。
18.进一步的，拉爪支座前端与校准装置拉杆后端通过螺纹连接实现可拆连接。
19.进一步的，标准测力传感器为固定于校准装置支架前端的轮辐式标准测力传感器，校准装置拉杆的前端由轮辐式标准测力传感器前侧穿出并与轮辐式标准测力传感器固定相连。
附图说明
20.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应地标号表示相同或对应地部分，其中：
21.图1是本实用新型背景技术中主轴拉力计与机床主轴的配合示意图；
22.图2是本实用新型中主轴拉力计的实施例1的结构示意图；
23.图3是本实用新型中主轴拉力计的实施例2中拉力计拉杆的结构示意图；
24.图4是本实用新型中主轴拉力计的实施例3中拉力计拉杆的结构示意图；
25.图5是本实用新型中主轴拉力计的实施例4的结构示意图；
26.图6是本实用新型中主轴拉力计的实施例5的结构示意图；
27.图7是本实用新型中主轴拉力计的实施例7的结构示意图；
28.图8是图7的分解图；
29.图9是本实用新型中校准装置的实施例1的结构示意图；
30.图10是图9中限位套移动至锁紧工位的状态示意图；
31.图11是本实用新型中校准装置的实施例2的结构示意图；
32.图12是本实用新型中校准装置的实施例3的结构示意图；
33.附图标记说明：1、机床主轴；2、拉爪；3、拉钉；4、刀座内锥面；5、本体外锥面；6、主轴拉力计；7、测力传感器；8、拉力计拉杆；9、拉力计本体；10、挡止件；11、止转件；12、球头；13、拉杆止转方孔；14、铰接结构；15、传感器支架；16、球关节；17、压力传感器；18、传感器盖板；19、液压腔；20、传力膜片；21、传力压头；22、压头顶推件；23、压头顶推杆；24、定位凹槽；25、定位凸起；26、拉杆支架；27、支架导向孔；28、顶推杆导向孔；29、校准刀座的内孔；30、校准刀座；31、刀座支架；32、刀座支架的内孔；33、爪体；34、校准装置支架；35、校准装置拉杆；36、标准测力传感器；37、限位套；38、爪体外翻沿；39、爪体挡止部；40、施力机构；41、爪体外翻沿。
具体实施方式
34.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
35.需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。
36.本实用新型中主轴拉力计的实施例1如图2所示：包括轴线沿前后方向延伸的拉力计本体9，拉力计本体前端设置有用于与机床主轴上的拉爪配合的拉钉3，拉力计本体上设置有通过拉力计拉杆8与拉钉相连的测力传感器7。
37.拉钉通过其后端的螺纹与拉力计拉杆前端可拆连接，使用时，根据不同型号的机床主轴，可以更换对应大小的拉钉。拉力计本体外周具有三个沿前后方向顺序布置的前小后大的本体外锥面5，各本体外锥面同轴线设置，定义前后方向相邻两个本体外锥面分别为前侧外锥面和后侧外锥面，前侧外锥面的大端圆锥直径小于后侧外锥面的小端圆锥直径。各本体外锥面分别用于匹配不同型号机床主轴对应规格的刀座内锥面。
38.在本实施例中，各本体外锥面的轴向长度均小于对应刀座内锥面的轴向长度，使用时，本体外锥面与刀座内锥面的接触面积为对应刀座内锥面表面积的2/3。
39.本实施例中的测力传感器为轮辐式测力传感器，拉力计拉杆的后端穿过轮辐式测
力传感器，拉力计拉杆上于轮辐式测力传感器的后侧连接有挡止件10，挡止件为挡块，挡块内设置有球操，拉力计拉杆8后端设置有与球槽配合的球头12，挡块上设置有限制球头转动的止转件。
40.本实施例中，止转件11为与挡块螺纹连接的螺钉，螺钉的轴线沿球头的径向延伸设置，球头上设置有用于与螺钉配合的螺钉插孔，当螺钉旋入螺钉插孔中后，螺钉与螺钉插孔挡止配合，球头不能相对球槽转动，因此可以方便的进行拉钉的更换。
41.定义三个本体外锥面自前至后分别为第一本体外锥面、第二本体外锥面和第三本体外锥面，具体使用时，在面对bt30的机床主轴时，更换与bt30机床主轴对应的拉钉，bt30机床主轴的刀座内锥面与第一本体外锥面接触配合；在面对bt40的机床主轴时，更换与bt40机床主轴对应的拉钉，bt40机床主轴对应的拉钉外径大于bt30机床主轴对应的拉钉，bt40机床主轴的刀座内锥面与第二本体外锥面接触配合。同样道理，也可以使用第三本体外锥面与bt50机床主轴的刀座内锥面配合。使得本实用新型中的一个主轴拉力计可以匹配多个型号的机床主轴进行主轴拉力测量，提高了产品的通用性，使用方不需在购置较多主轴拉力计。
42.一种主轴拉力计的实施例2如图3所示：实施例2与实施例1不同的是，止转件11为与拉力计拉杆轴线垂直布置的止转销钉，球头12上设置有与止转销钉配合的销钉插孔，使用时，止转销钉穿于球头和挡块10上，实现对拉力计拉杆的止转。
43.一种主轴拉力计的实施例3如图4所示：实施例3与实施例1不同的是，球头的后端设置有轴线沿前后方向延伸的拉杆止转方孔13，挡块上设置有挡块止转方孔，拉杆止转方孔、挡块止转方孔水平布置，止转件为一个止转方轴结构，需要限制拉力计拉杆转动时，将止转件适配插于挡块止转方孔与拉杆止转方孔中，以限制拉力计拉杆的转动，方便对拉钉的更换，当拉钉更换结束后，可以快速将止转件拔出，本实施例中，可以提高止转件的插拔速度。
44.一种主轴拉力计的实施例4如图5所示：实施例4与实施例1不同的是，挡止件10为螺纹连接于拉力计拉杆后端的螺母，拉力计栏杆上串连有双关节传力组件，双关节传力组件包括两个前后布置的铰接结构14，两个铰接结构14的铰接轴线平行或垂直布置。
45.一种主轴拉力计的实施例5如图6所示：实施例5与实施例1不同的是：拉力计本体后端设置有传感器支架15，测力传感器7为连接于传感器支架与拉力计拉杆后端之间的s型测力传感器。传感器支架为门框形结构，传感器支架包括并列布置的门柱和固定于门柱一端的门沿，测力传感器的两端连接于门沿与拉力计拉杆的一端，其中测力传感器与拉力计拉杆之间设置有球关节16。
46.一种主轴拉力计的实施例6如图7~8所示：实施例6与实施例1不同的是，本实施例中测力传感器为薄膜压力传感器，具体的，拉力计拉杆8后端通过拉杆支架26连接有传感器盖板18，传感器盖板18与拉杆支架26之间固定有能够在前后方向上弹性变形传力的传力膜片20，传力膜片20由不锈钢片制成。传力膜片与传感器盖板之间形成液压腔19，测力传感器还包括与液压腔相连的压力传感器17，压力传感器用于测量液压腔内液体的压强，拉杆支架上沿前后方向导向移动装配有用于顶压传力膜片前端的传力压头21。
47.本实施例中，传感器盖板通过螺栓固定于拉杆支架后端。
48.拉杆支架内侧设置有导向方向沿前后方向延伸的支架导向孔27，传力压头25导向
移动装配于支架导向孔中，传力压头的外周面为球面结构，传力压头与支架导向孔的孔壁线接触配合。传力压头的后端设置有定位凸起25，传力膜片的前端设置有与定位凸起适配的定位凹槽24。
49.传力压头的前端设置有压头顶推件22，压头顶推件22与传力压头之间通过凹槽和凸起定位配合，传力压头的前端设置有压头顶推杆23，压头顶推杆23有至少三个，各压头顶推杆沿拉力计拉杆的周向间隔布置，拉杆支架上设置有与压头顶推杆对应设置的顶推杆导向孔28，压头顶推杆导向移动装配于对应的顶推杆导向孔中，各压头顶推杆的前端顶抵在拉力计本体的后端上。
50.本实用新型中校准装置的实施例1如图9~10所示：
51.校准装置包括校准装置支架34和位于校准装置支架内侧的校准装置拉杆35，校准装置拉杆35后端可拆连接有用于与主轴拉力计的拉钉配合的校准装置拉爪，具体的校准装置拉爪包括通过螺纹与校准装置拉杆可拆连接的拉爪支座，拉爪支座上铰接有三个沿周向间隔布置的爪体33。使用根据主轴拉力计的拉钉规格，可以更换校准装置拉爪，不同校准装置拉爪的爪体规格大小不同，不同校准装置拉爪用于匹配不同规格的拉钉3。
52.校准装置支架后端可拆连接有至少两个单独使用的环状结构的校准刀座30，校准刀座的内孔29为与对应本体外锥面5适配的锥形内孔，不同校准刀座的内孔分别匹配不同直径的本体外锥面，校准装置拉杆与校准支架之间设置有标准测力传感器36。校准装置还包括用于对校准装置拉杆施加朝前方向作用力的施力机构40，本实施了中施力机构为串连于校准装置拉杆与标准测力传感器之间的轴线沿前后方向延伸的工作缸（或电动推杆）。
53.本实施例中的标准测力传感器为轮辐式测力传感器，校准装置拉杆与标准测力传感器的连接与主轴拉力计的实施例3中拉力计拉杆与测力传感器的连接结构相同，在此不再详述。
54.刀座支架的内孔32为阶梯孔，阶梯孔包括至少两个沿前后方向顺序布置的螺纹孔，各螺纹孔同轴线设置，各螺纹孔分别用于与各自对应的校准刀座螺纹连接，在前后方向上，位置靠前的螺纹孔的孔径小于位置靠后的螺纹孔的孔径。
55.爪体内侧具有朝前的用于与拉钉后端挡止配合的爪体挡止部39，拉爪支座上沿前后方向导向移动装配有限位套37，爪体外侧具有限位套配合部，限位套配合部38由爪体外翻沿构成，限位套相对爪体朝后移动时具有与限位套配合部接触配合以使爪体挡止部接触挡止于拉钉后端的锁紧工位，限位套相对爪体朝前移动时具有与限位套配合部脱离的解锁工位。爪体与拉爪支座之间设置有复位弹簧，复位弹簧用于迫使爪体后端具有外胀的趋势，当限位套处于解锁工位时，在复位弹簧的作用下，爪体后端外胀，方便拉钉的装入。
56.本实用新型中的校准装置在使用时，可以对本实用新型中具有多个本体外锥面的主轴拉力计进行校准，也可以对现有技术中仅具有一个本体外锥面的主轴拉力计进行校准。
57.以对本实用新型中具有多个本体外锥面的主轴拉力计进行校准为例，当需要选择与第二本体外锥面配合来实现对主轴拉力计进行校准时，选择适配的校准刀座和适配的校准装置拉爪，校准刀座的内孔与第二本体外锥匹配，校准装置拉爪与bt40的拉钉尺寸大小适配。首先朝前移动限位套，使得限位套与爪体外翻沿脱离，限位套移动至解锁工位，将拉钉移动至各爪体之间，然后朝后推限位套，限位套朝后移动过程中，限位套顶推爪体外翻
沿，使得各爪体朝向拉钉翻转，各爪体的爪体挡止部接触挡止于拉钉后端，限位套移动至锁紧工位。施力机构对校准装置拉爪施加朝前方向作用力，校准装置拉爪拉着拉钉朝前移动，通过标准测力传感器的读数和主轴拉力计的测力传感器读数对比来实现对主轴拉力计的校准。
58.校准装置的实施例2如图11~12所示：本实施例中，校准装置包括校准装置支架34和位于校准装置支架内侧的校准装置拉杆35，使用时校准装置支架需要固定于工作台上。
59.校准装置拉杆后端可拆连接有用于与主轴拉力计的拉钉3配合的校准装置拉爪，校准装置支架后端可拆连接有至少两个单独使用的环状结构的校准刀座30，各校准刀座的内孔29为与对应本体外锥面5适配的锥形内孔，不同校准刀座的锥形内孔分别匹配不同直径的本体外锥面，校准装置还包括用于对校准装置拉杆施加朝前方向作用力的施力机构40，校准装置支架上设置有标准测力传感器36。本实施例中，标准测力传感器位于校准刀座与校准支架之间。
60.施力机构包括减速电机和由减速电机带动的轴线沿前后方向延伸的丝母，丝母与校准装置拉杆35螺纹配合，当丝母转动时，校准装置拉杆可以前后移动。施力机构使用时固定于工作台上。
61.校准装置拉爪包括通过螺纹与校准装置拉杆后端可拆连接的拉爪支座，拉爪支座上铰接有三个沿周向间隔布置的爪体33。
62.爪体内侧具有朝前的用于与拉钉后端挡止配合的爪体挡止部39，爪体外侧具有爪体外翻沿41，爪体与拉爪支座之间设置有复位弹簧，复位弹簧用于迫使爪体后端具有外胀的趋势。
63.在使用时，初始如图11所示，校准装置拉杆35处于靠后位置，此时爪体外翻沿没有被校准装置支架的内孔限位，在复位弹簧的作用下，各爪体的后端胀开，方便拉钉自后至前移动至各爪体之间，随后施力机构驱动校准装置拉杆朝前移动，校准装置拉杆带着各爪体朝前移动，爪体相对校准装置支架朝前移动，爪体外翻沿移动至校准装置支架的内孔中，在校准装置支架的内孔壁的限位作用下，各爪体的后端相互靠拢，爪体挡止部会动作到拉钉后端，如图12所示，随后随着校准装置拉杆的继续朝前移动，校准装置拉爪就可以拉着拉钉朝前动作实现对主轴拉力计的校准。
64.在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
65.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本实用新型的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语
不能被理解或解释为对本实用新型方案的限制。
66.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
67.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。