專利名稱：滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與方法。
背景技術(shù)：
滾珠絲杠副主要由滾珠絲杠、滾珠和滾珠螺母組成，用來把電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為所需的直線運動。滾珠絲杠副具有運動精度高，摩擦力小，無側(cè)隙、剛性高、將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)化的可逆性高，效率高等優(yōu)點，是機床常用的運動部件，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠副精度保持性是指滾珠絲杠副工作過程中保持原有精度指標(biāo)的能力。滾珠絲杠副的精度保持性主要取決于耐磨性、預(yù)緊力和尺寸穩(wěn)定性。耐磨性與滾珠絲杠副的材料匹配、受力、加工精度、潤滑方式和安裝方式等因素有關(guān)。滾珠絲杠的精度保持性對機床加工精度、壽命都有著直接影響。精度保持性低的滾珠絲杠副，機床使用一定時間后，滾道及鋼珠會磨損，預(yù)緊力釋放，并伴隨滾動體疲勞點蝕，產(chǎn)生間隙誤差，導(dǎo)致軸向跳動超差，影響了機床的加工精度。目前，國內(nèi)滾珠絲杠副相關(guān)生產(chǎn)廠家已開發(fā)了對滾珠絲杠副的精度進行檢測的裝置，但無法對加載條件下的滾珠絲杠副精度保持性進行試驗與檢測。對滾珠絲杠副精度保持性多采用理論計算，非常需要試驗與檢測數(shù)據(jù)的支撐。從掌握滾珠絲杠副產(chǎn)品精度保持性的具體指標(biāo)、提高產(chǎn)品使用壽命的競爭力出發(fā)，國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)廠家非常需要開發(fā)專用的滾珠絲杠副精度保持性試驗與檢測裝置，能在模擬其所受外加載荷和實際工況的情況下了解不同滾珠絲杠副的精度保持性。通過文獻檢索和資料信息收集，尚未找到對滾珠絲杠副精度保持性進行試驗與檢測的專用裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，包括床身、同步帶傳動機構(gòu)、交流伺服電動機、減速器、頭架、扭矩傳感器、直線導(dǎo)軌、被測絲杠、螺母座、螺母、第一組滑塊、推板、尾架、固定板、支撐板、拉壓力傳感器、擋板、液壓缸、第二組滑塊、液壓缸伸出桿、滑板；
頭架固定安裝在床身的一端，減速器固定安裝在頭架上，交流伺服電機固定在減速器的上方，該交流伺服電機的輸出軸通過同步帶傳動機構(gòu)與減速器的輸入軸相連接，該減速器的輸出軸通過固連于頭架上的扭矩傳感器與穿過頭架一側(cè)支板的被測滾珠絲杠相連接，該被測滾珠絲杠的另一端置于尾架上的安裝孔內(nèi)并能旋轉(zhuǎn)，該尾架與固定板相固連，該固 定板與第二組滑塊相固連，所述第二組滑塊的數(shù)量為兩個且分別鎖緊在兩根導(dǎo)軌上，所述兩根導(dǎo)軌固定安裝在床身上并與被測滾珠絲杠的軸線平行，螺母穿在被測滾珠絲杠上并與螺母座相固連，該螺母座固定于滑板上，所述滑板與第一組滑塊固定連接，所述第一組滑塊的數(shù)量為兩個且分別安裝在兩根導(dǎo)軌上，所述螺母與滑板在被測滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動下帶動第一組滑塊一起在導(dǎo)軌上移動；兩個液壓缸尾部通過兩個拉壓力傳感器與固連在床身上的擋板固定連接，兩個固定安裝于床身上的支撐板位于兩個液壓缸的下方并對該兩個液壓缸起支撐作用，該兩個液壓缸的伸縮桿與推板相固連，該推板與滑板相固連，所述液壓缸的伸縮桿把平行于被測滾珠絲杠軸線方向的推力或拉力加載到滑板和螺母上。一種利用上述滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的實驗方法，包括以下步驟；
步驟I、確定被測滾珠絲杠的型號和精度保持性喪失時的行程誤差邊界值，設(shè)定試驗
中的交流伺服電機的轉(zhuǎn)速與液壓缸的加載力，將被測滾珠絲杠和螺母安裝到試驗臺上，確定尾架的位置并將第二組滑塊鎖緊在兩根導(dǎo)軌上，完成試驗前的控制與檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作；
步驟2、控制系統(tǒng)驅(qū)動交流伺服電機旋轉(zhuǎn)，從而帶動被測滾珠絲杠驅(qū)動螺母和滑板一起沿兩根導(dǎo)軌來回往復(fù)移動，同時控制兩個液壓缸的加載力達到設(shè)定值并保持不變；在此過程中由圓光柵、長光柵尺和讀數(shù)頭對絲杠螺母傳動中的行程誤差進行動態(tài)檢測；在檢測的行程誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認(rèn)該被測絲杠已喪失精度保持性；控制系統(tǒng)控制交流伺服電機停轉(zhuǎn)，該被測滾珠絲杠的精度保持性試驗完畢；
步驟3、確定該被測絲杠的精度保持性指標(biāo)，并對其進行變化特性進行分析，打印試驗結(jié)果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為1)本發(fā)明的裝置可對滾珠絲杠副精度保持性進行試驗與檢測，操作與檢測方便，檢測結(jié)果可靠；2)本發(fā)明的裝置中的加載力通過伺服液壓缸來實現(xiàn)，加載力調(diào)節(jié)方便；3)本發(fā)明試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，可對滾珠絲杠副在模擬加載條件下的精度變化特性和精度保持性指標(biāo)進行動態(tài)測量，具有很好的市場前景。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。


圖I為本發(fā)明滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的三維結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與方法，可用于滾珠絲杠副精度保持性的試驗與檢測。結(jié)合圖1，一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，包括床身I、同步帶傳動機構(gòu)2、交流伺服電動機3、減速器4、頭架5、扭矩傳感器6、直線導(dǎo)軌8、被測絲杠9、螺母座10、螺母
11、第一組滑塊12、推板13、尾架14、固定板15、支撐板16、拉壓力傳感器17、擋板18、液壓缸20、第二組滑塊22、液壓缸伸出桿23、滑板26 ；
頭架5固定安裝在床身I的一端，減速器4固定安裝在頭架5上,交流伺服電機3固定在減速器4的上方，該交流伺服電機3的輸出軸通過同步帶傳動機構(gòu)2與減速器4的輸入軸相連接，該減速器4的輸出軸通過固連于頭架5上的扭矩傳感器6與穿過頭架5 —側(cè)支板的被測滾珠絲杠9的相連接，該被測滾珠絲杠9的另一端置于尾架14上的安裝孔內(nèi)并能旋轉(zhuǎn)，該尾架14與固定板15相固連，該固定板15與第二組滑塊22相固連，所述第二組滑塊22的數(shù)量為兩個且分別鎖緊在兩根導(dǎo)軌8上，所述兩根導(dǎo)軌8固定安裝在床身I上并與被測滾珠絲杠9的軸線平行，螺母11穿在被測滾珠絲杠9上并與螺母座10相固連，該螺母座10固定于滑板26上，所述滑板26與第一組滑塊12固定連接，所述第一組滑塊12的數(shù)量為兩個且分別安裝在兩根導(dǎo)軌8上，所述螺母11與滑板26在被測滾珠絲杠9旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動下帶動第一組滑塊12 —起在導(dǎo)軌8上移動；
兩個液壓缸20尾部通過兩個拉壓力傳感器17與固連在床身I上的擋板18固定連接，兩個固定安裝于床身I上的支撐板12位于兩個液壓缸20的下方并對該兩個液壓缸20起支撐作用，該兩個液壓缸20的伸縮桿23與推板13相固連，該推板13與滑板26相固連，所述液壓缸20的伸縮桿23把平行于被測滾珠絲杠9軸線方向的推力或拉力加載到滑板26和螺母11上。同時，交流伺服電機3驅(qū)動被測滾珠絲杠9旋轉(zhuǎn)，由被測滾珠絲杠9帶動螺母11和滑板26在兩根導(dǎo)軌8上移動，最終實現(xiàn)被測滾珠絲杠9和螺母11在加載條件下的傳動。該裝置還包括圓光柵7、光柵尺安裝板19、長光柵尺21、拖鏈24和光柵尺讀數(shù)頭25，所述圓光柵7固連在被測滾珠絲杠9的軸上并與該被測滾珠絲杠9同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對被測滾珠絲杠9的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度的檢測；光柵尺安裝板19固定安裝于床身I上并與兩根導(dǎo)軌8相平行，長光柵尺21固定安裝在光柵尺安裝板19上，與長光柵尺21相配套的讀數(shù)頭25與滑板26相固連且隨滑板26 —起移動，實現(xiàn)對螺母11和滑板26的軸向位移的檢測；所述讀數(shù)頭25固連拖鏈24的一端，該讀數(shù)頭25的連接電纜置于拖鏈24內(nèi)，所述拖鏈24的另一端固定于床身I上。結(jié)合圖I和圖2，本發(fā)明滾珠絲杠精度保持性試驗裝置的控制系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、電機驅(qū)動模塊、液壓控制模塊、交流伺服電機3和液壓缸20構(gòu)成，由數(shù)控系統(tǒng)輸出信號給電機驅(qū)動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)來控制交流伺服電機3的旋轉(zhuǎn)速度和液壓缸20的加載力，實現(xiàn)被測滾珠絲杠9的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和軸向加載；本發(fā)明滾珠絲杠精度保持性試驗裝置的檢測系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、扭矩傳感器6、圓光柵7、拉壓力傳感器17、長光柵尺21和讀數(shù)頭25構(gòu)成，其中扭矩傳感器6和拉壓力傳感器17主要用來對交流伺服電機3的輸出力矩和液壓缸的加載力進行行測，而圓光柵7、長光柵尺21和讀數(shù)頭25用來對被測滾珠絲杠9的行程誤差進行動態(tài)測量。在行程誤差測量中，通過圓光柵7對被測滾珠絲杠9的轉(zhuǎn)動角度進行檢測，同時結(jié)合被測滾珠絲杠9的導(dǎo)程計算出螺母11和滑板26軸向位移量的理論值，同時由長光柵尺21和讀數(shù)頭25檢測出螺母11和滑板26的軸向位移量的實際值，實際值與理論值間的差值即為被測滾珠絲杠9和螺母11在傳動過程中的行程誤差值。所有測量數(shù)據(jù)由工業(yè)控制計算機上安裝的PCI數(shù)據(jù)采集卡進行采集。在工業(yè)控制計算機和數(shù)控系統(tǒng)之間可以通過串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息通訊功能。一種利用上述滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的實驗方法，包括以下步驟；
步驟I、確定被測滾珠絲杠9的型號和精度保持性喪失時的行程誤差邊界值，設(shè)定試驗
中的交流伺服電機3的轉(zhuǎn)速與液壓缸20的加載力，將被測滾珠絲杠9和螺母11安裝到試驗臺上，確定尾架14的位置并將第二組滑塊22鎖緊在兩根導(dǎo)軌8上，完成試驗前的控制與檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作；
步驟2、控制系統(tǒng)驅(qū)動交流伺服電機3旋轉(zhuǎn)，從而帶動被測滾珠絲杠9驅(qū)動螺母11和滑板26 —起沿兩根導(dǎo)軌8來回往復(fù)移動，同時控制兩個液壓缸20的加載力達到設(shè)定值并保持不變；在此過程中由圓光柵7、長光柵尺21和讀數(shù)頭25對絲杠螺母傳動中的行程誤差進行動態(tài)檢測；在檢測的行程誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認(rèn)該被測絲杠9已喪失精度保持性；控制系統(tǒng)控制交流伺服電機3停轉(zhuǎn)，該被測滾珠絲杠9的精度保持性試驗完畢；
步驟3、確定該被測絲杠9的精度保持性指標(biāo)，并對其進行變化特性進行分析，打印試 驗結(jié)果。本發(fā)明的裝置可對滾珠絲杠副精度保持性進行試驗與檢測，操作與檢測方便，檢測結(jié)果可靠。
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，包括床身[I]、同步帶傳動機構(gòu)[2]、交流伺服電動機[3]、減速器[4]、頭架[5]、扭矩傳感器[6]、直線導(dǎo)軌[8]、被測絲杠 [9]、螺母座[10]、螺母[11]、第一組滑塊[12]、推板[13]、尾架[14]、固定板[15]、支撐板 [16]、拉壓力傳感器[17]、擋板[18]、液壓缸[20]、第二組滑塊[22]、液壓缸伸出桿[23]、滑板[26]；頭架[5]固定安裝在床身[I]的一端，減速器[4]固定安裝在頭架[5]上，交流伺服電機[3]固定在減速器[4]的上方，該交流伺服電機[3]的輸出軸通過同步帶傳動機構(gòu)[2]與減速器[4]的輸入軸相連接，該減速器[4]的輸出軸通過固連于頭架[5]上的扭矩傳感器[6]與穿過頭架[5] —側(cè)支板的被測滾珠絲杠[9]相連接，該被測滾珠絲杠[9]的另一端置于尾架[14]上的安裝孔內(nèi)并能旋轉(zhuǎn)，該尾架[14]與固定板[15]相固連，該固定板[15] 與第二組滑塊[22]相固連，所述第二組滑塊[22]的數(shù)量為兩個且分別鎖緊在兩根導(dǎo)軌[8] 上，所述兩根導(dǎo)軌[8]固定安裝在床身[I]上并與被測滾珠絲杠[9]的軸線平行，螺母[11] 穿在被測滾珠絲杠[9]上并與螺母座[10]相固連，該螺母座[10]固定于滑板[26]上，所述滑板[26]與第一組滑塊[12]固定連接，所述第一組滑塊[12]的數(shù)量為兩個且分別安裝在兩根導(dǎo)軌[8]上，所述螺母[11]與滑板[26]在被測滾珠絲杠[9]旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動下帶動第一組滑塊[12] —起在導(dǎo)軌[8]上移動；兩個液壓缸[20]尾部通過兩個拉壓力傳感器[17]與固連在床身[I]上的擋板[18] 固定連接，兩個固定安裝于床身[I]上的支撐板[12]位于兩個液壓缸[20]的下方并對該兩個液壓缸[20]起支撐作用，該兩個液壓缸[20]的伸縮桿[23]與推板[13]相固連，該推板[13]與滑板[26]相固連，所述液壓缸[20]的伸縮桿[23]把平行于被測滾珠絲杠[9] 軸線方向的推力或拉力加載到滑板[26]和螺母[11]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，該裝置還包括圓光柵[7]、光柵尺安裝板[19]、長光柵尺[21]、拖鏈[24]和光柵尺讀數(shù)頭[25]，所述圓光柵[7]固連在被測滾珠絲杠[9]的軸上并與該被測滾珠絲杠[9]同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對被測滾珠絲杠[9]的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度的檢測；光柵尺安裝板[19]固定安裝于床身[I]上并與兩根導(dǎo)軌[8]相平行，長光柵尺[21]固定安裝在光柵尺安裝板[19]上，與長光柵尺[21] 相配套的讀數(shù)頭[25]與滑板[26]相固連且隨滑板[26] —起移動，實現(xiàn)對螺母[11]和滑板[26]的軸向位移的檢測；所述讀數(shù)頭[25]固連拖鏈[24]的一端，該讀數(shù)頭[25]的連接電纜置于拖鏈[24]內(nèi)，所述拖鏈[24]的另一端固定于床身[I]上。
3.一種利用權(quán)利要求I所述滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟；步驟I、確定被測滾珠絲杠[9]的型號和精度保持性喪失時的行程誤差邊界值，設(shè)定試驗中的交流伺服電機[3]的轉(zhuǎn)速與液壓缸[20]的加載力，將被測滾珠絲杠[9]和螺母[11] 安裝到試驗臺上，確定尾架[14]的位置并將第二組滑塊[22]鎖緊在兩根導(dǎo)軌[8]上，完成試驗前的控制與檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作；步驟2、控制系統(tǒng)驅(qū)動交流伺服電機[3]旋轉(zhuǎn)，從而帶動被測滾珠絲杠[9]驅(qū)動螺母[11]和滑板[26] —起沿兩根導(dǎo)軌[8]來回往復(fù)移動，同時控制兩個液壓缸[20]的加載力達到設(shè)定值并保持不變；在此過程中由圓光柵[7]、長光柵尺[21]和讀數(shù)頭[25]對絲杠螺母傳動中的行程誤差進行動態(tài)檢測；在檢測的行程誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認(rèn)該被測絲杠[9]已喪失精度保持性；控制系統(tǒng)控制交流伺服電機[3]停轉(zhuǎn)，該被測滾珠絲杠[9]的精度保持性試驗完畢；步驟3確定該被測絲杠[9]的精度保持性指標(biāo)，并對其進行變化特性進行分析，打印試驗結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與方法，所述裝置的頭架固定安裝在床身的一端，交流伺服電機的輸出軸通過同步帶傳動機構(gòu)與減速器的輸入軸相連接，該被測滾珠絲杠的另一端置于尾架上的安裝孔內(nèi)并能旋轉(zhuǎn)，該固定板與第二組滑塊相固連，所述第二組滑塊的數(shù)量為兩個且分別鎖緊在兩根導(dǎo)軌上，所述兩根導(dǎo)軌固定安裝在床身上并與被測滾珠絲杠的軸線平行，螺母穿在被測滾珠絲杠上并與螺母座相固連，該螺母座固定于滑板上，所述滑板與第一組滑塊固定連接，所述螺母與滑板在被測滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動下帶動第一組滑塊一起在導(dǎo)軌上移動；本發(fā)明的裝置可對滾珠絲杠副精度保持性進行試驗與檢測，操作與檢測方便，檢測結(jié)果可靠。
文檔編號G01M13/02GK102620929SQ20121006784
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者馮虎田, 李春梅, 歐屹, 沈嘉禾, 王禹林, 陶衛(wèi)軍, 韓軍 申請人:南京理工大學(xué)