機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法
【專利摘要】機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法：將被測滾動(dòng)功能部件安裝在機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量裝置中，模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況并測試在此受力情況下機(jī)床滾動(dòng)功能部件的精度保持性指標(biāo)；機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合：沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩、機(jī)床刀具切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)；所述模擬裝置通過單一施力機(jī)構(gòu)或者一個(gè)以上的施力機(jī)構(gòu)的組合模擬機(jī)床的實(shí)際受力狀況并保證機(jī)床受力的綜合效果。本發(fā)明節(jié)省了物資支持，降低了噪聲、廢水污染；且可以避免干擾或者控制干擾實(shí)現(xiàn)理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境；測量效率和實(shí)際效果明顯提高。
【專利說明】機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以機(jī)床的絲杠和導(dǎo)軌為主的滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌等滾動(dòng)功能部件精度保持性測量通常是在實(shí)際機(jī)床上在加工實(shí)踐中進(jìn)行測量的，這存在很多亟待解決的技術(shù)問題。比較突出的簡介如下:1)機(jī)床的實(shí)際加工過程必然要求有物料、刀具、切削液以及大量電能的損失；2)機(jī)床實(shí)際加工過程中必然會(huì)有噪聲、廢水等污染；3)機(jī)床實(shí)際加工過程中的滾動(dòng)功能部件受力通常都是有干擾和變化的，不易形成較為恒定干擾很少甚至無干擾的理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境；4)測量效率和實(shí)際效果比較有限。因此，人們期望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種技術(shù)效果優(yōu)良的機(jī)床滾動(dòng)功能部件(重點(diǎn)是絲杠和導(dǎo)軌)精度保持性測量方法。本發(fā)明能夠?qū)Ｓ糜谀M機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌等滾動(dòng)功能部件受力狀況且避免實(shí)際機(jī)床工作狀態(tài)下的各種不利于測量的干擾因素影響，是一種實(shí)現(xiàn)高效、低成本、數(shù)據(jù)真實(shí)可信的精度保持性測量方案。
[0004]采用的技術(shù)方案:
機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:將被測的滾動(dòng)功能部件(重點(diǎn)是絲杠和導(dǎo)軌)安裝在機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量裝置中，通過模擬裝置模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況并實(shí)現(xiàn)機(jī)床按照預(yù)設(shè)要求恒定受力或者按照程序要求受力；并測試在此受力情況下機(jī)床滾動(dòng)功能部件的精度保持性指標(biāo)；
所述機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合:沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩；
所述模擬裝置通過單一施力機(jī)構(gòu)或者一個(gè)以上的施力機(jī)構(gòu)的組合模擬機(jī)床的實(shí)際受力狀況并保證機(jī)床受力的綜合效果。
[0005]以上內(nèi)容對應(yīng)有參見圖1-5的施力情況相關(guān)原理圖。
[0006]機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法的技術(shù)效果關(guān)鍵在于可以是機(jī)床受力達(dá)到理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)受力過程中無干擾、受力狀態(tài)恒定；指標(biāo)可測性好等效果。另外:相對于直接在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行絲杠、導(dǎo)軌精度保持性測量而言，本發(fā)明所述技術(shù)方案可以大大減少刀具、工件材料、切削液等的損耗(基本不再有此方面的損耗)，還可以方便地安裝和使用各種檢測裝置對相關(guān)被測量進(jìn)行測量。其具有測量精度高、測量效率高、能借助于硬件結(jié)構(gòu)和控制裝置共同模擬各種機(jī)床加工的工況，并實(shí)現(xiàn)對應(yīng)不同工況或者多種工況組合的指標(biāo)測量。
[0007]所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:所述被測滾動(dòng)功能部件中，絲杠、導(dǎo)軌均為水平或者豎直或者傾斜(符合一般機(jī)床的常見布局要求)布置，通過施加力模擬機(jī)床受力的控制單兀施力方案是下述幾種方案之一或其組合:方案一:第一坐標(biāo)軸方向即垂直于被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺所在平面方向受力:使用2-4個(gè)施力部件聯(lián)合作用模擬機(jī)床的垂直于被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺的方向(例如Z向)受力或/和沿該方向(例如Z向)施加繞與該方向兩兩垂直的另兩個(gè)坐標(biāo)方向(例如X軸或者Y軸方向)作用的傾覆力矩；方案二:第二坐標(biāo)軸方向受力:在安裝有被測的滾動(dòng)功能部件(絲杠、導(dǎo)軌)的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较颍环桨溉?第三坐標(biāo)軸方向即被測滾動(dòng)功能部件(重點(diǎn)是絲杠)軸線方向受力:使用伺服電機(jī)恒扭矩驅(qū)動(dòng)或者變扭矩驅(qū)動(dòng)模擬絲杠受力； 所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量中所使用的驅(qū)動(dòng)部件具體是以下幾種之一或其組合:伺服電機(jī)、氣動(dòng)裝置、液壓施力裝置、恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)、借助于電磁力工作的裝置、借助于摩擦力模擬刀具切削受力工作的裝置；模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置中，施力部件7具體的施力方式是:使用原動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器連接絲杠，并進(jìn)而帶動(dòng)由絲杠驅(qū)動(dòng)的固定在螺母上的單軸滑臺沿絲杠軸向滑動(dòng)，通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角對應(yīng)換算得到精確的對外施力大小以便精確控制施力大??；
模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置為立式銑床加工受力模擬裝置，其使用下述7套或者9套施力機(jī)構(gòu)的組合，具體要求是:其一:第一坐標(biāo)軸方向:使用2個(gè)或者4個(gè)施力部件單一作用或者聯(lián)合作用于機(jī)床工作臺以模擬機(jī)床的第一坐標(biāo)軸方向(例如Z向)受力；其二:第二坐標(biāo)軸方向:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向(例如Y向)施加成組的2組作用力共4組施力部件共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向(例如Y向)受力或者繞第一坐標(biāo)軸(例如Z軸)在第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸所組成的平面(例如XOY平面)內(nèi)作用的扭矩；每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较?；其?第三坐標(biāo)軸方向:使用伺服電機(jī)恒扭矩驅(qū)動(dòng)或者變扭矩驅(qū)動(dòng)模擬絲杠受力。
[0008]所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法在雙水平導(dǎo)軌三坐標(biāo)銑床中應(yīng)用的具體要求是:首先以銑削平臺下方布置的共面的4個(gè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌滑塊的中心點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，水平面為XOY平面；
然后在被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺所在平面方向使用2個(gè)施力部件分別施加作用力F5、F6聯(lián)合作用于銑削平臺以模擬機(jī)床的Z向受力或/和沿Z向施加繞X軸或者Y軸作用的傾覆力矩；同時(shí)，在第二坐標(biāo)軸方向進(jìn)行受力模擬:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中FpF3以及F2、F4這兩組作用力中每一個(gè)作用力都由一個(gè)施力部件施加且同一組的二個(gè)作用力的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较?；如此，將銑刀銑削時(shí)在P (x，y)點(diǎn)產(chǎn)生的三個(gè)兩兩相互垂直的作用力即Fe、Ff、FfN由上述的？”^^^、^、^六個(gè)作用力的組合進(jìn)行等效模擬，參見附圖1 ;
如圖1所示建立直角坐標(biāo)系XYZ (X軸、Y軸、Z軸)，P (x，y)點(diǎn)是銑刀銑削時(shí)產(chǎn)生三個(gè)方向的力分別是F。、Ff、FfN，因刀具半徑所產(chǎn)生扭矩M及X、Y、Z方向的進(jìn)給力Fxa、Fya, Fz進(jìn)，我們可以認(rèn)為，工作臺在加工過程中，X方向受力為Fx=Fc^Fx a，Y方向受力為Fy=Ff+Fy進(jìn)，Z方向受力為Fz=Fffi+Fza，通過上述受力分析，我們只要可以在工作臺上移動(dòng)的施加上X、Y、Z三個(gè)方向所需大小的力及扭矩M，就可以精確模擬真實(shí)切削時(shí)工作臺的受力等效力施加如圖！所示為？^^、^、^、^、^;
首先在X-Y平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，X、Y方向的力為Fx、Fy作用效果應(yīng)該與Fp F2、F3、F4所作用效果相同，其中F1包括兩部分力，一部分是等效扭矩M所需的力F11,另一部分是等效Ff、Fe對平臺中心所產(chǎn)生扭矩的力F12 ;參見圖2，對應(yīng)有下述數(shù)學(xué)模型:
把F1分為兩部分力，即F1 = F11 + Fs2
【權(quán)利要求】
1.機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:將被測的滾動(dòng)功能部件安裝在機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量裝置中，通過模擬裝置模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況并實(shí)現(xiàn)機(jī)床按照預(yù)設(shè)要求恒定受力或者按照程序要求受力；并測試在此受力情況下機(jī)床滾動(dòng)功能部件的精度保持性指標(biāo)； 所述機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合:沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩； 所述模擬裝置通過單一施力機(jī)構(gòu)或者一個(gè)以上的施力機(jī)構(gòu)的組合模擬機(jī)床的實(shí)際受力狀況并保證機(jī)床受力的綜合效果。
2.按照權(quán)利要求1所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法，其特征在于: 所述被測滾動(dòng)功能部件中，絲杠、導(dǎo)軌均為水平或者豎直或者傾斜布置，通過施加力模擬機(jī)床受力的控制單兀施力方案是下述幾種方案之一或其組合:方案一:第一坐標(biāo)軸方向即垂直于被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺所在平面方向受力:使用2-4個(gè)施力部件聯(lián)合作用模擬機(jī)床的垂直于被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺的方向受力或/和沿該方向施加繞與該方向兩兩垂直的另兩個(gè)坐標(biāo)方向作用的傾覆力矩；方案二:第二坐標(biāo)軸方向受力:在安裝有被測的滾動(dòng)功能部件的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较颍环桨溉?第三坐標(biāo)軸方向即被測滾動(dòng)功能部件軸線方向受力:使用伺服電機(jī)恒扭矩驅(qū)動(dòng)或者變扭矩驅(qū)動(dòng)模擬絲杠受力； 所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量中所使用的驅(qū)動(dòng)部件具體是以下幾種之一或其組合:伺服電機(jī)、氣動(dòng)裝置、液壓施力裝置、恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)、借助于電磁力工作的裝置、借助于摩擦力模擬刀具切削受力工作的裝置；模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置中，施力部件(7)具體的施力方式是:使用原動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器連接絲杠，并進(jìn)而帶動(dòng)由絲杠驅(qū)動(dòng)的固定在螺母上的`單軸滑臺沿絲杠軸向滑動(dòng)，通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角對應(yīng)換算得到精確的對外施力大小以便精確控制施力大??； 模擬機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置為立式銑床加工受力模擬裝置，其使用下述7套或者9套施力機(jī)構(gòu)的組合，具體要求是:其一:第一坐標(biāo)軸方向:使用2個(gè)或者4個(gè)施力部件單一作用或者聯(lián)合作用于機(jī)床工作臺以模擬機(jī)床的第一坐標(biāo)軸方向受力；其二:第二坐標(biāo)軸方向:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力共4組施力部件共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸在第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸所組成的平面內(nèi)作用的扭矩；每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较?；其?第三坐標(biāo)軸方向:使用伺服電機(jī)恒扭矩驅(qū)動(dòng)或者變扭矩驅(qū)動(dòng)模擬絲杠受力。
3.按照權(quán)利要求2所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:所述機(jī)床滾動(dòng)功能部件精度保持性測量方法在雙水平導(dǎo)軌三坐標(biāo)銑床中應(yīng)用的具體要求是:首先以銑削平臺下方布置的共面的4個(gè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌滑塊的中心點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，水平面為XOY平面； 然后在被測絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺所在平面方向使用2個(gè)施力部件分別施加作用力F5、F6聯(lián)合作用于銑削平臺以模擬機(jī)床的Z向受力或/和沿Z向施加繞X軸或者Y軸作用的傾覆力矩；同時(shí)，在第二坐標(biāo)軸方向進(jìn)行受力模擬:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機(jī)床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中FpF3以及F2、F4這兩組作用力中每一個(gè)作用力都由一個(gè)施力部件施加且同一組的二個(gè)作用力的施力方向?yàn)橄鄬Ψ较?；如此，將銑刀銑削時(shí)在P (x，y)點(diǎn)產(chǎn)生的三個(gè)兩兩相互垂直的作用力即Fe、Ff、FfN由上述的？”^^^、^、^六個(gè)作用力的組合進(jìn)行等效模擬，； 建立直角坐標(biāo)系XYZ，P U，y)點(diǎn)是銑刀銑削時(shí)產(chǎn)生三個(gè)方向的力分別是Fe、Ff、FfN，因刀具半徑所產(chǎn)生扭矩M及X、Y、Z方向的進(jìn)給力Fxa、Fy a、Fz a，我們可以認(rèn)為，工作臺在加工過程中，X方向受力為Fx=Fc^Fxa, Y方向受力為Fy=Ff+Fya，Z方向受力為Fz=Fffi+Fza，通過上述受力分析，我們只要可以在工作臺上移動(dòng)的施加上X、Y、Z三個(gè)方向所需大小的力及扭矩M,就可以精確模擬真實(shí)切削時(shí)工作臺的受力等效力施加為Fp F2、F3、F4、F5、F6 ； 首先在X-Y平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，X、Y方向的力為Fx、Fy作用效果應(yīng)該與Fp F2、F3、F4所作用效果相同，其中F1包括兩部分力，一部分是等效扭矩M所需的力F11,另一部分是等效Ff、Fe對平臺中心所產(chǎn)生扭矩的力F12 ;對應(yīng)有下述數(shù)學(xué)模型: 把F1分為兩部分力,即Fi = F11 + Fs2
【文檔編號】G01M13/02GK103878640SQ201410081774
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】舒啟林, 鑫龍, 王軍, 張玉璞 申請人:沈陽理工大學(xué)