模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)臺用以研究滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副精度退化和剛度退化對工作臺的綜合性能的影響。工作臺分別由三個方向的氣缸進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)了模擬機(jī)床工作臺實(shí)際運(yùn)動過程。實(shí)驗(yàn)裝置更接近實(shí)際工況。滾珠絲杠與伺服電動機(jī)之間聯(lián)接有扭矩傳感器。滾珠絲杠螺母座和工作臺之間安裝三方向力傳感器，可測量直線導(dǎo)軌副的摩擦力。伺服電動機(jī)內(nèi)部安裝有圓光柵尺，氣動控制和伺服電機(jī)控制相配合，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)臺的加載磨損運(yùn)行，試驗(yàn)過程采用加速退化方式并考慮多種因素對工作臺性能的影響。
【專利說明】模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，屬于數(shù)控機(jī)床制造及檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明專利提出利用氣缸對直線進(jìn)給單元進(jìn)行三個方向加載并用加速退化試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)退化試驗(yàn)臺，并在運(yùn)動副連接處設(shè)置多個傳感器，用于檢測各種參數(shù)數(shù)據(jù)。研究滾珠絲杠副和直線運(yùn)動副對工作臺綜合性能的影響。滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要移動部件，其精度決定了數(shù)控機(jī)床工作臺的精度。實(shí)際工況下為了提高滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副的剛度，常采用增加滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副的預(yù)緊力的方法提高剛度。進(jìn)給單元使用一段時間后，隨滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副反復(fù)的運(yùn)行，滾動體和滾道的摩擦磨損會導(dǎo)致預(yù)緊力喪失，運(yùn)動副的預(yù)緊力下降、運(yùn)動副產(chǎn)生形位誤差，導(dǎo)致直線進(jìn)給單元精度下降，如何準(zhǔn)確的得知精度下降的機(jī)理成為了難題。滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副的傳動精度與很多因素有關(guān)，例如摩擦力矩、預(yù)緊力，加載方式，運(yùn)動方式，接觸角等。國內(nèi)滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副制造企業(yè)和相關(guān)研究單位對滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副已經(jīng)做了很多研究，但仍然不能準(zhǔn)確描述工作臺和導(dǎo)軌之間綜合性能的退化過程?？紤]預(yù)緊力和摩擦力矩等多種因素對工作臺綜合性能退化研究并進(jìn)行建模也少有研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，用于研究滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌的精度退化對工作臺綜合性能的影響。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)工作臺包括試驗(yàn)臺底座1、絲杠伺服電機(jī)2、連接支座3、直線滾動導(dǎo)軌副4、滾珠絲杠副5、工作臺6、軸向氣缸加載塊7、雙氣缸活塞8、垂直氣缸加載滾輪9、龍門架10、垂直氣缸11、軸向雙氣缸12、側(cè)向加載氣缸13、側(cè)向氣缸加載滾輪14、扭矩傳感器15、直線光柵尺16、三方向力傳感器17 ;該試驗(yàn)工作臺米用三方向氣缸加載方式,模擬真實(shí)統(tǒng)床的工作狀態(tài)。
[0005]絲杠伺服電機(jī)2與滾珠絲杠副5通過連接支座3連接，且在連接支座3與滾珠絲杠副5的連接處設(shè)置有扭矩傳感器15，絲杠伺服電機(jī)2通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠副5連接并驅(qū)動工作臺6進(jìn)行往復(fù)動作；直線滾動導(dǎo)軌副4固定在試驗(yàn)臺底座I上；龍門架10固定安裝在試驗(yàn)臺底座I兩側(cè)；軸向氣缸加載塊7固定在工作臺6軸向位置；工作臺6和試驗(yàn)臺底座I之間安裝有直線光柵尺16，直線光柵尺16的動尺安裝在工作臺6底部，直線光柵尺16的定尺安裝在直線滾動導(dǎo)軌副4側(cè)面，與直線滾動導(dǎo)軌副4平行。
[0006]垂直加載氣缸11安裝在龍門架10頂部，垂直加載氣缸11通過垂直氣缸加載滾輪9對工作臺6進(jìn)行豎直方向加載，垂直氣缸加載滾輪9與工作臺6之間為滾動接觸。
[0007]側(cè)向加載氣缸13安裝在龍門架10側(cè)面，側(cè)向加載氣缸13通過側(cè)向氣缸加載滾輪14對工作臺6進(jìn)行側(cè)向加載，側(cè)向氣缸加載滾輪14與工作臺6之間為滾動接觸。
[0008]軸向雙氣缸12安裝在龍門架10上，軸向雙氣缸12上的雙氣缸活塞8與滾珠絲杠副5平行，雙氣缸活塞8可與軸向氣缸加載塊7相接觸，對工作臺6進(jìn)行軸向加載；軸向氣缸活塞8與軸向氣缸加載塊7之間設(shè)置有緩沖橡膠墊。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下。
[0010]I)本發(fā)明試驗(yàn)臺采用氣缸對工作臺進(jìn)行三個方向加載，實(shí)現(xiàn)了模擬機(jī)床工作臺實(shí)際運(yùn)動過程。實(shí)驗(yàn)裝置更接近實(shí)際工況。綜合考慮滾珠絲杠副和直線導(dǎo)軌副的磨損誤差，將預(yù)緊力和摩擦力矩對精度退化的影響考慮到建模當(dāng)中，并采用重載加速退化試驗(yàn)。
[0011]2)本發(fā)明試驗(yàn)臺采用大流溢流閥配調(diào)壓閥實(shí)現(xiàn)高加載力，并控制氣缸與伺服電機(jī)配合完成加載試驗(yàn)。
[0012]3)本發(fā)明試驗(yàn)臺在傳動鏈之間設(shè)置多種傳感器以檢測需要的參數(shù)?？紤]精度退化的因素比以往更多。采用實(shí)時監(jiān)測方式對工作臺進(jìn)行測量。伺服電機(jī)與氣動加載可實(shí)現(xiàn)單程加載、往復(fù)加載，單方向加載和多方向加載等多種方式對工況進(jìn)行模擬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明裝置左視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明裝置俯視圖。
[0016]圖中:1、試驗(yàn)臺底座，2、絲杠伺服電機(jī)，3、連接支座，4、直線滾動導(dǎo)軌副，5、滾珠絲杠副，6、工作臺，7、軸向氣缸加載塊，8、雙氣缸活塞，9、垂直氣缸加載滾輪，10、龍門架，11、垂直氣缸，12、軸向雙氣缸，13、側(cè)向加載氣缸，14、側(cè)向氣缸加載滾輪，15、扭矩傳感器，16、直線光柵尺，17、三方向力傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]如圖1-3所示，一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)工作臺包括，試驗(yàn)臺底座1、絲杠伺服電機(jī)2、連接支座3、直線滾動導(dǎo)軌副4、滾珠絲杠副5、工作臺6、軸向氣缸加載塊7、雙氣缸活塞8、垂直氣缸加載滾輪9、龍門架10、垂直氣缸11、軸向雙氣缸12、側(cè)向加載氣缸13、側(cè)向氣缸加載滾輪14、扭矩傳感器15、直線光柵尺16、三方向力傳感器17 ;該試驗(yàn)工作臺米用三方向氣缸加載方式，模擬真實(shí)統(tǒng)床的工作狀態(tài)。
[0019]絲杠伺服電機(jī)2與滾珠絲杠副5通過連接支座3連接，且在連接支座3與滾珠絲杠副5的連接處設(shè)置有扭矩傳感器15，絲杠伺服電機(jī)2通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠副5連接并驅(qū)動工作臺6進(jìn)行往復(fù)動作；直線滾動導(dǎo)軌副4固定在試驗(yàn)臺底座I上；龍門架10固定安裝在試驗(yàn)臺底座I兩側(cè)；軸向氣缸加載塊7固定在工作臺6軸向位置；工作臺6和直線滾動導(dǎo)軌副4之間安裝有直線光柵尺16，直線光柵尺16的動尺安裝在工作臺6底部，直線光柵尺16的定尺安裝在直線滾動導(dǎo)軌副4側(cè)面，與直線滾動導(dǎo)軌副4平行。
[0020]垂直加載氣缸11安裝在龍門架10頂部，垂直加載氣缸11通過垂直氣缸加載滾輪9對工作臺6進(jìn)行豎直方向加載，垂直氣缸加載滾輪9與工作臺6之間為滾動接觸。
[0021 ] 側(cè)向加載氣缸13安裝在龍門架10側(cè)部，側(cè)向加載氣缸13通過側(cè)向氣缸加載滾輪14對工作臺6進(jìn)行側(cè)向加載，側(cè)向加載氣缸加載滾輪14與工作臺6之間為滾動接觸。
[0022]軸向雙氣缸12安裝在龍門架10上，軸向加雙氣缸12上的雙氣缸活塞8與滾珠絲杠副5平行，雙氣缸活塞8可與軸向氣缸加載塊7相接觸，對工作臺6進(jìn)行軸向加載；軸向氣缸活塞8與軸向氣缸加載塊7之間設(shè)置有緩沖橡膠墊。
[0023]工作臺采用三方向加載以模擬進(jìn)給單元實(shí)際工況。加載力高于實(shí)際工況負(fù)載，考慮兩種退化方式，第一、采用勻速高載荷退化方式進(jìn)行精度退化實(shí)驗(yàn)，第二、采用工作臺加減速運(yùn)行進(jìn)行精度退化實(shí)驗(yàn)，通過加速退化試驗(yàn)中傳感器獲得的數(shù)據(jù)建立精度預(yù)測模型，預(yù)測工作臺綜合性能退化機(jī)理。
[0024]三個方向的氣缸均采用恒壓輸出，并且輸出壓力通過調(diào)壓閥可調(diào)。為了獲得更大的加載力，軸向氣缸采用雙氣缸，總回路和分回路均設(shè)有節(jié)流閥并聯(lián)單向閥，便于調(diào)整雙氣缸為同步運(yùn)行。
[0025]本試驗(yàn)臺測量的數(shù)據(jù)包括:工作臺6總負(fù)載扭矩，通過扭矩傳感器15測得。滾珠絲杠副5與工作臺6之間的摩擦力矩，通過雙螺母機(jī)構(gòu)測量。工作臺6直線位移，通過直線光柵尺16測得。光柵尺采用絕對式編碼或者相對式編碼。絲杠伺服電機(jī)2的角位移，通過絲杠伺服電機(jī)的內(nèi)置圓光柵測得。三方向氣缸的輸出壓力，由氣動系統(tǒng)的調(diào)壓閥的壓力表測得。工作臺6所受總摩擦力，由三方向力傳感器17測得。
[0026]實(shí)施例
[0027]本發(fā)明所述試驗(yàn)臺采用三個方向氣缸加載方式，模擬真實(shí)銑床的工作狀態(tài)，滾珠絲杠副采用雙螺母結(jié)構(gòu)(已申請發(fā)明專利，申請?zhí)?201410067042.7)，加載試驗(yàn)狀態(tài)下，滾珠絲杠副5通過主螺母驅(qū)動工作臺6往復(fù)運(yùn)動，副螺母通過測力桿測量滾珠絲杠副的摩擦力矩；軸向氣缸采用對稱的兩組氣缸同時對工作臺進(jìn)行加載。
[0028]該試驗(yàn)工作臺的操作步驟如下，
[0029]步驟1:垂直加載氣缸11安裝在龍門架10上通過垂直氣缸加載滾輪9對工作臺6加載，垂直氣缸加載滾輪9與工作臺6之間為滾動接觸；側(cè)向加載氣缸13安裝在龍門架10側(cè)部，側(cè)向加載氣缸13通過側(cè)向氣缸加載滾輪14對工作臺6進(jìn)行側(cè)向加載，側(cè)向氣缸加載滾輪14與工作臺6之間為滾動接觸；軸向雙氣缸12安裝在龍門架10上，軸向雙氣缸12上的雙氣缸活塞8與滾珠絲杠副5平行，雙氣缸活塞8通過軸向氣缸加載塊7，對工作臺6進(jìn)行軸向加載。
[0030]步驟2:工作臺6和滾珠絲杠副5的螺母座之間安裝三方向力傳感器和扭矩傳感器，三方向力傳感器為塊狀，上表面直接與工作臺6連接，下表面直接與滾珠絲杠副5主螺母座連接。用于測量滾動導(dǎo)軌副的摩擦力。扭矩傳感器15安裝在工作臺6與副螺母之間，扭矩傳感器6的一側(cè)保持副螺母座上表面與工作臺平面平行。該裝置用于測量滾珠絲杠副的摩擦力矩。
[0031]步驟3:工作臺6和試驗(yàn)臺底座I之間安裝有直線光柵尺16，動尺安裝在工作臺底部，定尺安裝在導(dǎo)軌側(cè)，與導(dǎo)軌平行。滾珠絲杠和伺服電機(jī)之間采用力矩傳感器15連接，力矩傳感器兩側(cè)安裝聯(lián)軸器分別連接伺服電機(jī)和滾珠絲杠，伺服電機(jī)尾部同軸安裝有圓光柵。
[0032]步驟4:試驗(yàn)采用加速退化方式，采用三個方向氣缸對工作臺進(jìn)行加載，模擬直線進(jìn)給單元實(shí)際工況，各個氣缸的氣壓由氣動系統(tǒng)控制，并且軸向雙氣缸12的兩個氣缸通過節(jié)流閥調(diào)整為同步運(yùn)行方式。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，其特征在于:該試驗(yàn)工作臺包括試驗(yàn)臺底座(I)、絲杠伺服電機(jī)(2)、連接支座(3)、直線滾動導(dǎo)軌副(4)、滾珠絲杠副(5)、工作臺￠)、軸向氣缸加載塊(7)、雙氣缸活塞(8)、垂直氣缸加載滾輪(9)、龍門架(10)、垂直氣缸(11)、軸向雙氣缸(12)、側(cè)向加載氣缸(13)、側(cè)向氣缸加載滾輪(14)、扭矩傳感器(15)、直線光柵尺(16)、三方向力傳感器(17);該試驗(yàn)工作臺米用三方向氣缸加載方式，模擬真實(shí)銑床的工作狀態(tài)； 絲杠伺服電機(jī)(2)與滾珠絲杠副(5)通過連接支座(3)連接，且在連接支座(3)與滾珠絲杠副(5)的連接處設(shè)置有扭矩傳感器(15)，絲杠伺服電機(jī)(2)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠副(5)連接并驅(qū)動工作臺(6)進(jìn)行往復(fù)動作；直線滾動導(dǎo)軌副(4)固定在試驗(yàn)臺底座(I)上；龍門架(10)固定安裝在試驗(yàn)臺底座(I)兩側(cè)；軸向氣缸加載塊(7)固定在工作臺(6)軸向位置；工作臺(6)和試驗(yàn)臺底座(I)之間安裝有直線光柵尺(16)，直線光柵尺(16)的動尺安裝在工作臺(6)底部，直線光柵尺(16)的定尺安裝在直線滾動導(dǎo)軌(4)側(cè)面，與直線滾動導(dǎo)軌副(4)平行； 垂直加載氣缸(11)安裝在龍門架(10)頂部，垂直加載氣缸(11)通過垂直氣缸加載滾輪(9)對工作臺(6)進(jìn)行豎直方向加載，垂直氣缸加載滾輪(9)與工作臺(6)之間為滾動接觸； 側(cè)向加載氣缸(13)安裝在龍門架(10)側(cè)面，側(cè)向加載氣缸(13)通過側(cè)向氣缸加載滾輪(14)對工作臺(6)進(jìn)行側(cè)向加載，側(cè)向氣缸加載滾輪(14)與工作臺(6)之間為滾動接觸； 軸向雙氣缸(12)安裝在龍門架(10)上，軸向雙氣缸(12)上的雙氣缸活塞(8)與滾珠絲杠副(5)平行，雙氣缸活塞⑶可與軸向氣缸加載塊(7)相接觸，對工作臺(6)進(jìn)行軸向加載；軸向氣缸活塞(8)與軸向氣缸加載塊(7)之間設(shè)置有緩沖橡膠墊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，其特征在于:工作臺采用三方向加載以模擬進(jìn)給單元實(shí)際工況；加載力高于實(shí)際工況負(fù)載，考慮兩種退化方式，第一、采用勻速高載荷退化方式進(jìn)行精度退化實(shí)驗(yàn)，第二、采用工作臺加減速運(yùn)行進(jìn)行精度退化實(shí)驗(yàn)，通過加速退化試驗(yàn)中傳感器獲得的數(shù)據(jù)建立精度預(yù)測模型，預(yù)測工作臺綜合性能退化機(jī)理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，其特征在于:三個方向的氣缸均采用恒壓輸出，并且輸出壓力通過調(diào)壓閥可調(diào)；為了獲得更大的加載力，軸向氣缸采用雙氣缸，總回路和分回路均設(shè)有節(jié)流閥并聯(lián)單向閥，便于調(diào)整雙氣缸為同步運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬實(shí)際工況的直線進(jìn)給單元綜合性能退化試驗(yàn)臺，其特征在于:本發(fā)明試驗(yàn)臺測量數(shù)據(jù)包括，工作臺(6)總負(fù)載扭矩，通過扭矩傳感器(15)測得；滾珠絲杠副(5)與工作臺(6)之間的摩擦力矩，通過雙螺母機(jī)構(gòu)測量；工作臺(6)直線位移，通過直線光柵尺(16)測得；光柵尺采用絕對式編碼或者相對式編碼；絲杠伺服電機(jī)(2)的角位移，通過絲杠伺服電機(jī)的內(nèi)置圓光柵測得；三方向氣缸的輸出壓力，由氣動系統(tǒng)的調(diào)壓閥的壓力表測得；工作臺(6)所受總摩擦力，由三方向力傳感器(17)測得。
【文檔編號】G01M99/00GK104198204SQ201410438959
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月30日
【發(fā)明者】張巍, 王民, 孔德順, 高相勝 申請人:北京工業(yè)大學(xué)