本發(fā)明涉及滾珠絲杠測試裝置及方法，具體的說，是涉及一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在進入21世紀，現(xiàn)代機床日益向著自動化、高速化、精密化、柔性化、智能化的發(fā)展(張伯霖.加工中心的高速化及其應用[J].世界制造技術(shù)與裝備市場,2002,01:35-39+8.)。精密化作為機床的重要發(fā)展方向之一，不僅影響機床本身的性能也影響著加工件的質(zhì)量。滾珠絲杠作為數(shù)控機床的主要傳動件之一，其傳動精度直接影響著機床的精度。如圖1所示，絲杠在制造、安裝和工作過程中存在誤差，致使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生彎曲撓度，實際軸線與理想軸線不重合，橫截面形心沿與軸線垂直方向產(chǎn)生線位移。由于滾珠絲杠工作方式的的特殊性，難以直接用精密的測量儀器檢測其工作過程中的撓度，且目前測量滾珠絲杠彎曲撓度的裝置較少。所以，開發(fā)一種間接檢測絲杠撓度變化的裝置是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及其檢測方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置，包括通過螺栓和絲杠螺母相連的第一卡盤和第二卡盤，第一卡盤和第二卡盤中部相對應的設(shè)有用于穿設(shè)滾珠絲杠的連接孔，所述第一卡盤上設(shè)有矩形卡槽，所述第二卡盤上設(shè)有與所述矩形卡槽相契合的矩形卡齒，所述連接孔的周圍等間距的環(huán)繞設(shè)置有四個測試孔，所述測試孔內(nèi)固定有用于檢測滾珠絲杠彎曲撓度的應力測試柱。

所述應力測試柱上設(shè)有四個用于黏貼應變片的矩形平面，矩形平面邊緣設(shè)置有用于固定應變片連接線的凸出槽。

所述矩形平面的尺寸為18mm×10mm。

所述第一卡盤和第二卡盤的直徑為100mm。

檢測裝置的厚度為42mm。

所述一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：

(1)四個應力測試柱分別為第一應力測試柱、第二應力測試柱、第三應力測試柱和第四應力測試柱，其中第一應力測試柱和第三應力測試柱布置在Y方向上，第二應力測試柱和第四應力測試柱布置在X方向上，應力測試柱上、下表面的應變片的應變反映滾珠絲杠在Y方向上的彎曲撓度，應力測試柱的左、右表面應變片的應變反映滾珠絲杠在X方向上的彎曲撓度；

(2)四個應力測試柱上的應變片布置為全橋形式，當四個應力測試柱全接應變片時稱為全橋；此時電橋的輸出電壓是單橋輸出電壓的4倍，靈敏度也是單橋的4倍；

(3)Y向的絲杠彎曲撓度通過第一應力測試柱和第三應力測試柱的上下表面應變值計算，X向的絲杠彎曲撓度通過第二應力測試柱和第四應力測試柱的左右表面應變值計算。

步驟(2)應力測試柱中采用電路補償法來補償環(huán)境溫度對應變片阻值變化帶來的影響，并在全橋形式下的應變片上貼有溫度補償片，用于消除由于溫度變化帶來的應變。

步驟(3)中假設(shè)絲杠向上發(fā)生彎曲，應力測試柱長度為L，應力測試柱之間的距離為L1，絲杠上方應力測試柱的應變?yōu)棣?sub>1，絲杠下方應力測試柱的應變?yōu)棣?sub>2，溫度補償片的應變?yōu)棣う?，則絲杠的彎曲撓度計算過程如下：

ΔL1＝L(ε₁-Δε) (3-1)

ΔL2＝L(ε₂-Δε) (3-2)

式中CD即為所求的滾珠絲杠彎曲撓度。

在測得X方向和Y方向的應變之后，可利用勾股定理計算出絲杠發(fā)生的綜合應變及方向，設(shè)絲杠在X方向發(fā)生的變形為Δx在Y方向發(fā)生的變形為Δy，則絲杠的綜合變形為：

與X方向夾角為：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

本發(fā)明中的檢測裝置利用裝卡在卡盤上的四個應力測試柱的變形間接計算出滾珠絲杠的變形，應力測試柱的變形通過柱體上粘貼的全橋應變片來測量出來，檢測裝置的軟件系統(tǒng)通過對應變片的變形數(shù)據(jù)處理，可實時評價出滾珠絲杠的彎曲撓度值。該發(fā)明不僅能夠?qū)崟r反應滾珠絲杠的彎曲撓度，還能節(jié)約大量的成本，且測量結(jié)果具有高度的真實性。

附圖說明

圖1是滾珠絲杠彎曲的二維示意圖。

圖2是本發(fā)明裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a和圖3b分別是本發(fā)明裝置具體實施例的二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a、4b和4c分別是具體實施例中第一卡盤的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5a、5b和5c分別是具體實施例中第二卡盤的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6a、6b和6c分別是具體實施例中應力測試柱的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是應力測試柱的安裝位置示意圖。

圖8是應力片的全橋貼片示意圖。

圖9a和圖9b均是絲杠彎曲撓度計算示意圖。

圖10滾珠絲杠彎曲撓度檢測流程圖。

圖11滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)界面圖。

附圖標記：1-第一卡盤，2-第二卡盤，3-緊固螺栓，4-應力測試柱，5-連接孔，6-矩形卡槽，7-測試孔，8-緊固螺栓，9-矩形卡齒

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述：

如圖2所示，一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置，包括第一卡盤1和第二卡盤2，第一卡盤1和第二卡盤2通過緊固螺栓3與絲杠螺母副相連，第一卡盤1和第二卡盤2中部相對應的設(shè)有用于穿設(shè)滾珠絲杠的連接孔5，第一卡盤1上設(shè)有矩形卡槽6，第二卡盤上設(shè)有與矩形卡槽6相契合的矩形卡齒9，連接孔5的周圍等間距的環(huán)繞設(shè)置有四個測試孔7，測試孔7內(nèi)固定有用于檢測滾珠絲杠彎曲撓度的應力測試柱4。應力測試柱上設(shè)有四個用于黏貼應變片的矩形平面，四個矩形平面中兩個平面平行于XZ平面，同時另外兩個平面平行于YZ平面。

如圖3a和圖3b所示，本實施例中滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置外形尺寸為φ100mm×42mm，將應力測試柱4固定在測試孔7上，矩形卡槽6和矩形卡齒9想接合形成矩形爪盤，防止應力測試柱在絲杠進給過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。應力測試柱4中間銑出四個18mm×10mm的矩形平面用于粘貼應變片，矩形平面邊緣設(shè)置四個固定應變片連接線的凸出槽，以至于在絲杠運動過程中應變片的連接線不受到影響。

圖4a是本實施例中第一卡盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖4b和4c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

圖5a是本實施例中第二卡盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖5b和5c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

圖6a是本實施例中應力測試柱的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖6b和6c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

如圖7所示，滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置在卡盤位置處布置四個應力測試柱，其中第一、第三應力測試柱布置在Y向上，第二、第四應力測試柱布置在X向。應力測試柱的上、下表面的應變片的應變主要反映滾珠絲杠在Y方向上的彎曲撓度，測試柱的左、右表面的應變片的應變主要反映滾珠絲杠在X方向上的彎曲撓度。

本發(fā)明檢測裝置四個應力測試柱應變片的粘貼方式布置為全橋形式，其布局如圖8所示。當四個橋臂全接應變片時稱為全橋，其中R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，都是工作臂ΔR₁＝ΔR₃＝ΔR,ΔR₂＝ΔR₄＝-ΔR,ΔU＝4[0.25U₀(ΔR/R)]

此時電橋的輸出電壓是單橋輸出電壓的4倍，靈敏度也是單橋的4倍。采用全橋的應變片粘貼方式可以測量應力測試柱的微小變形，使測量結(jié)果更精確。該裝置中所選用的應變片型號為BX120-3AA，其性能參數(shù)如表1所示：

表1 BX120-3AA應變片性能參數(shù)

該裝置的應變采集系統(tǒng)選用通過東華DH3817F-NET動靜態(tài)應變測試儀。測試儀分辨率為0.1個應變。測試儀使用時可根據(jù)需求選擇采樣速率為1、2、5、10(次/秒)，且零漂為3με/2h。

Y向的絲杠彎曲撓度通過第一、第三應力測試柱的上下表面應變值來計算，X向的絲杠彎曲撓度通過第二、第四測試柱的左右表面應變值來計算。假設(shè)絲杠向上發(fā)生彎曲，其計算方式為：如圖9a和圖9b所示，已知：絲杠應力測試柱長度為L，兩應力測試柱之間的距離為L1，絲杠上方應力測試柱的應變?yōu)棣?sub>1，絲杠下方應力測試柱的應變?yōu)棣?sub>2，溫度補償片的應變?yōu)棣う?，則絲杠的彎曲撓度計算過程如下：

ΔL1＝Lε₁ (3-1)

ΔL2＝Lε₂ (3-2)

式中CD即為所求的絲杠彎曲撓度。Y向向下彎曲變形以及X向的彎曲變形計算方式和上述計算方式相同。

在測得X方向和Y方向的應變之后，可利用勾股定理計算出絲杠發(fā)生的綜合應變及方向。設(shè)絲杠在X方向發(fā)生的變形為Δx在Y方向發(fā)生的變形為Δy，則絲杠的綜合變形為：

與X方向夾角為：

滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)開發(fā)：

根據(jù)圖10滾珠絲杠彎曲撓度測試流程所示，需要開發(fā)一套完整的滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)必須能實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀入功能、方向選擇功能、測試點篩選功能、彎曲變形量計算功能、彎曲圖形繪制功能、彎曲量最大、最小值及彎曲度顯示功能并且擁有良好的用戶操作界面。

所以具體實施過程中開發(fā)出了一款符合上述要求的滾珠絲杠彎曲撓度測試系統(tǒng)軟件，用戶界面如圖11所示。

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。