一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統的製作方法

2023-06-09 07:02:06

專利名稱：一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統的製作方法
技術領域：
本實用新型為一種獲取通用性結合面基礎特性參數的試驗識別系統，涉及不同規 格、型號的滾動導軌在不同預壓力狀態下的結合面特性參數識別。
背景技術：
數控工具機是要求非常高的精密、高效、柔性化、自動化加工設備，機械結構非常復 雜，其設計技術涉及很多學科領域，剛度模型很難準確反映實際狀況，主要原因是結合面對 工具機整機動態特性的影響非常明顯，組成工具機零部件的結合面的動態特性具有非線性、多 因素相關、依附機械系統等特點，其剛度、阻尼等參數難以精確確定。據統計，工具機上出現振 動問題有60%以上是源自結合面，界面彈性對工具機結構總柔度的貢獻達40 60%，阻尼值 90%以上來自於結合部的阻尼。承載能力大，精度高，調速範圍寬的直線滾動導軌副在數控 工具機的床身、工作檯、立柱上下工作檯廣泛應用。導軌副結合面的動態特性就成了工具機動 態特性的關鍵因素。而且以點接觸的滾動導軌副結合面相對於滑動導軌及其它結合面剛度 差，成為了數控工具機的薄弱環節，因此對滾動導軌結合面的研究成為了數控工具機的關鍵因
ο雖然滾動導軌的生產廠家不同，型號各異，但是基本的安裝尺寸對於同一規格而 言基本一致，現在廣大學者一致認可結合部等效為若干彈簧和阻尼器的動力學模型。獲得 通用性的結合面基礎特性數據，提取結合部剛度和阻尼的基礎特性數據，成為了精密數控 工具機動態解析和結構優化的重要技術。隨著電子測試技術的發展，頻域的振動測試技術取得了很大的進步。以雙通道跟 蹤濾波技術為基礎的「機械阻抗測試儀」和以數字相關技術為基礎的「頻率特性分析儀」， 「數據採集卡」的發展，使機械阻抗的研究更加成熟。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統，為數控機 床結構的快速優化、動態解析提供重要的參數數據。本實用新型是採用以下技術手段實現的—種滾動導軌結合面動態特性識別系統，包括基座、施耐博格導軌組、連接板、導 軌夾具裝置、法向加壓裝置、切向加壓裝置、驅動執行模塊七部分組成；動態特性識別裝置 整體為雙導軌連接板對稱式結構，所述的法向加壓裝置以及切向加壓裝置針對不同預壓力 的結合面特性進行法向和切向動態參數的識別；以實驗臺的對稱中心面為中心左右對稱；基座由實驗臺以及與相應滾動導軌組對 應的可換調整塊組成；實驗臺上設有0型孔和對稱的凹槽結構，不同規格的可換調整塊定 位螺紋孔的位置與實驗臺連接的安裝位置一致，每組可換調整塊對稱安裝在試驗臺上，其 定位面緊靠在試驗臺上的凹槽加工側面上，保證其平行度，定位可換調整塊；所述的滾動導軌組由不同規格的導軌和滑塊組成，導軌一側通過有精度保證的實驗臺凹槽的加工側面，與可換調整塊連接，滑塊與導軌配合構成導軌副；所述的連接板的兩翼的重心作用線與導軌副結合面同高，連接板法向和側向設有 對稱的中心孔，連接板與滑塊連接；所述的導軌夾具裝置通過調節螺栓、螺母、橡膠墊在實驗臺0型槽的位置調整夾 具的作用中心，使其作用於導軌的重心面；所述的識別裝置還進一步設有檢測模塊、信號通道模塊、動態信號頻譜分析處理 模塊；其中，檢測模塊包括阻抗頭的力傳感器、加速度傳感器、採振點加速度傳感器，採振點加 速度傳感器以連接板的幾何中心為中心在連接板和導軌上均勻布置，檢測模塊的信號通過 電荷放大器的處理送到動態信號分析處理模塊；信號通道模塊包括電荷放大器、功率放大器，動態信號頻譜分析處理模塊包括數 據採集卡、計算機；動態信號頻譜分析處理模塊產生純隨機激勵信號和快速正弦掃頻兩 種激勵信號經功率放大器的放大處理，作用到激振器產生相應的激勵信號，用於粗掃和精 掃；所述的驅動執行模塊，包括激振器、阻抗頭、連接板和導軌組，激振器通過激振杆 與阻抗頭連接，阻抗頭則粘貼或吸貼在連接板的法向中心線的表面處或與導軌結合面水平 的連接板側面中心線處，由激振器產生的激振力作用於連接板上。前述的導軌夾具裝置通過調節螺栓、螺母、橡膠墊在實驗臺0型槽的位置調整夾 具的作用中心，使其作用於導軌的重心面。前述的切向加壓裝置採用對稱的結構，通過連接板的螺紋連接和橡膠圈對導軌組 加壓。本實用新型在結合面剛度與阻尼係數與現有技術有突出的優點(1)實驗裝置簡單可靠，安裝方便，實現了機械結構無樣機分析與設計，為動態解 析提供重要的基礎數據。雙導軌連接板設計，導軌的夾具裝置，提高了動態特性參數的識別 精度；實驗裝置中的加壓裝置避免了剛性接觸對實驗結果的影響，實現了分析壓力對法向 和切向結合面動態特性的影響；(2)單自由度實驗分析模型使實驗的複雜程度大為下降，可以獲得與理論單自由 度頻響函數曲線一致的實測頻響函數曲線，影響識別精度的幹擾因素在單自由度系統中也 比在多自由度系統中更容易排除，獲得高信噪比的等效單自由度系統的實測頻響函數曲 線.
一入 ，(3)測量結合面處相對振動的頻響函數，排除了實驗裝置其它部分對主體部分的 影響，實現了法向和切向動態特性參數的識別；(4)實現了多通道動態信號處理分析，減少了實驗誤差，提高了結合面剛度和阻尼 係數的識別精度；(5)可換調整塊與連接板一一對應，保證了實驗裝置結合面的作用中心，實現了一 個實驗臺，不同廠家多種類型，多種型號的導軌動態信號參數精確識別實驗，經濟實惠。

圖1是裝配圖；[0025]圖2是MRB65型可換調整塊；圖3是MRB65型連接板；圖4是MRA55可換調整塊；圖5是MRA55型的連接板；圖6是MRA45型可換調整塊；圖7是MRA45型連接板； 圖8是MRA;35型可換調整塊；圖9是MRA;35型連接板；圖10是試驗臺的主視圖；圖11是實驗臺的俯視圖；圖12是試驗臺的左視圖；圖13是控制系統圖；圖14是滾動導軌動態特性識別實驗裝置的工作原理示意圖。圖中1、實驗臺，2、MRB65型可換調整塊，3、MRA55型可換調整塊，4、MRA45型可換 調整塊，5、MRA35型可換調整塊，6、導軌，7、滑塊，8、MRB65型連接板，9、MRA55型連接板，10、 MRA45型連接板，11、MRA35型連接板，12、螺栓，13、螺母，14、橡膠墊，15、雙頭螺柱，16、加壓 螺母，17、橡膠圈，18、加壓螺栓，19、橡膠圈，A、檢測模塊，B、信號通道模塊，C、動態信號分析 處理模塊，Al、力傳感器，A2、速度傳感器，A3、採振點加速度傳感器，Bi、電荷放大器，B2、功 率放大器，Cl、數據採集卡，C2、計算機，A4、激振器，A5、阻抗頭。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述。本實用新型實驗裝置如圖1所示，由導軌6和滑塊7組成的滾動導軌組在本實用 新型裝置中對應施耐博格滾動導軌組MRB65型、MRA55型、MRA45型、MRA35型四種型號。整 體採用對稱式結構，以實驗臺1的對稱中心面為中心左右對稱，包括基座、滾動導軌組、連 接板、導軌夾具裝置、法向加壓裝置、切向加壓裝置、驅動執行模塊七部分組成，其中基座由施耐博格滾動導軌組MRB65型、MRA55型、MRA45型、MRA35型分別對應的可 換調整塊以及實驗臺1組成，可換調整塊在本實驗裝置中對應2為可換調整塊MRB65型、3 為可換調整塊MRA55型、4為可換調整塊MRA45型、5為可換調整塊MRA35型。實驗臺1通過地腳螺栓固定在試驗平臺上，其高度為60mm，一組可換調整塊用四 排沉頭螺釘安裝在實驗臺1上，一面緊靠在實驗臺1上的凹槽加工側面上，保證其平行度， 用來定位可換調整塊；滾動導軌組由導軌6和滑塊7組成，導軌6通過沉頭螺釘與可換調整 塊連接，滑塊7與導軌6配合構成導軌副。可換調整塊為了適應不同導軌副的使用，其對應 試驗臺上的安裝螺紋孔一致，但其對應相應導軌的定位安裝螺紋孔的大小和位置不同。實 驗臺1的結構如圖10、11、12所示，如圖2所示，2為可換調整塊MRB65型；如圖4所示3為 可換調整塊MRA55 ；如圖6所示，4為可換調整塊MRA45型；如圖8所示，5為MRA35型可換 調整塊。連接板根據相應型號的滾動導軌組包括MRB65型連接板8、MRA55型接板9、MRA45 型連接板10、MRA35型連接板11，其分別與滾動導軌組MRB65型、MRA55型、MRA45型、MRA35型對應。滾動導軌組對應的滑塊7通過螺栓與連接板相連，連接板的U型設計，其兩翼一方 面調節實驗裝置的重心與結合面重合，另一方面可以進行切向激振實驗，但必須保證其連 接板剛度的前提下。MRB65型連接板8如圖3所示，MRA55連接板9如圖5所示，MRA45型 連接板10如圖7所示，MRA35型連接板11如圖9所示。導軌夾具裝置由螺栓12、螺母13、橡膠墊14組成，螺栓12與橡膠墊14粘結，導軌 夾具裝置通過螺栓12、螺母13、橡膠墊14在實驗臺1的0型槽的位置共同調節夾具體的作 用中心，使其作用於導軌的重心面，0型槽適用於不同導軌副的結合面連接處。加壓裝置採用對稱的結構形式，使其作用中心線與對稱分布的導軌副的中心線重 合，預留出激振器A4的位置避免幹涉。法向加壓裝置由雙頭螺柱15、加壓螺母16、橡膠圈 17組成，雙頭螺柱15通過連接板連接到實驗臺1上，橡膠圈17穿過雙頭螺柱15與連接板 接觸，加壓螺母16通過雙頭螺柱15加壓於導軌結合面；切向加壓裝置由加壓螺栓18、橡膠圈19組成，加壓螺栓通過連接板的螺紋連接和 橡膠圈19作用於導軌組結合面處；滾動導軌結合面動態特性參數識別系統的驅動執行機構有激振器A4、阻抗頭A5、 連接板和導軌組，激振器(A4)通過激振杆與阻抗頭(A5)連接，阻抗頭則粘貼或吸貼在連接 板的法向中心線的表面處或與導軌結合面水平的連接板側面中心線處，激振器A4通過激 振杆與阻抗頭A5連接，由激振器(A4)產生的激振力作用於連接板上，導軌副結合面將產生 相應的微小位移。滾動導軌結合面動態特性參數識別系統的控制系統如圖13所示，包括檢測模塊 A、信號通道模塊B、動態信號分析處理模塊C，檢測模塊A包括阻抗頭A5的力傳感器Al、加 速度傳感器A2，採振點加速度傳感器A3，採振點加速度傳感器A3以連接板的幾何中心為中 心在連接板和導軌上均勻布置，測試激勵響應的頻響函數，信號通道模塊B包括電荷放大 器Bi、功率放大器B2，動態信號分析處理模塊C包括數據採集卡Cl、計算機C2。動態信號 分析處理模塊產生正弦掃頻信號經功率放大器A2的放大處理，作用到激振器產生正弦激 勵信號，相應的檢測模塊A激勵響應的信號通過電荷放大器Bl的處理送到動態信號分析處 理模塊進行後處理。請參閱圖14所示，該滾動導軌動態特性識別實驗裝置的工作原理如下控制動態信號頻譜分析模塊產生激勵信號，經功率放大器B2調理後，通過激振器 A4作用到主振質量塊上，力傳感器Al測得法向或切向激振力f，連接板上的加速度傳感器 測得位移信號X，導軌上加速度傳感器測得的位移信號1，這些信號經電荷放大器Bl調理 送到動態信號頻譜分析模塊處理。結合部等效為彈簧和阻尼器的單自由度系統動力學模 型，由公式①的動態頻響函數可得該系統的等效剛度Ke和等效阻尼C；
Hx x (w)
H (w) =-,——^^--①式中禮(w)為該裝置的等效單自由度系統的頻響函數；/Zys (W)、Ηχ (w)為導軌副 的相對振動頻響函數、導軌副重心處的頻響函數；m為主振質量；k為調節係數。以上所述僅為本實用新型的一個實例，只針對MRB65型、MRA55型、MRA45型、MRA35 型四種施耐博格滾動導軌組設計其實驗裝置，我們還可對實驗裝置進行一些變換，以應用於其它型號、其它類型的滾動導軌的動態特性識別。只要其動態特性識別裝置的機械結構 設計思想以及整體控制思想同本實用新型所敘述的一致，均應視為本實用新型所包括的範圍。
權利要求1.一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統，包括基座、滾動導軌組、連接板、導軌 夾具裝置、法向加壓裝置、切向加壓裝置、驅動執行模塊七部分組成；其特徵在於動態特 性識別裝置整體為雙導軌連接板對稱式結構，所述的法向加壓裝置以及切向加壓裝置針對 不同預壓力的結合面特性進行法向和切向動態參數的識別；以實驗臺(1)的對稱中心面為中心左右對稱；基座由實驗臺(1)以及與相應滾動導軌 組對應的可換調整塊組成；實驗臺上(1)設有0型孔和對稱的凹槽結構，不同規格的可換調 整塊定位螺紋孔的位置與實驗臺(1)連接的安裝位置一致，每組可換調整塊對稱安裝在試 驗臺(1)上，其定位面緊靠在試驗臺(1)上的凹槽加工側面上，保證其平行度，定位可換調 整塊；所述的滾動導軌組由不同規格的導軌(6)和滑塊(7)組成，導軌(6)定位面一側通過 實驗臺(1)凹槽的加工側面，與可換調整塊連接，滑塊(7)與導軌(6)配合構成導軌副；所述的連接板的兩翼的重心作用面與導軌副結合面同高，連接板法向和切向設有對稱 的中心孔，連接板與滑塊(7)連接；所述的導軌夾具裝置通過調節螺栓(12)、螺母(13)、橡膠墊(14)在實驗臺(1)0型槽 的位置調整夾具的作用中心，使其作用於導軌㈩)的重心面；所述的識別裝置還進一步設有檢測模塊(A)、信號通道模塊(B)、動態信號頻譜分析處 理模塊(C)；其中，檢測模塊(A)包括阻抗頭(AO的力傳感器(Al)、加速度傳感器(A》、採振點加速度傳 感器(Α； )，採振點加速度傳感器(Α； )以連接板的幾何中心為中心在連接板和導軌上均勻 布置，檢測模塊的信號通過電荷放大器(Bi)的處理送到動態信號分析處理模塊；信號通道模塊B包括電荷放大器(Bi)、功率放大器(B2)，動態信號頻譜分析處理模塊 包括數據採集卡(Cl)、計算機(以)；動態信號頻譜分析處理模塊產生純隨機激勵信號和快 速正弦掃頻兩種激勵信號經功率放大器(A2)的放大處理，作用到激振器產生相應的激勵 信號，用於粗掃和精掃；所述的驅動執行模塊，包括激振器(A4)、阻抗頭(AO、連接板和導軌組，激振器(A4)通 過激振杆與阻抗頭(A5)連接，阻抗頭(A5)則粘貼或吸貼在連接板的法向中心線的表面處 或與導軌結合面水平的連接板側面中心線處，由激振器(A4)產生的激振力作用於連接板 上。
2.根據權利要求1所述的一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統，其特徵在於 所述的切向加壓裝置採用對稱的結構，通過連接板的螺紋連接和橡膠圈(19)對導軌組加壓。
專利摘要本實用新型公開了一種滾動導軌結合面動態特性參數識別系統，為雙導軌連接板對稱式結構，法向加壓裝置以及切向加壓裝置避免剛性接觸，實現不同預壓力狀態的法向和切向動態參數的識別；基座由實驗臺以及與相應滾動導軌組對應的可換調整塊組成；實驗臺上設有O型槽或對稱的凹槽結構，不同規格的可換調整塊與實驗臺連接的安裝位置一致，每組可換調整塊對稱安裝在試驗臺上，一側緊靠在試驗臺上的凹槽加工側面上，保證其平行度，定位可換調整塊；實現了一個實驗臺不同預壓力狀態的多導軌、多連接板的單自由度系統設計，完成了法向和切向結合面參數的識別；排除了實驗裝置本身的影響。該數據處理系統使得該實驗系統更加完善。
文檔編號G05B19/401GK201926896SQ20102055129
公開日2011年8月10日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者伍良生, 晁慧泉, 王澤林, 馬建峰, 高枝 申請人:北京工業大學