精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置與方法
2023-06-01 05:42:56
專利名稱：精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置與方法
技術領域：
本發明屬於檢測技術領域，特別是一種精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置與方法。
背景技術：
滾動直線導軌副主要由導軌、滑塊和滾動體組成，在機械傳動中起到運動部件的承載及導向作用。滾動直線導軌副 由於具有定位精度高，摩擦力小，運動平穩，能提高工具機和機械的工作效率，運動精度高等優點，已經成為精密數控設備的關鍵基礎部件之一。滾動直線導軌副精度保持性是指滾動直線導軌副在工作過程中保持原有精度指標的能力。精度指標即指滑塊在導軌上運動時，滑塊與軌道基準面之間的平行度誤差，包括垂直平面內和水平平面內的平行度誤差。它是評價滾動直線導軌副機械性能的一個重要指標，精度的高低直接影響導軌副的使用壽命和工具機的加工精度。滾動直線導軌副的精度保持性主要取決於耐磨性、預緊力和尺寸穩定性。耐磨性與滾動直線導軌的材料匹配、受力、加工精度、潤滑方式和安裝方式等因素有關。精度保持性低的滾動直線導軌副，工具機使用一定時間後，導軌、滑塊及滾動體之間會產生磨損和彈性變形，導致滾動體接觸角改變及滑塊位移，影響工具機的加工精度。針對滾動直線導軌副精度保持性進行試驗與檢測，可以為新產品研發或產品改進提供實際數據依據。目前，國內滾動直線導軌副相關生產廠家已開發了對滾動直線導軌副的精度進行檢測的裝置，但無法對加載條件下的滾動直線導軌副精度保持性進行試驗與檢測。對滾動直線導軌副精度保持性多採用理論計算，非常需要試驗與檢測數據的支撐。從掌握滾動直線導軌副產品精度保持性的具體指標、提高產品使用壽命的競爭力出發，國內相關生產廠家非常需要開發專用的滾動直線導軌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動直線導軌副的精度保持性。通過文獻檢索和資料信息收集，尚未找到對滾動直線導軌副精度保持性進行試驗與檢測的專用裝置。
發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置與方法。實現本發明目的的技術解決方案為一種精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置，包括床身、直線電機定子、滑塊、臺架、加載裝置、導向直線導軌、後防撞器、被測導軌、第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器、轉接板、被測滑塊、動子座、直線電機動子、墊板、前防撞器；
床身的中間設置凹槽，直線電機定子的數量為兩個，該兩個直線電機定子對稱安裝在床身中間的凹槽內，導向直線導軌的數量也為兩個，每個導向直線導軌對應一個直線電機定子並位於直線電機定子的外側，所述兩個導向直線導軌相互平行並與直線電機定子平行，直線電機動子位於直線電機定子之間並與動子座相固連，所述動子座安裝在一組滑塊上，該組滑塊的數量為四個並分別安裝在兩根導向直線導軌上，每根導軌上安裝兩個滑塊，臺架固定在動子座的上方，臺架上設置兩套加載裝置，該兩套加載裝置對稱安裝在臺架的兩側，導向直線導軌的前端和後端分別設置一對前防撞器和後防撞器，每根導軌對應一個前防撞器和一個後防撞器； 床身的兩側檯面上分別固連墊板，每個墊板上設置一根被測導軌，每根被測導軌上安裝一個被測滑塊，每個被測滑塊上固連一個轉接板，每個轉接板上設置兩個雷射位移傳感器，該兩個雷射位移傳感器為第一雷射位移傳感器和第二雷射位移傳感器，其中第一雷射位移傳感器對準被測導軌基準測面，第二雷射位移傳感器對準被測導軌基準底面。一種基於上述精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟
步驟I、確定被測滾動直線導軌副的型號和精度保持性喪失時的平行度誤差邊界值，設定試驗中的直線電機和交流伺服電機的轉速，將被測滾動直線導軌副和對應的墊板安裝在實驗臺上，完成試驗前控制系統與檢測系統的準備工作；
步驟2、工業控制計算機驅動交流伺服電機轉動，從而帶動梯形絲槓轉動，梯形螺母受到導向鍵的限制，不能轉動只能向下移動，壓緊碟簧組將力作用在壓力傳感器上，最終通過加載杆對被測導軌副進行加載，當加載力符合要求時，交流伺服電機停止轉動，梯形絲槓自鎖；數控系統驅動直線電機運動，從而帶動被測導軌副在加載力作用下往復運動；在此過程中第一雷射位移傳感器和第二雷射位移傳感器對被測導軌副的平行度誤差進行動態檢測；當檢測的平行度誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認該被測導軌副已喪失精度保持性；數控系統控制直線電機停轉，該被測導軌副的精度保持性試驗完畢；
步驟3、確定該被測滾動直線導軌副的精度保持性指標，列印試驗結果。本發明與現有技術相比，其顯著優點為1)本發明的裝置能模擬實際工況加載方式，通過更換不同上下加載工裝來改變上下加載工裝接觸斜面角度，實現一個加載源同時實施水平和豎直方向的加載，同時進行載荷和翻轉力矩的模擬；2)本發明的裝置中的加載源選用重載絲槓加載，電機驅動，結構簡單，工作穩定且具有自鎖功能；3)本發明的裝置在精度保持性試驗中實時檢測被測導軌副精度的變化，最終得到其精度保持性指標，操作方便、測試結果可靠且測量過程具有連續性。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖I為滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的總體三維結構簡圖。圖2為滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的加載裝置剖視圖。圖3為滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的控制系統構成圖。
具體實施例方式結合圖1，本發明的一種精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置，包括床身I、直線電機定子2、滑塊3、臺架4、加載裝置5、導向直線導軌6、後防撞器7、被測導軌8、第一雷射位移傳感器9、第二雷射位移傳感器10、轉接板11、被測滑塊12、動子座13、直線電機動子14、墊板15、前防撞器16 ；床身I的中間設置凹槽，直線電機定子2的數量為兩個，該兩個直線電機定子對稱安裝在床身I中間的凹槽內，導向直線導軌6的數量也為兩個，每個導向直線導軌6對應一個直線電機定子2並位於直線電機定子2的外側，所述兩個導向直線導軌6相互平行並與直線電機定子2平行，直線電機動子14位於直線電機定子2之間並與動子座13相固連，所述動子座13安裝在一組滑塊3上，該組滑塊3的數量為四個並分別安裝在兩根導向直線導軌6上，每根導軌上安裝兩個滑塊，臺架4固定在動子座13的上方，臺架4上設置兩套加載裝置5，該兩套加載裝置對稱安裝在臺架4的兩側，導向直線導軌6的前端和後端分別設置一對前防撞器16和後防撞器7，每根導軌對應一個前防撞器和一個後防撞器；
床身I的兩側檯面上分別固連墊板15，每個墊板15上設置一根被測導軌8，每根被測導軌8上安裝一個被測滑塊12，每個被測滑塊12上固連一個轉接板11，每個轉接板11上設置兩個雷射位移傳感器，該兩個雷射位移傳感器為第一雷射位移傳感器9和第二雷射位移傳感器10，其中第一雷射位移傳感器9對準被測導軌基準測面，第二雷射位移傳感器10對準被測導軌基準底面。試驗時，直線電機動子在直線電機定子之間運動，然後通過動子座帶動臺架運動，進而通過加載裝置帶動轉接板移動，並最終帶動轉接板上的第一雷射位移傳感器9和第二雷射位移傳感器10 —起在被測導軌8上移動。結合圖2，所述加載裝置5包括交流伺服電機501、減速器502、固定座503、聯軸器504、固定螺母505、套筒506、推力滾子軸承507、梯形絲槓508、梯形螺母509、連接套510、碟簧組511、圓板512、壓力傳感器513、加載杆514、調整螺釘515、導向端蓋516、導向鍵517、導向筒518 ；
交流伺服電機501與減速器502相連接，該減速器502安裝在固定座503上，所述固定座503安裝在臺架4上，所述交流伺服電機501的輸出軸與減速器502的輸入軸相連，減速器502的輸出軸通過聯軸器504與梯形絲槓508的一端相連,所述梯形絲槓508穿過臺架4的通孔內，該梯形絲槓508與臺架4通孔之間設置一對推力滾子軸承507，其中靠近聯軸器504的推力滾子軸承通過圓螺母505和套筒506定位，臺架4的另一側設置導向筒518，該導向筒518的槽內對稱設置一對導向鍵517，梯形絲槓508的另一端與梯形螺母509相連接，該梯形螺母通過導向鍵517限制轉動，梯形螺母509的另一端設置連接套510，連接套510的另一端設置碟簧組511，所述碟簧組511疊放在圓板512上，所述圓板512與壓力傳感器513相接觸並通過導向鍵517限制轉動，壓力傳感器513安裝在加載杆514上，所述加載杆514通過導向端蓋516導向，並通過導向鍵517限制轉動，所述加載杆514與轉接板11固連，所述導向端蓋516與導向筒518相固連，該導向端蓋516上對稱安裝用於調整加載杆514上下位置的調整螺釘515。所述碟簧組511的碟簧數量優選為十片。結合圖I、圖2和圖3，本發明滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的控制系統由數控系統、直線電機驅動器、直線電機、電動機控制卡、交流伺服電機501和防撞器7及防撞器16的限位開關構成，數控系統輸出信號給直線電機驅動器控制直線電機運動，進而帶動被測導軌副運動，工業控制計算機輸出信號給電動機控制卡控制交流伺服電機501旋轉，進而對被測導軌副進行加載，限位開關在緊急情況下向數控系統發出信號，停止直線電機的運動；本發明滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的檢測系統由工業控制計算機、PCI數據米集卡、壓力傳感器513、第一雷射位移傳感器9和第二雷射位移傳感器10構成,壓力傳感器513主要用於對加載裝置的加載力進行檢測，第一雷射位移傳感器9用來檢測滑塊對導軌側面基準的平行度誤差，第二雷射位移傳感器10用來檢測滑塊對導軌底面基準的平行度誤差。所有測量數據由工業控制計算機上安裝的PCI數據採集卡進行採集。在工業控制計算機和數控系統之間可以通過串口實現數據信息通訊功能。一種基於上述精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟
步驟I、確定被測滾動直線導軌副的型號和精度保持性喪失時的平行度誤差邊界值，設定試驗中的直線電機和交流伺服電機的轉速，將被測滾動直線導軌副和對應的墊板安裝在實驗臺上，完成試驗前控制系統與檢測系統的準備工作；
步驟2、工業控制計算機驅動交流伺服電機轉動，從而帶動梯形絲槓轉動，梯形螺母受到導向鍵的限制，不能轉動只能向下移動，壓緊碟簧組將力作用在壓力傳感器上，最終通過加載杆對被測導軌副進行加載，當加載力符合要求時，交流伺服電機停止轉動，梯形絲槓自鎖；數控系統驅動直線電機運動，從而帶動被測導軌副在加載力作用下往復運動；在此過程中第一雷射位移傳感器和第二雷射位移傳感器對被測導軌副的平行度誤差進行動態檢測；當檢測的平行度誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認該被測導軌副已喪失精度保持性；數控系統控制直線電機停轉，該被測導軌副的精度保持性試驗完畢；
步驟3、確定該被測滾動直線導軌副的精度保持性指標，列印試驗結果。本發明的裝置可對滾動直線導軌副精度保持性進行試驗與檢測，操作與檢測方便，檢測結果可靠。
權利要求
1.一種精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置，其特徵在於，包括床身[I]、直線電機定子[2]、滑塊[3]、臺架[4]、加載裝置[5]、導向直線導軌[6]、後防撞器[7]、被測導軌[8]、第一雷射位移傳感器[9]、第二雷射位移傳感器[10]、轉接板[11]、被測滑塊[12]、動子座[13]、直線電機動子[14]、墊板[15]、前防撞器[16]； 床身[I]的中間設置凹槽，直線電機定子[2]的數量為兩個，該兩個直線電機定子對稱安裝在床身[I]中間的凹槽內，導向直線導軌[6]的數量也為兩個，每個導向直線導軌[6]對應一個直線電機定子[2]並位於直線電機定子[2]的外側，所述兩個導向直線導軌[6]相互平行並與直線電機定子[2]平行，直線電機動子[14]位於直線電機定子[2]之間並與動子座[13]相固連，所述動子座[13]安裝在一組滑塊[3]上，該組滑塊[3]的數量為四個並分別安裝在兩根導向直線導軌[6]上，每根導軌上安裝兩個滑塊，臺架[4]固定在動子座[13]的上方，臺架[4]上設置兩套加載裝置[5]，該兩套加載裝置對稱安裝在臺架[4]的兩偵牝導向直線導軌[6]的前端和後端分別設置一對前防撞器[16]和後防撞器[7]，每根導軌對應一個前防撞器和一個後防撞器； 床身[I]的兩側檯面上分別固連墊板[15]，每個墊板[15]上設置一根被測導軌[8],每根被測導軌[8]上安裝一個被測滑塊[12]，每個被測滑塊[12]上固連一個轉接板[11]，每個轉接板[11]上設置兩個雷射位移傳感器，該兩個雷射位移傳感器為第一雷射位移傳感器[9]和第二雷射位移傳感器[10]，其中第一雷射位移傳感器[9]對準被測導軌基準測面，第二雷射位移傳感器[10]對準被測導軌基準底面。
2.根據權利要求I所述的精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置，其特徵在於，所述加載裝置[5]包括交流伺服電機[501]、減速器[502]、固定座[503]、聯軸器[504]、固定螺母[505]、套筒[506]、推力滾子軸承[507]、梯形絲槓[508]、梯形螺母[509]、連接套[510]、碟簧組[511]、圓板[512]、壓力傳感器[513]、加載杆[514]、調整螺釘[515]、導向端蓋[516]、導向鍵[517]、導向筒[518]； 交流伺服電機[501]與減速器[502]相連接，該減速器[502]安裝在固定座[503]上，所述固定座[503]安裝在臺架[4]上，所述交流伺服電機[501]的輸出軸與減速器[502]的輸入軸相連，減速器[502]的輸出軸通過聯軸器[504]與梯形絲槓[508]的一端相連，所述梯形絲槓[508]穿過臺架[4]的通孔內，該梯形絲槓[508]與臺架[4]通孔之間設置一對推力滾子軸承[507]，其中靠近聯軸器[504]的推力滾子軸承通過圓螺母[505]和套筒[506]定位，臺架[4]的另一側設置導向筒[518]，該導向筒[518]的槽內對稱設置一對導向鍵[517]，梯形絲槓[508]的另一端與梯形螺母[509]相連接，該梯形螺母通過導向鍵[517]限制轉動，梯形螺母[509]的另一端設置連接套[510]，連接套[510]的另一端設置碟簧組[511]，所述碟簧組[511]疊放在圓板[512]上，所述圓板[512]與壓力傳感器[513]相接觸並通過導向鍵[517]限制轉動，壓力傳感器[513]安裝在加載杆[514]上，所述加載杆[514]通過導向端蓋[516]導向，並通過導向鍵[517]限制轉動，所述加載杆[514]與轉接板[11]固連，所述導向端蓋[516]與導向筒[518]相固連，該導向端蓋[516]上對稱安裝用於調整加載杆[514]上下位置的調整螺釘[515]。
3.根據權利要求2所述的精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置，其特徵在於，碟簧組[511]的碟簧數量為十片。
4.一種基於權利要求I所述精密滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置的試驗方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟I、確定被測滾動直線導軌副的型號和精度保持性喪失時的平行度誤差邊界值，設定試驗中的直線電機和交流伺服電機的轉速，將被測滾動直線導軌副和對應的墊板安裝在實驗臺上，完成試驗前控制系統與檢測系統的準備工作； 步驟2、工業控制計算機驅動交流伺服電機轉動，從而帶動梯形絲槓轉動，梯形螺母受到導向鍵的限制，不能轉動只能向下移動，壓緊碟簧組將力作用在壓力傳感器上，最終通過加載杆對被測導軌副進行加載，當加載力符合要求時，交流伺服電機停止轉動，梯形絲槓自鎖；數控系統驅動直線電機運動，從而帶動被測導軌副在加載力作用下往復運動；在此過程中第一雷射位移傳感器和第二雷射位移傳感器對被測導軌副的平行度誤差進行動態檢測；當檢測的平行度誤差超出其精度保持性喪失的邊界值時，確認該被測導軌副已喪失精度保持性；數控系統控制直線電機停轉，該被測導軌副的精度保持性試驗完畢； 步驟3、確定該被測滾動直線導軌副的精度保持性指標，列印試驗結果。
全文摘要
本發明公開了一種滾動直線導軌副精度保持性試驗裝置與方法，所述裝置的床身中間的凹槽內對稱安裝兩個直線電機定子，每個直線電機定子的外側安裝一個導向直線導軌，直線電機動子位於直線電機定子之間並與動子座相固連，所述動子座安裝在一組滑塊上，該組滑塊的數量為四個並分別安裝在兩根導向直線導軌上，臺架固定在動子座的上方，臺架上設置兩套加載裝置；床身的兩側檯面上分別固連墊板,每個墊板上設置一根被測導軌,每根被測導軌上安裝一個被測滑塊,每個被測滑塊上固連一個轉接板，每個轉接板上設置兩個雷射位移傳感器；本發明的裝置可對滾動直線導軌副精度保持性進行試驗與檢測，操作與檢測方便，檢測結果可靠。
文檔編號G01M13/02GK102620934SQ20121010464
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者馮虎田, 孫震, 李春梅, 歐屹, 王禹林, 鍾洋, 陶衛軍, 韓軍 申請人:南京理工大學