CN101660957A - 滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置及其检测方法 - Google Patents

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CN101660957A
CN101660957A CN200910183463A CN200910183463A CN101660957A CN 101660957 A CN101660957 A CN 101660957A CN 200910183463 A CN200910183463 A CN 200910183463A CN 200910183463 A CN200910183463 A CN 200910183463A CN 101660957 A CN101660957 A CN 101660957A
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CN
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friction force
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CN200910183463A
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English (en)
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张合
李春梅
冯虎田
韩军
殷爱华
陶卫军
欧屹
赵江杰
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Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials

Abstract

本发明公开了一种滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置及其检测方法,该装置包括床身、伺服电机、工作台、母丝杆、滚动直线导轨、滑块、S型拉力传感器、正向限位开关、反向限位开关、运动控制卡、控制面板等;基于上述装置的检测方法,首先进行参数设置,接着对被测导轨副进行加载跑合,之后对摩擦力进行动态测量并对测量数据进行分析,最后对测试数据和结果进行保存及打印,给出合格性判定,结束测量过程。本发明的方法可将动态测量数据的分布情况通过计算机实时显示出来,并计算其最大值、最小值和均值,与相应产品的设计标准进行比对,判断其是否合格,相比现在采用的静态检测方法而言,具有高效率、高稳定性和高可靠性的优点。

Description

滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于摩擦力动态检测技术领域,特别是一种滚动直线导轨副摩擦力动态检测 装置及其检测方法。 背景技术
滚动直线导轨副一般由导轨、滑块、反向器、滚动体和保持器组成,它是一种新型 的作相对往复直线运动的滚动支承,能以滑块和导轨间的钢球滚动来代替直接的滑动接 触,并且滚动体可以借助反向器在滚道和滑块内实现无限循环。滚动直线导轨副具有摩 擦系数小、运行精度高、无爬行、耐磨损、刚度高、热变形小等优点,被广泛用作高精 度数控机床和加工中心的导向部件。而其摩擦力直接反映导轨副的使用寿命、承载能力 及运动精度等。因为:(l)摩擦发热引起导轨副润滑状况的恶化;(2)摩擦发热引起沟槽 半径的增加,致使接触状态的改变;(3)摩擦引起磨损导致钢球表面以及沟槽表面的疲劳 破坏,影响使用寿命。
滚动直线导轨副的摩擦力测量是滚动直线导轨副检测的一个重要环节,它能直接反 映导轨副的加工装配状况,有助于其工艺分析。相比于静态测量,动态测量具有测量精 度高、重复性好、效率高、检测自动化程度高等特点,已成为滚动直线导轨副摩擦力测 量的发展趋势。
目前滚动直线导轨副的摩擦力动态测量主要由专门制造的测量设备来完成。测量原
理一般采用间接比较法,即通过驱动设备拖动导轨副滑块匀速运行,由牛顿经典力学定
律,可以知道驱动力F等于导轨副的动摩擦力。由安装在导轨副滑块上的力传感器采集
数据,处理转换后得到导轨副的动态摩擦力。
世界上著名的滚动直线导轨副生产厂家如日本的NSK、 TSK公司、瑞典的SKF公司
等均有先进的滚动直线导轨副摩擦力专业检测设备,为其产品质量提供检测保证。但是
由于技术封锁,无法获得详细材料。在国内,对滚动直线导轨副摩擦力的动态检测也取
得了不少发展。陶正苏、印向红、蔡小峰在文章《一种直线滚动导轨综合测试仪的研制》
中公开了一种滚动直线导轨综合测试仪,该测量仪使用钢丝绳牵引滑块运动来对滚动直
线导轨摩擦力进行检测,但该测试仪中钢丝绳本身具有的弹性会导致测力不准确。熊军
在《滚动直线导轨副摩擦力及运动精度动态综合检测原理及方法研究》 一文中公开了滚动直线导轨副精度及摩擦力动态综合测试装置。该测试装置中没有考虑加载力,丝杠用 步进电机驱动,工作原理是控制滑块匀速运动,由于摩擦力的存在,速度会有波动,而 步进电机没有反馈控制,不能实现匀速控制,因此该测试装置测得的摩擦力不会很精确。 尹学军、刘经燕在文章《HTSD直线滚动导轨副动态摩擦力实验研究》中公开了一种对滚 动导轨副摩擦力的研究方法,该方法是将导轨固定在铣床工作台上,工作台以一定的速 度带动导轨匀速运动,滑块、力传感器、夹具和铣床主轴保持不动。采用导轨运动的方 式,会限制被测导轨的长度,所以应用时有一定的局限性。 发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种能够进行实时动态检测滚动直线导轨副动
态摩擦力的检测装置及其检测方法。
实现本发明目的的技术解决方案为: 一种滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,包
括床身、伺服电机、工作台、母丝杆、滚动直线导轨、滑块、S型拉力传感器、正向限
位开关、反向限位开关、运动控制卡、控制面板、打印机、工控机、数据采集卡、称重
传感器;伺服电机和滚动直线导轨固定在床身上,滚动直线导轨为两根平行的直线导轨,
正向限位开关和反向限位开关分别位于滚动直线导轨每根导轨的两端并固定在床身上;
滑块可以在滚动直线导轨上自由滑动,每根直线导轨上都设置滑块,工作台的中部固定
在与母丝杆配合的螺母上,称重传感器设置在工作台和滑块之间,并把两者连接起来,
S型拉力传感器的一端与工作台的侧面固连,S型拉力传感器的另一端与滑块相连;上
述传感器和限位开关的输出端连接数据采集卡,数据采集卡与工控机的第一数据端相连
接,将采集的传感器信号送给工控机处理,工控机的第二数据端与记录仪相连接,完成
打印记录的功能,工控机的第三数据端连接运动控制卡的输入端,将运动的速度和方向
控制信号传输给运动控制卡,工控机的第四数据端连接控制面板的串口端,完成状态信
号和操作指令的交互功能;运动控制卡的输出端与伺服电机相连接,将接收到的控制信
号传输给伺服电机,从而控制伺服电机的运转。
一种滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置的检测方法,包括以下步骤:
步骤l:在工控机上设置被测导轨副参数,参数包括:导轨副编号、预加载荷、导 轨长度、导轨精度等级、导轨滑块结构形式、测量速度、摩擦力测量值变动范围;
步骤2:对被测导轨副进行加载跑合,从而改善导轨副表面加工形貌,使滑块与导轨之间的配合达到稳定,最终使导轨副进入稳定的工作运转状态; 步骤3:对摩擦力进行动态测量;
步骤4:对步骤3中的测量数据进行分析并保存分析结果;
步骤5:对测试数据和结果进行保存及打印,给出合格性判定,结束测量过程。 本发明与现有技术相比,其显著优点:1)本发明的方法可将动态测量数据的分布
情况通过计算机实时显示出来,并计算其最大值、最小值和均值,与相应产品的设计标
准进行比对,判断其是否合格,相比现在采用的静态检测方法而言,具有高效率、高稳
定性和高可靠性的优点;2)由于所采用S型拉力传感器可承受拉、压力,输出对称性
好,精度高、结构紧凑;该检测方法可实现滚珠直线导轨副动态摩擦力的高精度检测,
基于此方法进行的基础实验证明,该检测方法能满足生产企业的检测要求;3)本发明
滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置结构简单,便于加工生产,检测的数据值精确可靠,
具有很好的市场前景。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置结构示意图。
图2为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置的测试原理图。
图3为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置的传感器连接主视图。
图4为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置的传感器连接左视图。
图5为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测方法流程图。
图6为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测方法中加载跑合流程图。
图7为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测方法中动态测量流程图。
图8为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测方法中数据分析流程图。
图9为本发明实施例中内导轨测量值一均值偏差图。
图IO为本发明实施例中外导轨测量值一均值偏差图。
图11为本发明实施例中内导轨频谱分析图。
图12为本发明实施例中外导轨频谱分析图。
附图中的标号及其代表的器件名称:1-伺服电机,2-工作台,3-母丝杆,4-滚动 直线导轨,5—滑块,6—S-型拉力传感器,7—反向限位开关,8—正向限位开关,9运动控制卡,10-控制面板,11-记录仪,12-工控机,13-数据采集卡,14-称重传感器,
15—连杆,16—垫块。 具体实施方式
结合图1、图2,本发明的滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置包括床身、伺服电 机l、工作台2、母丝杆3、滚动直线导轨4、滑块5、 S型拉力传感器6、正向限位开 关7、反向限位开关8、运动控制卡9、控制面板IO、打印机ll、工控机12、数据采集 卡13、称重传感器14、连杆15、垫块16;床身是整体铸铁件,伺服电机l和滚动直线 导轨4固定在床身上,滚动直线导轨4为两根平行的直线导轨,正向限位开关7和反向 限位开关8分别位于滚动直线导轨4每根导轨的两端并固定在床身上;滑块5可以在滚 动直线导轨4上自由滑动,每根直线导轨上设置两个滑块,共四个滑块,工作台2的中 部固定在与母丝杆3配合的螺母上;结合图3、图4,称重传感器14设置在工作台2和 滑块5之间,并把两者连接起来,S型拉力传感器6的一端通过螺栓与工作台2的侧面 相连接,S型拉力传感器6的另一端通过连杆15和垫块16与滑块5相连,称重传感器 14与S型拉力传感器6的数量各为四个;
上述传感器和限位开关的输出端连接数据采集卡13,数据采集卡13与工控机12 的第一数据端a相连接,将采集的传感器信号送给工控机12处理,工控机12的第二数 据端b与记录仪11相连接,完成打印记录的功能,工控机12的第三数据端c连接运动 控制卡9的输入端e,将运动的速度和方向控制信号传输给运动控制卡9,工控机12的 第四数据端d连接控制面板10的串口端i,完成状态信号和操作指令的交互功能;运动 控制卡9的输出端f与伺服电机相连接,将接收到的控制信号传输给伺服电机,从而控 制伺服电机1的运转。
导轨4固定在床身上,工作台2安装在与母丝杆3配合的螺母上;工控机12通过 运动控制卡9控制伺服电机1驱动母丝杠3旋转,使与母丝杆3配合的螺母带动工作台 2沿导轨4做正向运动,工作台2通过S型拉力传感器6带动被测导轨副滑块5做匀速 运动;运动到导轨某一侧尽头时,数据采集卡采集到限位开关7或8的信号,传送给工 控机12,工控机12通过运动控制卡9控制伺服电机1反转,带动工作台2沿导轨4做 反向运动。数据采集卡在此过程中还不断采集S型拉力传感器所获取的摩擦力信号,并 传送给计算机系统进行数据处理。一种滚动直线导轨副动态摩擦力的检测方法,首先进行采样前的准备工作,对检测 装置的初始参数进行设置,确定待测直线导轨的基本参数。在进行摩擦力测量之前,先 对直线导轨副进行加载跑合测试,使直线导轨副动态性能处于平稳状态,保证测试状态 的稳定性。测量时伺服电机1驱动母丝杠3旋转带动工作台2沿导轨4做轴向运动,由 工作台2通过S型拉力传感器6带动被测导轨副滑块5做匀速运动。则S型拉力传感器 6所受力等于滑块5在匀速运动时所受的摩擦力。数据采集卡13以一定采样频率采集S 型拉力传感器6带动滑块5运动时所得信号,传送给工控机12。工控机12分析处理采 集的信号,从而计算出滑块5沿导轨4运动时所受摩擦力数据。由于实际应用中滚动直 线导轨副工作部分主要在导轨副中段,同时测量刚开始时伺服电机未处于稳定运行状 态,会影响到系统的稳定性,因此应对测量数据进行筛选。将测量曲线开头和结尾部分 删除,只取导轨副中间工作段的测量数据进行分析。所选数据的分布情况通过工控机实 时显示出来,并计算其最大值、最小值和均值,与相应产品的设计标准进行比对,判断 其是否合格。同时还可以对采集数据进行相应的频谱分析。结合图5,具体包括以下步 骤:
步骤l:设置被测导轨副参数,参数包括:导轨副编号、预加载荷、导轨长度、导 轨精度等级、导轨滑块结构形式、测量速度、摩擦力测量值变动范围;
步骤2:对被测导轨副进行加载跑合测试,设置跑合速度,使直线导轨副动态性能
处于平稳状态,保证测试状态的稳定性。加载跑合是模拟滚动直线导轨副在加负载情况
下的工作情况, 一般跑合30分钟以上后再对直线导轨副进行动态摩擦力测量。通过跑
合可改善导轨副表面加工形貌,滑块与导轨之间的配合达到稳定,导轨副进入稳定的工
作运转状态,这样测得的数据可更接近实际工况下的数据。
在加载跑合时,在滚动直线导轨4的滑块5上预加一定的载荷,由称重传感器14
测量负载力大小并记录,设置跑合方向、跑合次数及电机转数;根据设置的跑合速度判
断系统应该设置为普通模式还是减速模式;然后按照设定的参数启动跑合。工控机12
和采用单片机为核心的操作控制面板10均可以控制伺服电机1的运行,工控机12与控
制面板10间采用串口通讯,实现控制信号的传输。运动控制卡9接受到工控机12或控
制面板10的运动指令,即通过控制交流伺服电机1驱动母丝杆3带动工作台2 (螺母)
移动。工作台2通过S型拉力传感器6拉动滑块5沿直线导轨4运动,由正向限位开关8判断正向运动是否完成,如果完成,则反向运动,再由反向限位开关7判断反向运动 是否完成,如果完成,则判断是否达到跑和次数,完成则转入停止跑合,未完成则继续 重复跑合过程。结合图6,具体步骤为:
2.1、 在工作台上施加负载,由称重传感器14测量负载力大小并记录;
2.2、 输入运动参数,包括:跑合初始方向、跑合次数及电机转速,电机转速为50rpm 到2000rpm;
2.3、 判断设置的跑合时的电机转速,如果不大于400rpm,则进入普通运行模式; 如果电机转速大于400rpm且小于等于2000rpm,则进入减速运行模式;如果电机转速 大于2000rpm,则电机转速越界,返回步骤2.2重新设置;
2.4、 根据2.3的判断结果,在普通运行模式中,按照设定的参数进行启动跑合;由数 据采集卡13不断检测正向限位开关8的信号,无信号则继续运动,有信号则正向运动 已经完成,转为反向运动;由数据采集卡13不断检测反向限位开关7的信号,无信号 则继续运动,有信号则反向运动已经完成;然后判断是否达到跑和次数,达到跑合次数 则转入步骤2.5;未达到跑合次数则继续执行本步骤。在减速运行模式中,按照设定的 参数进行启动跑合;使用断点减速函数运动到设定的运动速度;由数据采集卡13不断检 测正向限位开关8的信号,无信号则继续运动,有信号则正向运动已经完成,转为反向 运动;使用断点减速函数运动到设定的运动速度;由数据采集卡13不断检测反向限位 开关7的信号,无信号则继续运动,有信号则反向运动已经完成;然后判断是否达到跑 和次数,达到跑合次数则转入步骤2.5;未达到跑合次数则继续执行本步骤。
2.5、 停止跑合:到达设定的跑合次数自动停止电机运动,或有特殊情况触发停止按 钮停止电机运动。
步骤3:对摩擦力进行动态测量;首先输入导轨副参数:包括预加载荷、导轨长度、 导轨精度等级、测量速度、摩擦力测量值变动范围;判断是否处于测量起点,如不在测 量起点,则工控机12向运动控制卡9发出信号驱动伺服电机1带动工作台2运动到测 量起点;运动控制卡9接受到工控机12或控制面板10的运动指令,即通过控制交流伺 服电机1驱动母丝杆3带动工作台2 (螺母)移动。工作台2通过S型拉力传感器6拉 动滑块5沿直线导轨4匀速运动,此时拉力传感器6采集的就是实时的滚动直线导轨副 的动态摩擦力信号,经滤波处理后送到多功能数据采集卡13,在工控机12的显示器上实时显示摩擦力动态测量曲线。当工作台2完成一次标准测量,触发正向限位开关8, 然后向工控机12发出信号,停止数据采集及伺服电机1的运行。测量数据存入在线数 据文件,最后工控机12对采集到的数据进行分析处理,判断导轨副的合格与否,并由 记录仪11打印测试报告,将测量数据存入数据库。数据文件可以在线显示并对数据进 行筛选与分析,测量数据存入数据库,以备后期浏览查询;正向测量完毕,判断是否进 行反向测量,是则进行反向测量,否则结束该步骤。结合图7,具体为:
3.1、导轨副参数输入:包括预加载荷、导轨长度、导轨精度等级、测量速度、摩擦 力测量值变动范围参数输入;
3.2、判断是否处于测量起点,如不在测量起点,则工控机12向运动控制卡9发出 信号驱动伺服电机1带动工作台2运动到测量起点;
3.3、 开始数据采集,利用数据采集卡13采集数据;
3.4、 在工控机12上实时绘制测量曲线;
3.5、 停止测量:完成一次测量后到对应的限位开关处自动停止,或者人工中止测量;
3.6、 将数据存入在线数据文件;
3.7、 将上述数据文件在计算机上实时显示并对数据进行筛选与分析,将测量曲线开 头和结尾部分删除,只取导轨副中间工作段的测量数据进行分析;由于实际应用中滚动
直线导轨副的头部和尾部主要用于安装定位,工作部分主要在导轨副中段,同时测量刚 开始时伺服电机未处于稳定运行状态,会影响到系统的稳定性,因此应对测量数据进行 筛选。将测量曲线开头和结尾部分删除,只取导轨副中间工作段的测量数据进行分析,
这样比较合理,也符合实际使用需要;对测量数据进行分析时具体为:计算测量数据的 峰值、均值、均方差,然后在工控机显示器上显示步计算结果。
3.8、 将筛选过的数据存入数据库,以备后期浏览査询;
3.9、 打印输出报表;
3.10、正向测量完毕,判断是否进行反向测量,是则转入步骤3.2,否则结束。 步骤4:对步骤3中的测量数据进行分析并保存分析结果;结合图8,具体为:
4.1、 从数据库中读取测量数据;
4.2、 计算测量数据的峰值、均值;
4.3、 在工控机12显示器上显示步骤4.2的计算结果;
114.4、 利用快速傅立叶变换(FFT)算法对步骤4.1中的数据进行频谱分析;
4.5、 在工控机12显示器显示频谱分析图;
4.6、 保存分析结果。
步骤5:对测试数据和结果进行保存及打印,给出合格性判定,结束测量过程。 主程序中的数据管理模块主要对测量数据及分析结果的记录保存、提供测量历史数 据的査询(可以选择按型号査询,按编号査询,按时间査询)、删除及打印输出等。它 综合测量信息数据库,负责存储测量导轨副的各种结构参数、测量时间、条件及测量结 果;人员数据库,存储送检人、检验人及审定人;标准数据库,存储各类型导轨副的测 量标准;型号数据库,存贮各系列导轨副型号。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述:
表1为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置硬件总体配置表。
表1
<table>table see original document page 12</column></row> <table>
表2为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置中S型拉力传感器的技术参数。
表2
<table>table see original document page 12</column></row> <table>灵敏度 2.0mV/V
蠕变 ±0.02〜±0.03 %F'S/30min
零点输出 ±1%F-S
零点温度影响 ±0.02〜±0.03%F'S/10°C
输出温度影响 ±0.02〜±0.03%F-S/10°C
工作温度 -20°C〜+65°C
输入阻抗 380±10Q
输出阻抗 350±3Q
绝缘电阻 〉5000MQ
安全过载 150% F-S
供桥电压 建议10VDC
材质 合金钢或不锈钢
表3为本发明滚动直线导轨副动态摩擦力检测装置中称重传感器技术参数表。
表3
量程 0.3, 0.5, 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100t
灵敏度 1.5mV/V或0〜5V, 1〜5V, 0〜10mA, 4〜20mA
非线性 0.05 o%F • S
滞后 0.05 %F • S
不重复性 0.05%F • S
0.003 %F • S/°C
工作温度 -20°C〜+80°C
零位输出 《2 %F•S
激励电压 IOV(DC)或12V,15V,24V (DC)
安全过载 150% F-S
采用本发明中提出的方法对某厂家生产的HJG-D系列DA35AL型滚动直线导轨副 进行摩擦力动态测量过程如下:
步骤l:对被测导轨副参数进行设置,参数包括:导轨副编号S006-08-02-14A、预 加载荷^2级、导轨长度3000mrn、导轨精度等级3级、导轨滑块结构形式为加长型双 滑块、摩擦力测量值变动范围为14N± 25%。
步骤2:对被测导轨副进行加载跑合;
在直线导轨4的滑块5上预加一定的载荷,由称重传感器14测量负载力大小为3300N并记录,设置跑合方向为正向、跑合次数为200次及跑合转速为2000rpm,对滚 动直线导轨副高速加载跑合。
步骤3:对摩擦力进行动态测量;
选用单根测量模式,测量方向为正向(自左向右),领懂转速为100rpm。测量数据 由安装到滚动直线导轨副4两个滑块5上的S型拉力传感器6釆集。由于实际应用中滚 动直线导轨副的头部和尾部主要用于安装定位,工作部分主要在导轨副中段,同时测量 刚开始时伺服电机未处于稳定运行状态,会影响到系统的稳定性,因此应对测量数据进 行筛选。将测量曲线开头和结尾部分删除,只选取导轨副中间工作段的测量数据。
步骤4:对步骤3中的测量数据进行分析;
如果得到的摩擦力动态测量曲线变化平稳,各项统计计算值在标准范围之内,说明
滚动直线导轨副的加工装配情况良好,接触表面粗糙度合适,满足对摩擦力的要求。如
峰值、均值过大,可能是导轨表面有凸点、导轨与滑块之间预紧力过大或接触槽中混入
杂质等;过小可能是滑块与导轨连接过松、预紧力太小;测量曲线起伏很大可能是由导
轨表面粗糙度过大、有磨损造成的。对有问题的滚动直线导轨副应返工,打磨导轨表面,
消除凸点或重新装配,再进行测量检验。
测量曲线允许的波动范围为±25%。由图9、图IO可以看出两组测量值基本都在均
值附近浮动,变化较稳定,没超过允许波动范围。内外导轨的其滑块在测量时受拉力, 最大/小值与均值偏差见表4 (如下表)。
导轨 均值 (N) 最大值 (N) 最大值 波动 最小值 (N) 最小值 波动 合格 判定
内 12. 25 15. 28 24. 73% 10. 17 16. 98% 合格
外 12.41 15. 03 21, 11% 9. 85 20.63% 步骤5:对测量数据及分析结果的记录保存、提供测量历史数据的査询、删除及打 印输出等。进行査询的时候可以选择按型号査询,按编号査询,按时间査询。
两组测量值均在要求指标范围之内。摩擦力曲线波动较小,两组测量均值接近,测 量结果较理想。说明导轨副的加工及装配情况较好,满足测量标准。
对两组数据进行频谱分析,结果见附图ll、附图12:
由图可看出,两组测量值中幅值比较大的部分集中在0-2Hz之间。根据滚动直线导轨副的机构分析可知,导轨副的钢球进出滚道的频率为:
2x60xZ)
式中:
v—导轨副滑块移动速度(m/min),即工作台移动速度 D—导轨副钢球直径(mm)
/一钢球通过频率(Hz)(即单位时间内通过的钢球数) 工作台移动速度:
v-"xpxz' (2)
其中n为交流伺服电机转速,p为与电机相连滚珠丝杠导程,i为减速比。测量转速 为100rpm,滚珠丝杠导程为20mm,减速比i为1/2,经计算可得工作台的移动速度为 lm/min。 DA35AL滚动直线导轨副的钢球直径为5.25mm。将值代入式(1)中,计算可
得/为1.59Hz,与图11及图12中出现峰值的1.5Hz左右处接近。考虑到滚道中钢球
之间有间隙,相邻两钢球球心之间实际距离大于D等因素,所以测量值小于理论计算值。
由图可以看出滚动直线导轨副钢球周期性进出滚道对摩擦力的波动影响较大。可考 虑对导轨副滚道进行优化设计,选择合理的反向器回珠曲线及回珠曲率半径以降低钢球 进出滚道时的冲击,降低摩擦力波动情况。
两组曲线在1.6Hz附近还有一个波峰。这与测量系统交流伺服电机的转动频率 (100/60 = 1. 67Hz)比较接近,应该是伺服电机的周期性转动影响到测量系统所造成的。 可考虑加装减震缓冲材料已降低伺服电机运行对系统的影响。
而在频谱图开头段及3Hz附近及以后出现的峰值则可能是由导轨副钢球的自旋以 及之间相互的滑动摩擦、滚道表面的波纹度、测量系统的机械震动、滚动直线导轨副及 测量系统加工装配误差等因素造成的。
通过上面的具体实施例子,采用本发明中的方法及其装置实现了对HJG-D系列滚 珠直线导轨副摩擦力的动态检测。
15

Claims (10)

1、一种滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,其特征在于,包括床身、伺服电机[1]、工作台[2]、母丝杆[3]、滚动直线导轨[4]、滑块[5]、S型拉力传感器[6]、正向限位开关[7]、反向限位开关[8]、运动控制卡[9]、控制面板[10]、打印机[11]、工控机[12]、数据采集卡[13]、称重传感器[14];伺服电机[1]和滚动直线导轨[4]固定在床身上,滚动直线导轨[4]为两根平行的直线导轨,正向限位开关[7]和反向限位开关[8]分别位于滚动直线导轨[4]每根导轨的两端并固定在床身上;滑块[5]可以在滚动直线导轨[4]上自由滑动,每根直线导轨上都设置滑块,工作台[2]的中部固定在与母丝杆[3]配合的螺母上,称重传感器[14]设置在工作台[2]和滑块[5]之间,并把两者连接起来,S型拉力传感器[6]的一端与工作台[2]的侧面固连,S型拉力传感器[6]的另一端与滑块[5]相连;上述传感器和限位开关的输出端连接数据采集卡[13],数据采集卡[13]与工控机[12]的第一数据端[a]相连接,将采集的传感器信号送给工控机[12]处理,工控机[12]的第二数据端[b]与记录仪[11]相连接,完成打印记录的功能,工控机[12]的第三数据端[c]连接运动控制卡[9]的输入端[e],将运动的速度和方向控制信号传输给运动控制卡[9],工控机[12]的第四数据端[d]连接控制面板[10]的串口端[i],完成状态信号和操作指令的交互功能;运动控制卡[9]的输出端[f]与伺服电机相连接,将接收到的控制信号传输给伺服电机,从而控制伺服电机[1]的运转。
2、 根据权利要求1所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,其特征在于,每 根直线导轨上设置两个滑块,直线导轨[4]上共四个滑块。
3、 根据权利要求1或2所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,其特征在于, S型拉力传感器[6]的另一端通过连杆[15]和垫块[16]与滑块[5]相连。
4、 根据权利要求l或2所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,其特征在于, 称重传感器[14]与S型拉力传感器[6]的数量各为四个。
5、 根据权利要求3所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置,其特征在于,称 重传感對14]与S型拉力传感器[6]的数量各为四个。
6、 一种基于权利要求1所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测装置的检测方法, 其特征在于,包括以下步骤:步骤l:在工控机[12]上设置被测导轨副参数,参数包括:导轨副编号、预加载荷、 导轨长度、导轨精度等级、导轨滑块结构形式、测量速度、摩擦力测量值变动范围;步骤2:对被测导轨副进行加载跑合,从而改善导轨副表面加工形貌,使滑块与导 轨之间的配合达到稳定,最终使导轨副进入稳定的工作运转状态; 步骤3:对摩擦力进行动态测量;步骤4:对步骤3中的测量数据进行分析并保存分析结果;步骤5:对测试数据和结果进行保存及打印,给出合格性判定,结束测量过程。
7、 根据权利要求6所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测方法,其特征在于,步 骤2对被测导轨副进行加载跑合时包括以下步骤:步骤2.1、对滚动直线导轨副施加负载,由称重传感器[14]测量负载力大小并记录; 步骤2.2、设置跑合参数,设置的参数为:跑合初始方向、跑合次数及电机转数,跑合电机转数为50转到2000转;步骤2.3、判断设置的跑合时的电机转速,如果不大于400rpm,则进入普通运行模式;如果电机转速大于400rpm且小于等于2000rpm,则进入减速运行模式;如果电机转速大于2000rpm,则电机转速越界,返回步骤2.2重新设置;步骤2.4、在普通跑合模式和减速模式中,分别按照设定的参数进行跑合;由正向限位开关判断正向运动是否完成,如果完成,则反向运动,再由反向限位开关判断反向运动是否完成,如果完成,则判断是否达到跑和次数,完成则转入步骤2.5,未完成则再次执行本步骤;步骤2.5、停止跑合:到达设定的跑合次数自动停止或触发停止跑合开关停止电机 运动。
8、 根据权利要求6所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测方法,其特征在于,步 骤3对摩擦力进行动态测量时包括以下步骤:步骤3.1、导轨副参数输入:包括预加载荷、导轨长度、导轨精度等级、测量速度、摩擦力测量值变动范围参数输入;步骤3.2、判断是否处于测量起点,如不在测量起点,则工控机[12]向运动控制卡[9] 发出信号驱动伺服电机[1]带动工作台[2]运动到测量起点; 步骤3.3、开始数据采集,利用数据采集卡[13]采集数据; 步骤3.4、在工控机[12]上实时绘制测量曲线;步骤3.5、停止测量:完成一次测量后到对应的限位开关处自动停止,或者人工中止测量;步骤3.6、将数据存入在线数据文件;步骤3.7、将上述数据文件在工控机[12]上实时显示并对数据进行筛选与分析,将测 量曲线开头和结尾部分删除,只取导轨副中间工作段的测量数据进行分析; 步骤3.8、将筛选过的数据存入数据库,以备后期浏览查询; 步骤3.9、打印输出报表;步骤3.10、正向测量完毕,判断是否进行反向测量,是则转入步骤3.2,否则结束。
9、 根据权利要求8所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测方法,其特征在于,步 骤3.7对测量数据进行分析时具体为:计算测量数据的峰值、均值,然后在工控机[12] 显示器上显示计算结果。
10、 根据权利要求6所述的滚动直线导轨副摩擦力动态检测方法,其特征在于,步 骤4对测量数据进行分析时包括以下步骤:步骤4.1、从数据库中读取测量数据;步骤4.2、计算测量数据的峰值、均值;步骤4.3、在工控机[12]显示器上显示步骤4.2的计算结果;步骤4.4、利用快速傅立叶变换算法对步骤4.1中的数据进行频谱分析;步骤4.5、在工控机[12]显示器显示频谱分析图;步骤4.6、保存分析结果。
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