CN102175438B

CN102175438B - 检测高速重载精密滚柱直线导轨性能的装置

Info

Publication number: CN102175438B
Application number: CN 201110023505
Authority: CN
Inventors: 赵顺利; 李薇; 王福吉; 张雪; 郑兴民; 吕祎
Original assignee: DALIAN GAOJIN NUMERICAL CONTROL GROUP CORP Ltd; Dalian University of Technology
Current assignee: DALIAN GAOJIN NUMERICAL CONTROL GROUP CORP Ltd; Dalian University of Technology
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: CN102175438A

Abstract

本发明检测高速重载精密滚柱直线导轨副性能的装置属于导轨检测相关技术领域，特别涉及采用温度传感器、噪声传感器、振动传感器，光栅尺为敏感元件的检测装置。该装置中，工作台由连接螺钉安装在前左滑块，前右滑块，后左滑块，后右滑块上，前左滑块，前右滑块，后左滑块，后右滑块上安装在前、后直线导轨上，四个滑块组结构完全相同；前左滑块滚道里安装四个温度传感器；振动传感器通过磁座安装在前左滑块的平坦表面；前右滑块，后左滑块，后右滑块中的传感器和磁座的安装与前左滑块I中的完全相同；该装置性能稳定、响应速度快，结构简单，传感器安装灵活，可更换不同型号的滚柱直线导轨，检测范围广。

Description

检测高速重载精密滚柱直线导轨性能的装置

技术领域

本发明属于导轨检测相关技术领域，特别涉及采用温度传感器、噪声传感器、振动传感器，光栅尺为敏感元件的检测装置。

背景技术

滚柱直线导轨是80年代才开始在国际上广泛采用的新型导向组件，具有定位精度高、动静摩擦系数小、可实现机床和机械装置的高速运动、能提高机床和机械的工作效率、节约能源、精度保持性高、装配到机床和机械上的周期短等优点。同时，滚动直线导轨副在机械传动副中起到运动部件的承载及运动导向作用，已经成为精密数控设备的关键基础部件之一。随着数控技术、自动化技术的不断发展，及对滚动直线导轨研究的不断深入，滚动直线导轨的性能不断提升。同时，随着应用领域的不断扩大，滚动直线导轨的需求量也随之扩大。滚柱直线导轨副被广泛用作高精度控机床和加工中心的导向部件。而其性能直接反映整体设备的水平，因而倍受国内外关注。目前，国际上主要生产厂家集中于日本等极少数发达国家，由于它是新兴的高技术产业，因此它的制造和检测技术是不公开的，国内也有数量很少的几家厂生产但目前尚无正式的国家统一标准。目前国内导轨副的发展水平和国外相比还有不小的差距，除了原材料和加工设备的精度等因素外，没有完善的试验检测装置是制约其发展的一个重要原因。为适应指及专业化生产的需要，急待解决高精度，高效率的检测问题。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对目前缺少滚柱直线导轨副检测装置的现状，克服现有技术的不足，发明一种检测高速、重载、精密滚柱直线导轨副性能的装置，该装置以温度传感器为传感元件完成温度测量模块的检测，以噪声传感器为传感元件完成噪声测量模块的检测，以振动温度传感器为传感元件完成振动测量模块的检测，以光栅尺为传感元件完成速度、加速度模块的检测。

本发明采用的技术方案是：一种检测高速重载精密滚柱直线导轨副性能的装置，其特征是，工作台6由连接螺钉21安装在前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV上，前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV上安装在前、后直线导轨2、2’上，四个滑块组结构完全相同；前左滑块I滚道22里安装四个温度传感器5；振动传感器19通过磁座18安装在前左滑块I的平坦表面；前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV中的传感器和磁座的安装与前左滑块I中的完全相同；在U型床身8的中部安装左、右直线电机初级5、5’，直线电机左次级4安装在左立板9，直线电机右次级4’安装在右立板9’，左立板9、右立板9’是分别由三块板用螺钉连接而成，前、后直线电机初级5、5’的两侧是两条与之平行的前、后直线导轨2、2’，将噪声传感器25安装在噪声传感器支架24中，用紧固螺钉26拧紧，噪声传感器支架24通过上、下连接螺钉23、23’安装在工作台6下，对准前左滑块I，噪声传感器25对准滑块的距离可以调整，调节距离为1cm；

前、后液压缓冲器1、1’分别安装在两个缓冲挡座12上，两个缓冲挡座12再分别安装在U型床身8的最右端前、后两侧；与前、后液压缓冲器1、1’位置对称的U型床身8的最左端，同样也安装两个液压缓冲器；光栅尺7安装在安装板10上，光栅头3安装在工作台6上；3米拖链13一端安装在工作台6上，另一端安装在床身8上；

在装置中，床身8中部左侧安装四个直线轴承，左后直线轴承16’安装在左后立柱15’上，右后立柱15，右后直线轴承16上，左后立柱15’、右后直线轴承16通过螺钉安装在支架17上，前面两个轴承与后面轴承对称安装，结构完全相同，气缸14安装在支架17下面。

本发明具有以下明显效果：该装置性能稳定、响应速度快，结构简单，传感器安装灵活，可更换不同型号的滚柱直线导轨，检测范围广。

附图说明

图1为装置俯视图，图2为图1的A-A剖面图，其中：1-后液压缓冲器、1’-前液压缓冲器、2-后直线导轨、2’-前直线导轨、3-光栅头、4-直线电机左次级、4’-直线电机右次级、5-左直线电机初级、5’-右直线电机初级、6-工作台、7-侧板、8-U型床身、9-左立板、9’-右立板、10-安装板、11-温度传感器、I-前左滑块、II-前右滑块、III-后左滑块IV-后右滑块。

图3为装置主视图，其中12-缓冲挡座、13-3米拖链、14-气缸、15-右后立柱、15’-左后立柱、16-右后直线轴承、16’-左后直线轴承、17-支架。

图4为传感器安装图，其中18-磁座、19-振动传感器、20-温度传感器、21-连接螺钉、22-滚道、23-上连接螺钉、23’-下连接螺钉、24-噪声传感器支架、25-噪声传感器、26-紧固螺钉。

图5为噪声传感器支架图。图6为空载时的一个检测结果。

具体实施方式

结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式：

本检测平台能够测试滚柱直线导轨副的最大有效长度为4000mm，导轨的实际有效可安装长度为6000mm，也即整个床身的长度。测试时，滚柱直线导轨副可以完成在2g的加速度，最大速度为150m/min，空载状态下或1g的加速度，速度为60m/min，2t重载状态下的噪声、振动、温升、速度加速度参量的实时测量。两者的检测过程完全相同，下面在空载情况下，工作台以2g的加速度，最大速度为150m/min时，进行滚柱直线导轨性能检测。

1.温度的检测

滚柱直线导轨副在高速状态下运行，必然会导致机床中的许多部位有明显的温升，因此，温度测量模块是滚柱直线导轨副性能检测装置的重要组成部分。实际的测量过程中四个滑块前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，块IV一直处于运行状态，前、后直线导轨2的散热面积比较大，因而它的温升不是很明显。最明显的地方，应该是滚动体的温度变化，但因其测量比较难，只能选择相对比较显著的前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV四个滑块作为测试点，在前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV中的经过淬火和精磨而成的滚道22里安装四个温度传感器5，如图4，四个温度传感器5的尺寸为φ6mm，厚度1mm。温度传感器5选用美国omega公司热电偶温度传感器传感器，其精度能达到±0.3°。

2.噪声的检测

滚柱直线导轨副中前、后直线导轨2和前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV四个滑块中均有经过淬火和精磨而成的滚道22，滚柱从滚柱直线导轨2和前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV的滚道22通过后，、实现滚柱的循环运动和四个滑块的往复快速直线运动，这两种运动往往成为噪声的根源。而滚柱尺寸和滑块运动速度均会对噪声产生影响。所以把四个噪声传感器25放置在接近噪声源的位置有利于准确测量，四个噪声传感器25夹在噪声传感器支架24中，用紧固螺钉26拧紧，通过上、下连接螺钉23、23’安装在工作台6下，分别对准前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV四个滑块，距离为可调，调节距离为1cm，如图4。工作台6运动带来的振动对四个噪声传感器25的测试会有影响，在选取传感器时选取电容式体积小的噪声传感器，噪声传感器选用美国PCB 377B02精密噪声传感器，其噪声传感器相对动圈式噪声传感器受振动影响较小，噪声传感器的直径小也不易受到振动的影响，而且在安装四个噪声传感器25时，在四个噪声传感器25外部包裹一层减振材料，再夹在噪声传感器支架24中，以降低振动对测试带来的影响。

3.振动的检测

滚珠丝杠副振动的检测选择加速度传感器，将四个振动传感器19固定在四个磁座18上，然后分别吸在前左滑块I，前右滑块II，后左滑块III，后右滑块IV上，固定传感器电缆线，防止电缆屏蔽层和绝缘材料间的摩擦产生电荷而引入噪声。四个振动传感器19选用美国PCB公司的356A15三轴向压电加速度传感器是性价比较高的一款产品。传感器质量轻、体积小，在传感器壳体内置集成电路，完成阻抗变换提高线缆长度。使用两线制的供电和信号输出方式，使现场安装十分方便，适合狭小空间的安放，满足测试需要。磁座18选用080A27，080A27能提供的吸力能保证在53N以内都没问题，所以安全性是能保证的。

4.速度、加速度的检测

光栅尺7选用开放式的，精度和速度比封闭式的高。侧板11安装光栅尺7时用，光栅尺7安装在安装板10上，钢带安装完毕后卸掉侧板11，如图1。滚柱直线导轨副驱动速度和加速度的测量是通过对光栅尺输出的测量信号对时间进行一次和二次微分计算，从而得工作台6直线运动速度与加速度。

各种传感器安装完毕后，所有传感器的连线都安装在3米拖链13中，然后再与采集卡相连。系统上电，电机运动，启动编好的程序，输入参数：导轨编号为0001-p，有效行程为2000mm，最高速度为150m/min，加速度为2g，负载为0，点击开始测试，得到进行温度、噪声、速度、加速度、振动的实时检测结果，如图5所示。在图5中以曲线形式清楚地显示了温度、噪声、速度、加速度、振动的情况。重载情况下的检测过程与高速空载时完全相同。

当要检测不同导轨进行导轨更换时，气缸14顶起支架17，四个立柱在四个直线轴承上滑动，是气缸四个爪的导向，顶起工作台，将工作台移走，卸掉螺钉，更换导轨，利用本装置，直线导轨的更换非常简便。

本装置可检测不同型号的滚柱直线导轨副，按照其要求检查其相应滚柱直线导轨副的性能，装置的性能稳定、响应速度、检查的项目多，检测范围广。装置结构简单，空间敞开，为滚柱直线导轨副检测项目所需传感器的安装和检测提供条件，测试方便。

Claims

1.一种检测高速重载精密滚柱直线导轨副性能的装置，其特征是，工作台(6)由连接螺钉(21)安装在前左滑块(I)，前右滑块(II)，后左滑块(III)，后右滑块(IV)上，前左滑块(I)，前右滑块(II)，后左滑块(III)，后右滑块(IV)安装在前、后直线导轨(2、2’)上，四个滑块组结构完全相同；前左滑块(I)滚道(22)里安装四个温度传感器(5)；振动传感器(19)通过磁座(18)安装在前左滑块(I)的平坦表面；前右滑块(II)，后左滑块(III)，后右滑块(IV)中的传感器和磁座的安装与前左滑块(I)中的完全相同；在U型床身(8)的中部安装左、右直线电机初级(5、5’)，左直线电机左次级(4)安装在左立板(9)，右直线电机右次级(4’)安装在右立板(9’)，左立板(9)、右立板(9’)是分别由三块板用螺钉连接而成，左、右直线电机初级(5、5’)的两侧是两条与之平行的前、后直线导轨(2、2’)，将噪声传感器(25)安装在噪声传感器支架(24)中，用紧固螺钉(26)拧紧，噪声传感器支架(24)通过上、下连接螺钉(23、23’)安装在工作台(6)下，对准前左滑块(I)，噪声传感器(25)对准滑块的距离可以调整，调节距离为1cm；

前、后液压缓冲器(1、1’)分别安装在两个缓冲挡座(12)上，两个缓冲挡座(12)再分别安装在U型床身(8)的最右端前、后两侧；与前、后液压缓冲器(1、1’)位置对称的U型床身(8)的最左端，同样也安装两个液压缓冲器；光栅尺(7)安装在安装板(10)上，光栅头(3)安装在工作台(6)上；3米拖链(13)一端安装在工作台(6)上，另一端安装在床身(8)上；

在装置中，床身(8)中部左侧安装四个直线轴承，左后直线轴承(16’)安装在左后立柱(15’)上，右后直线轴承(16)安装在右后立柱(15)上，左、右后立柱(15’、15)通过螺钉安装在支架(17)上，前面两个轴承与后面轴承对称安装，结构完全相同，气缸(14)安装在支架(17)下面。