CN102262025A - 用于直线滚动导轨副的实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直线滚动导轨副的实验平台，包括：基座(1)；直线滚动导轨(2)以及滑块(3)，其中所述基座(1)设置有用于测量所述直线滚动导轨副的静态刚度的静态刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副的静态转动刚度的转动刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副动态特性测量组件和用于测量所述直线滚动导轨副的热态特性测量组件中的一个。由此，利用该实验平台，可以对多种规格和预压的直线滚动导轨副进行试验、可重构性强。此外，在同一装置上实现了直线滚动导轨副的静态、动态和热态特性参数的测量，效率高且使用方便。

Description

用于直线滚动导轨副的实验平台

技术领域

本发明涉及机械设计制造领域，涉及一种用于直线滚动导轨副的实验平台，用来测试各类不同规格、不同预压的直线滚动导轨副静动热态特性。

背景技术

在现有技术中，直线滚动导轨副通常由导轨、滑块、返向器、滚动体和保持器等组成。直线滚动导轨副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，并且滚动体可以在滚道和滑块内实现无限循环。近些年来，直线滚动导轨副由于其优越的行走精度、良好的承载能力以及出色的高速性能，在数控机床行业得到了广泛应用。作为机床中的重要功能部件和关键结合部，直线滚动导轨副的静动热态特性直接影响机床的加工精度和性能。

在进行包括直线滚动导轨副的机床性能分析过程中，往往不能准确地获得所需要的直线滚动导轨副样本的一些结合面的特性参数。因此，直接利用样本信息完成分析所需要的参数准备工作就非常困难。因此，需要进行大量的基础试验来确定所需要的结合面特性参数，从而为机床分析提供所需要的参数数据。

发明内容

有鉴于此，本发明需要提供一种用于直线滚动导轨副的实验平台，以具有较强的可重构性。

此外，本发明需要提供一种用于直线滚动导轨副的实验平台，以在同一装置上实现对直线滚动导轨副的静态、动态和热态特性参数的高效测量。

根据本发明的一方面，提供了一种用于直线滚动导轨副的实验平台，包括：基座，所述基座上形成有多排安装孔，所述安装孔沿着所述基座的纵向设置，用于可拆卸地安装至少一个直线滚动导轨副，所述直线滚动导轨副包括：直线滚动导轨，所述直线滚动导轨通过所述安装孔安装在所述基座上；以及滑块，所述滑块设置在所述直线滚动导轨上且沿着所述直线滚动导轨可往复滑动；其中所述基座设置有用于测量所述直线滚动导轨副的静态刚度的静态刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副的静态转动刚度的转动刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副动态特性测量组件和用于测量所述直线滚动导轨副的热态特性测量组件中的一个。

此外，本发明进一步公开了如下所述的从属技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述静态刚度测量组件包括：龙门框架，所述龙门框架沿着横向跨接在所述基座上；滑座，所述滑座设置在所述滑块上；施力部件，所述施力部件设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着竖向或者横向的力；力传感器，所述力传感器设置成用于测量所述施力部件所施加的力；以及位移传感器，所述位移传感器与所述滑块紧邻设置，用于测量所述滑块的变形位移。

根据本发明的一个实施例，所述龙门框架包括：第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和所述第二侧板沿着竖直方向固定至所述基座的沿着纵向的侧壁上；以及水平顶板，所述水平顶板用于连接所述第一侧板和所述第二侧板。

根据本发明的一个实施例，所述施力部件为加载螺栓，所述加载螺栓顶在所述第一侧板、第二侧板或者所述水平顶板与所述滑座之间，且所述力传感器设置在所述加载螺栓和所述滑座之间，且所述位移传感器为电涡流位移传感器。

根据本发明的一个实施例，所述转动刚度测量组件包括：龙门框架，所述龙门框架沿着横向跨接在所述基座上；滑座，所述滑座设置在所述滑块上，且所述滑座具有向外伸出的悬臂部；施力部件，所述施力部件设置在所述悬臂部的悬臂端，用于向所述悬臂端施加作用力；力传感器，所述力传感器设置成用于测量所述施力部件所施加的力；以及位移传感器，所述位移传感器与所述滑块紧邻设置，用于测量所述滑块的变形位移。

根据本发明的一个实施例，所述龙门框架包括：第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和所述第二侧板沿着竖直方向固定至所述基座的沿着纵向的侧壁上；以及水平顶板，所述水平顶板用于连接所述第一侧板和所述第二侧板。

根据本发明的一个实施例，所述施力部件为加载螺栓，所述加载螺栓顶在所述水平顶板和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述力传感器设置在所述加载螺栓和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述位移传感器为电涡流位移传感器。

根据本发明的一个实施例，所述悬臂部设置成平行于横向或者纵向。

根据本发明的一个实施例，所述动态特性测量组件包括：力锤，所述力锤用于对所述滑块沿着横向或者竖向进行敲击；以及加速度传感器，所述加速度传感器设置在所述滑块上，用于获得所述直线滚动导轨与所述滑块的结合面的频响函数。

根据本发明的一个实施例，所述热态特性测量组件包括：隔热块，所述隔热块设置在所述滑块的上表面上；施力部件，所述施力部件设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着竖向的力；力传感器，所述力传感器设置成用于测量所述施力部件所施加的力；热流量计，所述热流量计设置在所述滑块的下方，用于在加热所述滑块时、检测所述直线滚动导轨与所述滑块的结合面的热流量；以及红外热像仪，所述红外热像仪用于获得所述结合面的温度场分布，以获得所述直线滚动导轨与所述滑块的结合面在不同受力状态下的热阻。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：可以对多种规格和预压的直线滚动导轨副进行实验，实验台可重构性强；可以对直线滚动导轨副施加沿着横向和竖向的力，以及绕横向、竖向以及纵向的力矩，从而得到直线滚动导轨副在上述方向的静态刚度和转动刚度。进一步地，根据本发明的试验台可以实现测试多种直线滚动导轨副结合面在不同受力状态下的热阻与换热系数，且在同一装置上实现了静动热态特性参数的测量。

该试验平台为测试多种直线滚动导轨副与滑块的结合面的静态、动态、热态特性打下了基础，通过获取不同型号的滚动直线导轨副结合面的静态、动态、热态特性参数，为分析包含有直线滚动导轨副的机床的整机性能提供参考。而且，该试验平台易于搭建，实验操作方便。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量沿着Z向的静态刚度；

图2显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量绕X向的静态刚度；

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量沿着Y向的静态刚度；

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量所述直线滚动导轨副动态特性；以及

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量所述直线滚动导轨副热态特性。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明用于直线滚动导轨副结合面静动热态特性实验，下面结合附图说明及具体实施例对本发明做进一步说明。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于直线滚动导轨副的实验平台。该试验平台包括：基座1，所述基座1上形成有多排安装孔，所述安装孔沿着所述基座1的纵向设置，用于可拆卸地安装至少一个所述直线滚动导轨副，所述直线滚动导轨副包括：直线滚动导轨2，所述直线滚动导轨通过所述安装孔安装在所述基座1上；以及滑块3，所述滑块3设置在所述直线滚动导轨2上且沿着所述直线滚动导轨2可往复滑动。所述基座1设置有用于测量所述直线滚动导轨副的静态刚度的静态刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副的静态转动刚度的转动刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副动态特性测量组件和用于测量所述直线滚动导轨副的热态特性测量组件中的一个。由此通过在基座1上设置不同的测量组件，从而可以实现在同一装置上对直线滚动导轨副的动态、静态、热态特性的测量。此外，由于基座1的构造特征，可以对多种规格和预压的直线滚动导轨副进行试验、可重构性强。

下面将结合附图来详细描述本发明的试验平台，其中图1、3显示了根据本发明的一个实施例的用于直线滚动导轨副的实验平台的立体示意图，其中所述试验平台用于测量沿着Z、Y向的静态刚度。如图1、3中所示，所述静态刚度测量组件可以包括：龙门框架6，所述龙门框架6沿着Y向跨接在所述基座1上；滑座4，所述滑座4设置在所述滑块3上；施力部件7，所述施力部件7设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着Z向或者Y向的力；力传感器8，所述力传感器8设置成用于测量所述施力部件7所施加的力；以及位移传感器10，所述位移传感器10与所述滑块3紧邻设置，用于测量所述滑块3的变形位移。

如图1中所示，所述龙门框架6包括：第一侧板61和第二侧板62，所述第一侧板61和所述第二侧板62沿着Z向固定至所述基座4的沿着X向的侧壁上；以及水平顶板63，所述水平顶板63用于连接所述第一侧板61和所述第二侧板62。

根据本发明的一个实施例，所述施力部件7为加载螺栓，所述加载螺栓7顶在所述第一侧板61、第二侧板62或者所述水平顶板63与所述滑座4之间，且所述力传感器8设置在所述加载螺栓和所述滑座4之间，且所述位移传感器10为电涡流位移传感器。

图1所示为测量某种直线滚动导轨副的Z向静刚度，其中显示了水平放置的基座1、安装在基座1上的滚动直线导轨2、安装在直线导轨2上的滑块3、安装在滑块3上的滑座4，安装在基座1上的第一侧板61和第二侧板63、水平顶板63和两个安装在基座1上的磁力表座9。为了加强所述第一侧板61、第二侧板63和水平顶板63的强度，其上分别形成有加强肋5。两个电涡流位移传感器10安装在磁力表座9上。一个加载螺栓7安装在力传感器8上。力传感器8与加载螺栓7设置在水平顶板63和滑座4之间，磁力表座9固定在基座1上，电涡流位移传感器10的测量头和滑块3上表面接触，以检测滑块3的位移。在测量时，用扳手转动加载螺栓7，对滑座4施加Z向静载荷，在电涡流位移传感器10上可以读出相应的变形位移，由此可得到该滚动直线导轨副的Z向静态刚度。如图1中所示，基座1的四个拐角处设置有吊耳11，用于方便运输和调整位置。

相似地，图3所示为测量直线滚动导轨副的Y向静刚度。在图3中显示了水平放置的基座1，安装在基座1上的滚动直线导轨2，安装在直线导轨2上的滑块3，安装在滑块3上的滑座4，两个安装在基座1上的第一侧板61和第二侧板62，水平顶板63，两个安装在基座1上的磁力表座9，两个安装在磁力表座9上的电涡流位移传感器10，安装在力传感器8上的加载螺栓7。为了加强所述第一侧板61、第二侧板63和水平顶板63的强度，其上分别形成有加强肋5。力传感器8与加载螺栓7设置在第一侧板61和滑座4之间。磁力表座9固定在基座1上，电涡流位移传感器10的测量头和滑座4侧表面接触。在测量时，用扳手转动加载螺栓7，对滑座4施加Y向静载荷，在电涡流位移传感器的数显设备上即可读出相应的变形位移，由此可得到该滚动直线导轨副的Y向静态刚度。

下面将参照图2来描述根据本发明的试验平台中的转动刚度测量组件。如图2中所示，转动刚度测量组件可以包括：龙门框架6，所述龙门框架6沿着Y向跨接在所述基座1上；滑座4，所述滑座4设置在所述滑块3上，且所述滑座4具有向外伸出的悬臂部41；施力部件7，所述施力部件7设置在所述悬臂部41的悬臂端，用于向所述悬臂端施加作用力；力传感器8，所述力传感器8设置成用于测量所述施力部件7所施加的力；以及位移传感器10，所述位移传感器10与所述滑块3紧邻设置，用于测量所述滑块3的变形位移。所述转动刚度测量组件可用于测量直线滚动导轨2沿着X向、Y向和Z向的转动静态刚度(将在下面示例说明)。

根据本发明的一个实施例，所述龙门框架6包括：第一侧板61和第二侧板62，所述第一侧板61和所述第二侧板62沿着Z向固定至所述基座1的沿着X向的侧壁上；以及水平顶板63，所述水平顶板63用于连接所述第一侧板61和所述第二侧板62。

根据本发明的一个实施例，所述施力部件7为加载螺栓，所述加载螺栓7顶在所述水平顶板63和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述力传感器8设置在所述加载螺栓和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述位移传感器10为电涡流位移传感器。所述悬臂部设置成平行于Y向或者X向。

下面将说明转动刚度测量组件测量绕X想的静态刚度。图2所示为测量直线滚动导轨副绕X向的静态刚度。其中显示了水平放置的基座1，安装在基座1上的滚动直线导轨2，安装在直线导轨2上的滑块3，安装在滑块3上的滑座4，安装在基座1上的第一侧板61和第二侧板62，水平顶板63，两个安装在基座1上的磁力表座9，两个安装在磁力表座9上的电涡流位移传感器10，一个加载螺栓7安装在一个力传感器8上。力传感器8与加载螺栓7设置在水平顶板63和滑座4上远离滑块3的悬臂端之间，磁力表座9固定在基座1上，电涡流位移传感器10的测量头和滑块3上表面接触。在工作时，用扳手转动加载螺栓7，对滑座4施加Z方向静载荷，在电涡流位移传感器10的数显设备上读出相应的变形位移，由此可得到该滚动直线导轨副的绕X向的转动静态刚度。普通技术人员可以相应地通过改变悬臂部41的方向来获得对应方向的转动静态刚度。

下面将结合图4来说明根据本发明的试验平台中的动态特性测量组件。所述动态特性测量组件包括：力锤13，所述力锤13用于对所述滑块3沿着Y向或者Z向进行敲击；以及加速度传感器12，所述加速度传感器12设置在所述滑块3上，用于获得所述直线滚动导轨2与滑块3的结合面的频响函数。

下面将按照图4来详细描述该动态特性测量组件。图4中显示了水平放置的基座1、安装在基座1上的滚动直线导轨2和安装在直线导轨2上的滑块3。如图4中所示，在滑块3上设置加速度传感器12，利用力锤13对滑块3进行Y向和Z向敲击，得到直线滚动导轨2与滑块3的结合面的频响函数，由此可以进一步求得直线滚动导轨副的动态刚度和阻尼。如图4中所示，该力锤13可以通过控制装置(例如计算机控制系统20)来控制力锤13对滑块3进行Y向和Z向的敲击。

下面将结合图5来说明根据本发明的试验平台中的热态特性测量组件。所述热态特性测量组件包括：隔热块14，所述隔热块14设置在所述滑块3的上表面上；施力部件7，所述施力部件7设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着Z向的力；力传感器8，所述力传感器8设置成用于测量所述施力部件7所施加的力；热流量计17，所述热流量计17设置在所述滑块3的下方，用于在加热滑块3时、检测所述直线滚动导轨2与所述滑块3的结合面的热流量；以及红外热像仪18，所述红外热像仪18用于获得所述结合面的温度场分布，以获得所述直线滚动导轨2与所述滑块3的结合面在不同受力状态下的热阻。

下面将按照图5来详细描述该热态特性测量组件。图5显示了水平放置的基座1，安装在基座1上的滚动直线导轨2、安装在直线导轨2上的滑块3、安装在滑块3上的隔热块14，安装在基座1上的第一侧板61和第二侧板62以及水平顶板63。为了加强所述第一侧板61、第二侧板63和水平顶板63的强度，其上分别形成有加强肋5。加载螺栓7安装在一个力传感器8上。力传感器8与加载螺栓7设置在水平顶板63和隔热块14之间，在滑块3周围放置石棉16隔热。水平顶板63利用加载螺栓7对隔热块14施加Z方向的力，在测量时开始加热滚动直线导轨2。在滑块3下方放置热流量计17检测滚动直线导轨2与滑块3的结合面热流量，并用红外热像仪18观察该结合面温度场分布。由此，可以计算出不同直线滚动导轨2与滑块3的结合面在不同受力状态下的热阻。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：可以对多种规格和预压的直线滚动导轨副进行实验，实验台可重构性强；可以对直线滚动导轨副施加沿着Y向和Z向的力，以及绕Y向、Z向以及X向的力矩，从而得到直线滚动导轨副在上述方向的静态刚度和转动刚度。进一步地，根据本发明的试验台可以实现测试多种直线滚动导轨副结合面在不同受力状态下的热阻与换热系数，且在同一装置上实现了静动热态特性参数的测量。

该试验平台为测试多种直线滚动导轨与滑块的结合面的静态、动态、热态特性打下了基础，通过获取不同型号的滚动直线导轨副结合面的静态、动态、热态特性参数，为分析包含有直线滚动导轨副的机床的整机性能提供参考。而且，该试验平台易于搭建，实验操作方便。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于直线滚动导轨副的实验平台，其特征在于，包括：

基座(1)，所述基座(1)上形成有多排安装孔，所述安装孔沿着所述基座(1)的纵向设置，用于可拆卸地安装至少一个直线滚动导轨副，所述直线滚动导轨副包括：

直线滚动导轨(2)，所述直线滚动导轨通过所述安装孔安装在所述基座(1)上；以及

滑块(3)，所述滑块(3)设置在所述直线滚动导轨(2)上且沿着所述直线滚动导轨(2)可往复滑动；其中

所述基座(1)设置有用于测量所述直线滚动导轨副的静态刚度的静态刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副的静态转动刚度的转动刚度测量组件、用于测量所述直线滚动导轨副动态特性测量组件和用于测量所述直线滚动导轨副的热态特性测量组件中的一个。

2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述静态刚度测量组件包括：

龙门框架(6)，所述龙门框架(6)沿着横向跨接在所述基座(1)上；

滑座(4)，所述滑座(4)设置在所述滑块(3)上；

施力部件(7)，所述施力部件(7)设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着竖向或者横向的力；

力传感器(8)，所述力传感器(8)设置成用于测量所述施力部件(7)所施加的力；以及

位移传感器(10)，所述位移传感器(10)与所述滑块(3)紧邻设置，用于测量所述滑块(3)的变形位移。

3.根据权利要求2所述的试验平台，其特征在于，所述龙门框架(6)包括：

第一侧板(61)和第二侧板(62)，所述第一侧板(61)和所述第二侧板(62)沿着竖直方向固定至所述基座(1)的沿着纵向的侧壁上；以及

水平顶板(63)，所述水平顶板(63)用于连接所述第一侧板(61)和所述第二侧板(62)。

4.根据权利要求3所述的试验平台，其特征在于，所述施力部件(7)为加载螺栓，所述加载螺栓顶在所述第一侧板(61)、第二侧板(62)或者所述水平顶板(63)与所述滑座(4)之间，且所述力传感器(8)设置在所述加载螺栓和所述滑座(4)之间，且所述位移传感器(10)为电涡流位移传感器。

5.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述转动刚度测量组件包括：

龙门框架(6)，所述龙门框架(6)沿着横向跨接在所述基座(1)上；

滑座(4)，所述滑座(4)设置在所述滑块(3)上，且所述滑座(4)具有向外伸出的悬臂部(42)；

施力部件(7)，所述施力部件(7)设置在所述悬臂部(42)的悬臂端，用于向所述悬臂端施加作用力；

力传感器(8)，所述力传感器(8)设置成用于测量所述施力部件(7)所施加的力；以及

位移传感器(10)，所述位移传感器(10)与所述滑块(3)紧邻设置，用于测量所述滑块(3)的变形位移。

6.根据权利要求5所述的试验平台，其特征在于，所述龙门框架(6)包括：

第一侧板(61)和第二侧板(62)，所述第一侧板(61)和所述第二侧板(62)沿着竖直方向固定至所述基座(1)的沿着纵向的侧壁上；以及

水平顶板(63)，所述水平顶板(63)用于连接所述第一侧板(61)和所述第二侧板(62)。

7.根据权利要求6所述的试验平台，其特征在于，所述施力部件(7)为加载螺栓，所述加载螺栓顶在所述水平顶板和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述力传感器(8)设置在所述加载螺栓和所述悬臂部的悬臂端之间，且所述位移传感器(10)为电涡流位移传感器。

8.根据权利要求7所述的试验平台，其特征在于，所述悬臂部设置成平行于横向或者纵向。

9.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述动态特性测量组件包括：

力锤(13)，所述力锤(13)用于对所述滑块(3)沿着横向或者竖向进行敲击；以及

加速度传感器(12)，所述加速度传感器(12)设置在所述滑块(3)上，用于获得所述直线滚动导轨(2)与所述滑块(3)的结合面的频响函数。

10.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述热态特性测量组件包括：

隔热块(14)，所述隔热块(14)设置在所述滑块(3)的上表面上；

施力部件(7)，所述施力部件(7)设置成用于向所述直线滚动导轨副施加沿着竖向的力；

力传感器(8)，所述力传感器(8)设置成用于测量所述施力部件(7)所施加的力；

热流量计(17)，所述热流量计(17)设置在所述滑块(3)的下方，用于在加热所述滑块(3)时、检测所述直线滚动导轨(2)与所述滑块(3)的结合面的热流量；以及

红外热像仪(18)，所述红外热像仪(18)用于获得所述结合面的温度场分布，以获得所述直线滚动导轨(2)与所述滑块(3)的结合面在不同受力状态下的热阻。

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