CN102620929A - 滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法，所述装置的头架固定安装在床身的一端，交流伺服电机的输出轴通过同步带传动机构与减速器的输入轴相连接，该被测滚珠丝杠的另一端置于尾架上的安装孔内并能旋转，该固定板与第二组滑块相固连，所述第二组滑块的数量为两个且分别锁紧在两根导轨上，所述两根导轨固定安装在床身上并与被测滚珠丝杠的轴线平行，螺母穿在被测滚珠丝杠上并与螺母座相固连，该螺母座固定于滑板上，所述滑板与第一组滑块固定连接，所述螺母与滑板在被测滚珠丝杠旋转的驱动下带动第一组滑块一起在导轨上移动；本发明的装置可对滚珠丝杠副精度保持性进行试验与检测，操作与检测方便，检测结果可靠。

Description

滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别是一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法。

背景技术

滚珠丝杠副主要由滚珠丝杠、滚珠和滚珠螺母组成，用来把电机的回转运动转化为所需的直线运动。滚珠丝杠副具有运动精度高，摩擦力小，无侧隙、刚性高、将回转运动与直线运动相互转化的可逆性高，效率高等优点，是机床常用的运动部件，被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠副精度保持性：是指滚珠丝杠副工作过程中保持原有精度指标的能力。滚珠丝杠副的精度保持性主要取决于耐磨性、预紧力和尺寸稳定性。耐磨性与滚珠丝杠副的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和安装方式等因素有关。滚珠丝杠的精度保持性对机床加工精度、寿命都有着直接影响。精度保持性低的滚珠丝杠副，机床使用一定时间后，滚道及钢珠会磨损,预紧力释放，并伴随滚动体疲劳点蚀，产生间隙误差，导致轴向跳动超差，影响了机床的加工精度。

目前，国内滚珠丝杠副相关生产厂家已开发了对滚珠丝杠副的精度进行检测的装置，但无法对加载条件下的滚珠丝杠副精度保持性进行试验与检测。对滚珠丝杠副精度保持性多采用理论计算，非常需要试验与检测数据的支撑。从掌握滚珠丝杠副产品精度保持性的具体指标、提高产品使用寿命的竞争力出发，国内相关生产厂家非常需要开发专用的滚珠丝杠副精度保持性试验与检测装置，能在模拟其所受外加载荷和实际工况的情况下了解不同滚珠丝杠副的精度保持性。通过文献检索和资料信息收集，尚未找到对滚珠丝杠副精度保持性进行试验与检测的专用装置。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括床身、同步带传动机构、交流伺服电动机、减速器、头架、扭矩传感器、直线导轨、被测丝杠、螺母座、螺母、第一组滑块、推板、尾架、固定板、支撑板、拉压力传感器、挡板、液压缸、第二组滑块、液压缸伸出杆、滑板；

头架固定安装在床身的一端，减速器固定安装在头架上，交流伺服电机固定在减速器的上方，该交流伺服电机的输出轴通过同步带传动机构与减速器的输入轴相连接，该减速器的输出轴通过固连于头架上的扭矩传感器与穿过头架一侧支板的被测滚珠丝杠相连接，该被测滚珠丝杠的另一端置于尾架上的安装孔内并能旋转，该尾架与固定板相固连，该固定板与第二组滑块相固连，所述第二组滑块的数量为两个且分别锁紧在两根导轨上，所述两根导轨固定安装在床身上并与被测滚珠丝杠的轴线平行，螺母穿在被测滚珠丝杠上并与螺母座相固连，该螺母座固定于滑板上，所述滑板与第一组滑块固定连接，所述第一组滑块的数量为两个且分别安装在两根导轨上，所述螺母与滑板在被测滚珠丝杠旋转的驱动下带动第一组滑块一起在导轨上移动；

两个液压缸尾部通过两个拉压力传感器与固连在床身上的挡板固定连接，两个固定安装于床身上的支撑板位于两个液压缸的下方并对该两个液压缸起支撑作用，该两个液压缸的伸缩杆与推板相固连，该推板与滑板相固连，所述液压缸的伸缩杆把平行于被测滚珠丝杠轴线方向的推力或拉力加载到滑板和螺母上。

一种利用上述滚珠丝杠副精度保持性试验装置的实验方法，包括以下步骤；

步骤1、确定被测滚珠丝杠的型号和精度保持性丧失时的行程误差边界值，设定试验中的交流伺服电机的转速与液压缸的加载力，将被测滚珠丝杠和螺母安装到试验台上，确定尾架的位置并将第二组滑块锁紧在两根导轨上，完成试验前的控制与检测系统的准备工作；

步骤2、控制系统驱动交流伺服电机旋转，从而带动被测滚珠丝杠驱动螺母和滑板一起沿两根导轨来回往复移动，同时控制两个液压缸的加载力达到设定值并保持不变；在此过程中由圆光栅、长光栅尺和读数头对丝杠螺母传动中的行程误差进行动态检测；在检测的行程误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测丝杠已丧失精度保持性；控制系统控制交流伺服电机停转，该被测滚珠丝杠的精度保持性试验完毕；

步骤3、确定该被测丝杠的精度保持性指标，并对其进行变化特性进行分析，打印试验结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明的装置可对滚珠丝杠副精度保持性进行试验与检测，操作与检测方便，检测结果可靠； 2）本发明的装置中的加载力通过伺服液压缸来实现，加载力调节方便；3）本发明试验装置结构简单可靠，可对滚珠丝杠副在模拟加载条件下的精度变化特性和精度保持性指标进行动态测量，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为本发明滚珠丝杠副精度保持性试验装置的三维结构图。

图2为本发明滚珠丝杠副精度保持性试验装置的控制系统构成图。

具体实施方式

本发明提供了一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置与方法，可用于滚珠丝杠副精度保持性的试验与检测。

结合图1，一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括床身1、同步带传动机构2、交流伺服电动机3、减速器4、头架5、扭矩传感器6、直线导轨8、被测丝杠9、螺母座10、螺母11、第一组滑块12、推板13、尾架14、固定板15、支撑板16、拉压力传感器17、挡板18、液压缸20、第二组滑块22、液压缸伸出杆23、滑板26；

头架5固定安装在床身1的一端，减速器4固定安装在头架5上，交流伺服电机3固定在减速器4的上方，该交流伺服电机3的输出轴通过同步带传动机构2与减速器4的输入轴相连接，该减速器4的输出轴通过固连于头架5上的扭矩传感器6与穿过头架5一侧支板的被测滚珠丝杠9的相连接，该被测滚珠丝杠9的另一端置于尾架14上的安装孔内并能旋转，该尾架14与固定板15相固连，该固定板15与第二组滑块22相固连，所述第二组滑块22的数量为两个且分别锁紧在两根导轨8上，所述两根导轨8固定安装在床身1上并与被测滚珠丝杠9的轴线平行，螺母11穿在被测滚珠丝杠9上并与螺母座10相固连，该螺母座10固定于滑板26上，所述滑板26与第一组滑块12固定连接，所述第一组滑块12的数量为两个且分别安装在两根导轨8上，所述螺母11与滑板26在被测滚珠丝杠9旋转的驱动下带动第一组滑块12一起在导轨8上移动；

两个液压缸20尾部通过两个拉压力传感器17与固连在床身1上的挡板18固定连接，两个固定安装于床身1上的支撑板12位于两个液压缸20的下方并对该两个液压缸20起支撑作用，该两个液压缸20的伸缩杆23与推板13相固连，该推板13与滑板26相固连，所述液压缸20的伸缩杆23把平行于被测滚珠丝杠9轴线方向的推力或拉力加载到滑板26和螺母11上。同时，交流伺服电机3驱动被测滚珠丝杠9旋转，由被测滚珠丝杠9带动螺母11和滑板26在两根导轨8上移动，最终实现被测滚珠丝杠9和螺母11在加载条件下的传动。

该装置还包括圆光栅7、光栅尺安装板19、长光栅尺21、拖链24和光栅尺读数头25，所述圆光栅7固连在被测滚珠丝杠9的轴上并与该被测滚珠丝杠9同步旋转，实现对被测滚珠丝杠9的旋转角度和旋转速度的检测；光栅尺安装板19固定安装于床身1上并与两根导轨8相平行，长光栅尺21固定安装在光栅尺安装板19上，与长光栅尺21相配套的读数头25与滑板26相固连且随滑板26一起移动，实现对螺母11和滑板26的轴向位移的检测；所述读数头25固连拖链24的一端，该读数头25的连接电缆置于拖链24内，所述拖链24的另一端固定于床身1上。

结合图1和图2，本发明滚珠丝杠精度保持性试验装置的控制系统由数控系统、电机驱动模块、液压控制模块、交流伺服电机3和液压缸20构成，由数控系统输出信号给电机驱动系统和液压控制系统来控制交流伺服电机3的旋转速度和液压缸20的加载力，实现被测滚珠丝杠9的旋转驱动和轴向加载；本发明滚珠丝杠精度保持性试验装置的检测系统由工业控制计算机、PCI数据采集卡、扭矩传感器6、圆光栅7、拉压力传感器17、长光栅尺21和读数头25构成，其中扭矩传感器6和拉压力传感器17主要用来对交流伺服电机3的输出力矩和液压缸的加载力进行行测，而圆光栅7、长光栅尺21和读数头25用来对被测滚珠丝杠9的行程误差进行动态测量。在行程误差测量中，通过圆光栅7对被测滚珠丝杠9的转动角度进行检测，同时结合被测滚珠丝杠9的导程计算出螺母11和滑板26轴向位移量的理论值，同时由长光栅尺21和读数头25检测出螺母11和滑板26的轴向位移量的实际值，实际值与理论值间的差值即为被测滚珠丝杠9和螺母11在传动过程中的行程误差值。所有测量数据由工业控制计算机上安装的PCI数据采集卡进行采集。在工业控制计算机和数控系统之间可以通过串口实现数据信息通讯功能。

一种利用上述滚珠丝杠副精度保持性试验装置的实验方法，包括以下步骤；

步骤1、确定被测滚珠丝杠9的型号和精度保持性丧失时的行程误差边界值，设定试验中的交流伺服电机3的转速与液压缸20的加载力，将被测滚珠丝杠9和螺母11安装到试验台上，确定尾架14的位置并将第二组滑块22锁紧在两根导轨8上，完成试验前的控制与检测系统的准备工作；

步骤2、控制系统驱动交流伺服电机3旋转，从而带动被测滚珠丝杠9驱动螺母11和滑板26一起沿两根导轨8来回往复移动，同时控制两个液压缸20的加载力达到设定值并保持不变；在此过程中由圆光栅7、长光栅尺21和读数头25对丝杠螺母传动中的行程误差进行动态检测；在检测的行程误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测丝杠9已丧失精度保持性；控制系统控制交流伺服电机3停转，该被测滚珠丝杠9的精度保持性试验完毕；

步骤3、确定该被测丝杠9的精度保持性指标，并对其进行变化特性进行分析，打印试验结果。

本发明的装置可对滚珠丝杠副精度保持性进行试验与检测，操作与检测方便，检测结果可靠。

Claims (3)

1.一种滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于，包括床身[1]、同步带传动机构[2]、交流伺服电动机[3]、减速器[4]、头架[5]、扭矩传感器[6]、直线导轨[8]、被测丝杠[9]、螺母座[10]、螺母[11]、第一组滑块[12]、推板[13]、尾架[14]、固定板[15]、支撑板[16]、拉压力传感器[17]、挡板[18]、液压缸[20]、第二组滑块[22]、液压缸伸出杆[23]、滑板[26]；

头架[5]固定安装在床身[1]的一端，减速器[4]固定安装在头架[5]上，交流伺服电机[3]固定在减速器[4]的上方，该交流伺服电机[3]的输出轴通过同步带传动机构[2]与减速器[4]的输入轴相连接，该减速器[4]的输出轴通过固连于头架[5]上的扭矩传感器[6]与穿过头架[5]一侧支板的被测滚珠丝杠[9]相连接，该被测滚珠丝杠[9]的另一端置于尾架[14]上的安装孔内并能旋转，该尾架[14]与固定板[15]相固连，该固定板[15]与第二组滑块[22]相固连，所述第二组滑块[22]的数量为两个且分别锁紧在两根导轨[8]上，所述两根导轨[8]固定安装在床身[1]上并与被测滚珠丝杠[9]的轴线平行，螺母[11]穿在被测滚珠丝杠[9]上并与螺母座[10]相固连，该螺母座[10]固定于滑板[26]上，所述滑板[26]与第一组滑块[12]固定连接，所述第一组滑块[12]的数量为两个且分别安装在两根导轨[8]上，所述螺母[11]与滑板[26]在被测滚珠丝杠[9]旋转的驱动下带动第一组滑块[12]一起在导轨[8]上移动；

两个液压缸[20]尾部通过两个拉压力传感器[17]与固连在床身[1]上的挡板[18]固定连接，两个固定安装于床身[1]上的支撑板[12]位于两个液压缸[20]的下方并对该两个液压缸[20]起支撑作用，该两个液压缸[20]的伸缩杆[23]与推板[13]相固连，该推板[13]与滑板[26]相固连，所述液压缸[20]的伸缩杆[23]把平行于被测滚珠丝杠[9]轴线方向的推力或拉力加载到滑板[26]和螺母[11]上。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于，该装置还包括圆光栅[7]、光栅尺安装板[19]、长光栅尺[21]、拖链[24]和光栅尺读数头[25]，所述圆光栅[7]固连在被测滚珠丝杠[9]的轴上并与该被测滚珠丝杠[9]同步旋转，实现对被测滚珠丝杠[9]的旋转角度和旋转速度的检测；光栅尺安装板[19]固定安装于床身[1]上并与两根导轨[8]相平行，长光栅尺[21]固定安装在光栅尺安装板[19]上，与长光栅尺[21]相配套的读数头[25]与滑板[26]相固连且随滑板[26]一起移动，实现对螺母[11]和滑板[26]的轴向位移的检测；所述读数头[25]固连拖链[24]的一端，该读数头[25]的连接电缆置于拖链[24]内，所述拖链[24]的另一端固定于床身[1]上。

3.一种利用权利要求1所述滚珠丝杠副精度保持性试验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1、确定被测滚珠丝杠[9]的型号和精度保持性丧失时的行程误差边界值，设定试验中的交流伺服电机[3]的转速与液压缸[20]的加载力，将被测滚珠丝杠[9]和螺母[11]安装到试验台上，确定尾架[14]的位置并将第二组滑块[22]锁紧在两根导轨[8]上，完成试验前的控制与检测系统的准备工作；

步骤2、控制系统驱动交流伺服电机[3]旋转，从而带动被测滚珠丝杠[9]驱动螺母[11]和滑板[26]一起沿两根导轨[8]来回往复移动，同时控制两个液压缸[20]的加载力达到设定值并保持不变；在此过程中由圆光栅[7]、长光栅尺[21]和读数头[25]对丝杠螺母传动中的行程误差进行动态检测；在检测的行程误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测丝杠[9]已丧失精度保持性；控制系统控制交流伺服电机[3]停转，该被测滚珠丝杠[9]的精度保持性试验完毕；

步骤3、确定该被测丝杠[9]的精度保持性指标，并对其进行变化特性进行分析，打印试验结果。

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