CN103182680A - 一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置及方法。该装置包括磨床、测量平台、测量平台纵向直线导轨、高精度直线光栅位移传感器和圆光栅角位移传感器、测量工作架、测量工作架横向直线导轨、测量工作架横向移动驱动手轮、测量工作架横向移动丝杆副、测量工作架横向运动锁紧螺母以及测头。该方法利用丝杆转动经由测头带动测量平台纵向运动，通过纵向直线光栅位移传感器及与主轴同步旋转的圆光栅角位移传感器返回位移和转角数据。测量起始与终止时刻，记录转角数据和及位移数据和，将数据代入公式，得到滚珠丝杆的螺距误差Δ=（-）-，T为丝杆导程。本发明实现了滚珠丝杆螺距误差的动态在线检测,保障了滚珠丝杆螺距的加工精度和效率。

Description

一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置及方法。
背景技术
滚珠丝杆副由滚动摩擦来代替滑动摩擦，因而具有传动平稳、效率高、回程误差小等特点，在航空、汽车、机床等领域得到广泛应用。随着工业化进程的加速，人们对滚珠丝杆的需求越来越大，对丝杆的定位精确度要求也越来越高。滚珠丝杆的螺旋线对丝杆的定位起着主要作用，其精度决定了滚珠丝杆的质量，这就要求丝杆螺旋线有较高的精度。滚珠丝杆副工作时与滚道接触的滚珠分为左右两部分，传统的静态测量方法在测量时，如果分别以左右牙面的原始数据来计算，由于丝杆副传动过程中左右面同时起定位作用，这样计算的方法就缺乏合理性，必然存在原理上的误差。另一方面，丝杆测量仪器独立于机床，测量时需将丝杆从机床上卸下，而且由于安装误差等原因导致丝杆的测量基准和加工基准不一致，因此不利于及时在加工过程中对螺距误差进行补偿。而采用在线动态测量，可以真实反映螺距误差，且能够实现加工、测量基准的统一，有利于及时在磨削过程中修正螺距。 
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置及方法，实现加工、测量基准的统一，有利于在磨削过程中修正螺距。为了达到上述目的，本发明的构思是：滚珠丝杆螺纹磨削的动态在线测量装置及方法，需要在数控磨床上安装测量平台、测量平台纵向直线导轨、高精度直线光栅位移传感器和圆光栅角位移传感器、测量工作架、测量工作架横向直线导轨、测量工作架横向移动驱动手轮、测量工作架横向移动丝杆副、测量工作架横向运动锁紧螺母以及测头。测量平台纵向直线导轨与丝杆轴线平行，测头的中心与顶尖中心等高，测头的直径与滚珠丝杆的滚珠直径相同，并可根据滚珠丝杆的不同规格更换相应的测头。测量时，通过手轮摇出测头并使之始终与丝杆螺纹滚道充分接触，由磨床头架驱动丝杆转动，再通过测头带动整个测量平台沿纵向直线导轨运动，实现滚珠丝杆螺距的在线测量。该装置的机械结构简单，只需对滚珠丝杆磨床稍作修改便可以实现滚珠丝杆螺纹磨削螺距误差的动态在线测量。
本发明利用滚珠丝杆螺纹磨床头架主轴带动圆光栅角位移传感器和丝杆同步转动，由丝杆驱动测头带动整个测量平台沿纵向直线导轨移动。即当丝杆转动时，圆光栅同步转动，使圆光栅尺相对于圆光栅读数头作回转运动；同时丝杆驱动球形测头并带动整个测量平台沿纵向直线导轨运动，使光栅读数头相对直线光栅尺作直线运动，从而分别产生磨床头架主轴（即丝杆）的角位移和测量平台的直线位移数据。测量起始与终止时，计算机记录磨床头架主轴圆光栅转角数据                                               以及测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 201310080711X100002DEST_PATH_IMAGE004
，由螺距误差计算公式求得丝杆在该段距离内的螺距误差值。
根据上述构思，本发明采用以下技术方案：
一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量方法，采用下述测量装置进行测量，其操作步骤为：
1)     将测量平台沿纵向直线导轨手动推出，达到丝杆测量起始位置；
2)     利用横向移动驱动手轮将测量工作架沿横向直线导轨摇出，直至测头与丝杆滚道充分接触，拧紧横向锁紧螺母固定测量工作台在横向直线导轨上的位置，使测头在测量过程中始终与丝杆滚道保持接触；
3)     计算机记录测量起始位置数据：测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 201310080711X100002DEST_PATH_IMAGE006
， 以及磨床头架主轴圆光栅的转角数据
Figure 201310080711X100002DEST_PATH_IMAGE008
；
4)     驱动磨床头架主轴，带动加工完毕的丝杆旋转，由丝杆驱动测头带动整个测量平台沿纵向直线导轨移动，直到测头到达丝杆测量终止位置；
5)     计算机记录测量终止位置数据：测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 201310080711X100002DEST_PATH_IMAGE010
，以及磨床头架主轴圆光栅转角数据；
6)     计算机根据公式求得该段区间内丝杆的螺距误差Δ，并输出结果：
Δ=实际轴向位移-理论轴向位移=（
Figure 876865DEST_PATH_IMAGE010
- ）- 
其中，T为丝杆导程。
7)     放松横向锁紧螺母，利用横向移动驱动手轮将测量工作架沿横向直线导轨摇回，直到测头到达不干扰磨削的非测量位置，再拧紧横向锁紧螺母固定测量工作台在横向直线导轨上的位置；
8)     将测量平台沿纵向直线导轨手动推回至磨床尾架端。
本发明中所用的测量装置，主要由测量平台、测量平台纵向直线导轨、高精度直线光栅位移传感器和圆光栅角位移传感器、测量工作台架、测量工作架横向直线导轨、测量工作架横向移动驱动手轮、测量工作架横向移动丝杆副、测量工作架横向运动锁紧螺母以及测头组成。其特征在于：
圆光栅角位移传感器加装在磨床头架主轴上，测量平台纵向直线导轨以及高精度直线光栅位移传感器都安装在磨床床身上。测量平台安装在纵向直线导轨的滑块上，并同时与高精度直线光栅位移传感器的读数头紧固连接。横向直线导轨安装在测量平台上，测量工作架则安装在横向直线导轨的滑块上，并与测量工作架横向移动丝杆副的螺母紧固连接。测头则安装在测量工作架前端。
在机床进行丝杆磨削加工时，测量工作架沿横向直线导轨缩回，对正常的磨削加工过程不产生影响；当进行丝杆螺距误差测量时，测量平台沿纵向直线导轨移出，到达测量起始位置时，利用横向移动驱手轮将测量工作架沿横向直线导轨摇出，直到测头与丝杆滚道充分接触，再用横向运动锁紧螺母固定测量工作架在横向直线导轨上的位置，使测头在测量过程中始终与丝杆滚道保持接触。
在进行丝杆螺距误差测量时，利用滚珠丝杆螺纹磨床头架主轴转动带动圆光栅角位移传感器和丝杆同步转动，由丝杆驱动测头带动整个测量平台沿纵向直线导轨移动。即当丝杆转动时，圆光栅同步转动，使圆光栅尺相对于圆光栅读数头作回转运动；同时丝杆驱动球形测头并带动整个测量平台沿纵向直线导轨运动，使直线光栅读数头相对直线光栅尺作直线运动，从而分别产生磨床头架主轴（即丝杆）的角位移和测量平台的直线位移数据。
本发明与现有传统技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：一，动态测量，避免了静态测量原理上的误差，能真实的反映螺距误差；二，在机测量，能够实现加工、测量基准的统一，有利于及时在磨削过程中修正螺距。
附图说明
图1是本发明中所述磨削加工时测量装置所处位置图（加工工位）。
图2是本发明中所述测量过程示意图（测量工位）。
图3是本发明中所述测量机构局部放大左视图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1、图2、图3，测量装置由测量平台（11）、测量平台纵向直线导轨（12）、高精度直线光栅位移传感器（6）和圆光栅角位移传感器（2）、测量工作架（5）、测量工作架横向直线导轨（8）、测量工作架横向移动驱动手轮（10）、测量工作架横向移动丝杆副（9）、测量工作架横向锁紧螺母（7）、测头（4）组成。被测丝杆（3）安装在磨床头尾架间，由前后顶针定位，圆光栅角位移传感器（2）加装在磨床头架主轴上，测量平台纵向直线导轨（12）以及高精度直线光栅位移传感器（6）都安装在磨床床身上（1）。测量平台（11）安装在纵向直线导轨（12）的滑块上，并同时与高精度直线光栅位移传感器（6）的读数头紧固连接。横向直线导轨（8）安装在测量平台（11）上，测量工作架（5）则安装在横向直线导轨（8）的滑块上，并与测量工作架横向移动丝杆副（9）的螺母紧固连接。测头（4）则安装在测量工作架（5）前端。
实施例二：
基于上述测量装置，本滚珠丝杆磨削的动态在线测量的方法如下：
将测量平台沿纵向直线导轨手动推出，达到丝杆测量起始位置；利用横向移动驱动手轮将测量工作架沿横向直线导轨摇出，直至测头与丝杆滚道充分接触，拧紧横向锁紧螺母固定测量工作架在横向直线导轨上的位置，使测头在测量过程中始终与丝杆滚道保持接触；计算机记录测量起始位置数据， 包括：测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 940953DEST_PATH_IMAGE006
， 以及磨床头架主轴圆光栅的转角数据
Figure 590240DEST_PATH_IMAGE008
；驱动磨床头架主轴，带动加工完毕的丝杆回转，由丝杆驱动测头带动整个测量平台沿纵向直线导轨移动，直到测头到达丝杆测量终止位置；再由计算机记录测量终止位置数据：测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 721007DEST_PATH_IMAGE010
，以及磨床头架主轴圆光栅转角数据
Figure 859864DEST_PATH_IMAGE012
；根据公式：螺距误差Δ=实际轴向位移-理论轴向位移=（
Figure 115396DEST_PATH_IMAGE010
- ）- 
Figure 615965DEST_PATH_IMAGE014
，其中T为丝杆导程，由计算机求得该段区间内丝杆的螺距误差Δ，并输出结果；最后放松横向锁紧螺母，利用手轮将测量工作架沿横向直线导轨摇回，直到测头到达不干扰磨削的非测量位置，再拧紧横向锁紧螺母固定测量工作架在横向直线导轨上的位置；将测量平台沿纵向直线导轨手动推回至磨床尾架端。

Claims (2)

1.一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置，包括：磨床、测量平台（11）、测量平台纵向直线导轨（12）、高精度直线光栅位移传感器（6）、圆光栅角位移传感器（2）、测量工作架（5）、测量工作架横向直线导轨（8）、测量工作架横向移动驱动手轮（10）、测量工作架横向移动丝杆副（9）、测量工作架横向运动锁紧螺母（7）以及测头（4），其特征在于：
所述圆光栅角位移传感器（2）安装在磨床头架主轴上；所述测量平台纵向直线导轨（12）与高精度直线光栅位移传感器（6）相互平行固定安装在磨床床身上；所述测量平台（11）安装在测量平台纵向直线导轨（12）滑配的滑块上，并同时与高精度直线光栅位移传感器（6）的读数头紧固连接；测量工作架横向直线导轨（8）安装在测量平台（11）上，测量工作架（5）则安装在测量工作架横向直线导轨（8）滑配的滑块上，并与测量工作架横向移动丝杆副（9）的螺母紧固连接；所述测头（4）则安装在测量工作架（5）前端；
在机床进行丝杆磨削加工时，测量工作架（5）沿测量工作架横向直线导轨（8）缩回，对正常的磨削加工过程不产生影响；当进行丝杆螺距误差测量时，测量平台（11）沿测量平台纵向直线导轨（12）移出，到达测量起始位置时，利用测量工作架横向移动驱手轮（10）将测量工作架（5）沿测量工作架横向直线导轨（8）摇出，直到测头（4）与丝杆滚道充分接触，再用横向运动锁紧螺母固定测量工作架（5）在测量工作架横向直线导轨（8）上的位置，使测头（4）在测量过程中始终与丝杆滚道保持接触；
在进行丝杆螺距误差测量时，利用滚珠丝杆螺纹磨床头架主轴转动带动圆光栅角位移传感器（2）和丝杆同步转动，由丝杆驱动测头（4）带动整个测量平台（11）沿测量平台纵向直线导轨（2）移动；即当丝杆转动时，圆光栅角位移传感器（2）同步转动，使圆光栅尺相对于圆光栅读数头作回转运动；同时丝杆驱动球形测头（4）并带动整个测量平台（11）沿测量平台纵向直线导轨（12）运动，使直线光栅读数头相对直线光栅尺作直线运动，从而分别产生磨床头架主轴，即丝杆的角位移和测量平台（11）的直线位移数据。
2.一种滚珠丝杆磨削的动态在线测量方法，采用根据权利要求1所述的滚珠丝杆磨削的动态在线测量装置进行测量，其特征在于：操作步骤如下：
1)      将测量平台(11)沿测量平台纵向直线导轨（12）手动推出，达到丝杆测量起始位置；
2)      利用测量工作架横向移动驱动手轮（10）将测量工作架（5）沿测量工作架横向直线导轨（8）摇出，直至测头（4）与丝杆滚道充分接触，拧紧横向锁紧螺母固定测量工作台（11）在测量工作台横向直线导轨（12）上的位置，使测头（4）在测量过程中始终与丝杆滚道保持接触；
3)      计算机记录测量起始位置数据：测量平台纵向直线光栅位移数据                                               
Figure 201310080711X100001DEST_PATH_IMAGE002
， 以及磨床头架主轴圆光栅的转角数据
Figure 201310080711X100001DEST_PATH_IMAGE004
；
4)      驱动磨床头架主轴，带动加工完毕的丝杆旋转，由丝杆驱动测头（4）带动整个测量平台（11）沿测量平台纵向直线导轨（12）移动，直到测头（4）到达丝杆测量终止位置；
5)      计算机记录测量终止位置数据：测量平台纵向直线光栅位移数据
Figure 201310080711X100001DEST_PATH_IMAGE006
，以及磨床头架主轴圆光栅转角数据
Figure 201310080711X100001DEST_PATH_IMAGE008
；
6)      计算机根据公式求得该段区间内丝杆的螺距误差Δ，并输出结果：螺距误差Δ=实际轴向位移-理论轴向位移=（
Figure 731433DEST_PATH_IMAGE006
- ）- 
Figure 201310080711X100001DEST_PATH_IMAGE010
其中，T为丝杆导程；
7)      放松横向锁紧螺母，利用横向移动驱动手轮（10）将测量工作架（5）沿测量工作架横向直线导轨（8）摇回，直到测头（4）到达不干扰磨削的非测量位置，再拧紧横向锁紧螺母固定测量工作台（10）在测量平台横向直线导轨（12）上的位置；
8）将测量平台（11）沿测量平台纵向直线导轨（12）手动推回至磨床尾架端。
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