CN103822777A - 直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，水平床身和竖直床身固连，水平床身一端设置起重系统，水平床身顶端设置测试系统，竖直床身上设置加载系统和限位系统，本发明能对机床在水平和竖直方向加工时的实际工况均能进行模拟，能对箝制器的主要性能指标——箝制力和刹车性能进行检测，同时可以针对上述两个主要性能指标进行可靠性、寿命试验。

Description

直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置

技术领域

本发明属于机械装置使用可靠性测试技术领域以及滚动功能部件测试领域，特别是一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置。 

背景技术

作为一种滚动功能部件，直线导轨副具有运动平稳、磨损小、承载能力强以及重复定位精度高等优点，是机床的常用部件，被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。随着制造业的发展，机械加工过程中加工件的重量越来越大，并且对零件进行的一系列加工操作多在垂直方向进行，因此需要在垂直方向进行定位并保持一段时间，此时工作载荷全部由导轨承担，严重影响导轨的寿命；另外当突然掉电时，工件和工作台容易坠落，造成财毁人亡的严重事故。因此，行业中正在开发一种具有能在导轨上进行箝制和刹车功能的箝制器装置以满足上述需求，本发明则是开发一种能对直线导轨副用箝制器的主要性能指标（箝制力以及刹车功能）进行快速评价的试验装置及试验方法，对产品进行检测并为产品选择提供依据。 

目前，国内一些厂家和科研院所已开发出一些直线导轨副用的箝制器装置（包括气动和液压箝制器等），但是对箝制器的性能进行检测评估的试验装置及试验方法尚为空白，没有相应的试验检测装置，就无法对箝制器装置的性能进行鉴定评估，从而影响产品的推广应用以及进一步优化。 

针对这种现状，我们非常有必要对直线导轨副用箝制器的性能、寿命、可靠性检测试验方法和相对应的试验装置进行研究。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对机床在水平和竖直方向加工时的实际工况均能进行模拟，能对箝制器的主要性能指标——箝制力和刹车性能进行检测，同时可以针对上述两个主要性能指标进行可靠性、寿命试验的直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置。 

实现本发明目的的技术解决方案为： 

一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，水平床身和竖直床身固连在一起，在水平床身与竖直床身连接面相对的一端设置起重电机，起重电机的输出轴与起重电机 用减速器连接，起重电机用减速器的输出轴与钢丝绳轮毂连接，钢丝绳轮毂通过钢丝绳轮毂支架支撑，在水平床身靠近起重电机的一面上固连起重电机用滑轮支架，起重电机用滑轮支架上设置有起重电机用滑轮；在水平床身的顶端面上固连有导轨转接板，导轨转接板上固连被测直线导轨，被测导轨上设置两组被测工作单元，每组被测工作单元包括被测滑块和被测箝制器，每组被测工作单元的被测滑块和被测箝制器均与滑块箝制器连接板固连在一起，钢丝绳通过起重电机用滑轮将钢丝绳轮毂和滑块箝制器连接板连接在一起，在水平床身上导轨转接板的一侧固连光栅尺，光栅读数头通过光栅读数头连接板与滑块箝制器连接板固连在一起；在竖直床身与水平床身接触面的上端固连有转向滑轮支架，转向滑轮支架上设置有转向滑轮，竖直床身顶端面开孔，弹簧的一端与孔的底面固连，另一端固连弹簧用滑轮支架，弹簧用滑轮支架上设置钢丝绳收紧滑轮，在孔内设置滑轮支架限位销，在孔口的两侧分别通过支撑滑轮支架设置支撑滑轮；在竖直床身上与水平床身连接面所相对的一面开有通槽，通槽的顶端固连加载电机用滑轮支架，加载电机用滑轮支架上设置加载电机用滑轮，通槽两侧面固连两组辅助直线导轨副，每组辅助直线导轨副包括辅助直线导轨和辅助滑块，两组辅助导轨副的辅助滑块均与质量块连接板固连在一起，在质量块连接板下方通过质量块连接销连接质量块，在竖直床身通槽上与两侧面垂直的主面上固连加载支撑板，在支撑板上固连竖直力加载电机、竖直力加载电机用减速器和加载头，加载头与质量块连接板接触；钢丝绳穿过固连加载支撑板并通过转向滑轮、支撑滑轮、钢丝绳收紧滑轮以及加载电机用滑轮将滑块箝制器连接板与质量块连接板连接，滑块箝制器连接板通过力传感器与钢丝绳连接；在竖直床身通槽上与两侧面垂直的主面上设置N组圆柱孔，N大于等于2，承载板上开有与通槽上圆柱孔直径相配合的圆柱孔，并通过制动圆柱销与竖直床身固连，承载板上设置液压减震器。 

本发明与现有技术相比，其显著优点： 

（1）本发明可以进行箝制力可靠性、寿命试验，可以进行带刹车箝制器的刹车寿命、可靠性试验。 

（2）本发明设计有导轨转接板，可对与不同型号导轨配合使用的箝制器进行性能检测试验，保证了试验装置的通用性。 

（3）本发明能模拟机床在水平和竖直两个方向工作时的工况，可对箝制器在两个不同方向上的工作性能进行检测试验。 

（4）本发明能对两组滑块—箝制器单元同时进行试验，大幅缩短了产品样本的性 能检测试验时间，提高了试验效率。 

（5）本发明采用电机与质量块复合加载方式，既能实现较大的加载力范围，同时加载力连续可调，又不需要电机具有很大的输出功率，满足要求的同时降低了成本。 

（6）本发明将力传感器安装在钢丝绳靠近滑块箝制器被测工作单元的一端，消除了由于钢丝绳的变形等其他因素对加载力造成的影响，能够较为准确的测出作用在滑块——箝制器被测工作单元上的实际加载力。 

（7）本发明通过制动圆柱销安装位置的不同，可以对箝制器在不同初速下的水平刹车性能进行试验检测。 

（8）本发明通过设计的起重系统，使整个试验机的自动化程度大幅提高，重复试验时大幅节省了人力。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

附图说明

图1本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置水平床身方向的总体结构示意图。 

图2是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置竖直床身方向的总体结构示意图。 

图3是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的总体剖面示意图。 

图4是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的滑块箝制器工作单元示意图。 

图5是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的加载系统示意图。 

图6是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的起重系统示意图。 

图7是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的测试系统示意图。 

图8是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的限位系统示意图。 

图9是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的箝制器箝制可靠性寿命试验流程图。 

图10是本发明直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置的箝制器刹车可靠寿命性试验流程图。 

具体实施方式

结合图1～图8： 

本发明一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，水平床身1和竖直床身2固连在一起，在水平床身1与竖直床身2连接面相对的一端设置起重电机12，起重电机12的输出轴与起重电机用减速器13连接，起重电机用减速器13的输出轴与钢丝绳轮毂14连接，钢丝绳轮毂14通过钢丝绳轮毂支架15支撑，在水平床身1靠近起重电机12的一面上固连起重电机用滑轮支架17，起重电机用滑轮支架17上设置有起重电机用滑轮16；在水平床身1的顶端面上固连有导轨转接板3，导轨转接板3上固连被测直线导轨4，被测导轨4上设置两组被测工作单元，每组被测工作单元包括被测滑块5和被测箝制器6，每组被测工作单元的被测滑块5和被测箝制器6均与滑块箝制器连接板7固连在一起，钢丝绳19通过起重电机用滑轮16将钢丝绳轮毂14和滑块箝制器连接板7连接在一起，在水平床身1上导轨转接板3的一侧固连光栅尺9，光栅读数头10通过光栅读数头连接板11与滑块箝制器连接板7固连在一起；在竖直床身2与水平床身1接触面的上端固连有转向滑轮支架40，转向滑轮支架40上设置有转向滑轮41，竖直床身2顶端面开孔，弹簧21的一端与孔的底面固连，另一端固连弹簧用滑轮支架20，弹簧用滑轮支架20上设置钢丝绳收紧滑轮36，在孔内设置滑轮支架限位销22，在孔口的两侧通过支撑滑轮支架39分别设置支撑滑轮38；在竖直床身2上与水平床身1连接面所相对的一面开有通槽，通槽的顶端固连加载电机用滑轮支架35，加载电机用滑轮支架35上设置加载电机用滑轮37，通槽两侧面固连两组辅助直线导轨副，每组辅助直线导轨副包括辅助直线导轨27和辅助滑块28，两组辅助导轨副的辅助滑块28均与质量块连接板29固连在一起，在质量块连接板29下方通过质量块连接销31连接质量块30，在竖直床身2通槽上与两侧面垂直的主面上固连加载支撑板23，在支撑板23上固连竖直力加载电机24、竖直力加载电机用减速器25和加载头26，加载头26与质量块连接板29接触；钢丝绳19穿过固连加载支撑板23并通过转向滑轮41、支撑滑轮38、钢丝绳收紧滑轮36以及加载电机用滑轮37将滑块箝制器连接板7与质量块连接板29连接，滑块箝制器连接板7通过力传感器8与钢丝绳19连接；在竖直床身2通槽上与两侧面垂直的主面上设置N组圆柱孔，N大于等于2，承载板33上开有与通槽上圆柱孔直径相配合的圆柱孔，并通过制动圆柱销32与竖直床身2固连，承载板33上设置液压减震器34。 

滑轮支架限位销22为条形，设置两个，对称固连在竖直床身2顶端面开孔内。 

竖直床身2通槽上与两侧面垂直的主面上设置的圆柱孔每组两个。 

试验方法： 

1、试验装置的加载 

本发明的试验装置加载系统采用了质量块30与竖直力加载电机24结合的混合加载方式。其中质量块30每块质量可为5000N，竖直力加载电机24的加载范围可以为0～6000N。首先由竖直力加载电机24从0N开始加载，力分辨率为2N，当加载力达到5000N时，用一块5000N的质量块30代替此时的加载力，竖直力加载电机24卸载；之后竖直力加载电机24作用在质量块30上重新从0N开始加载，当竖直力加载电机24的加载力达到5000N时，再加一块质量块30来代替此时的加载力。重复上述此过程，直到完成试验所要求的最大加载力。 

2、箝制力性能检测试验 

①最大箝制力检测 

加载系统加载完成后，两组被测工作单元中的一组被测工作单元中的被测箝制器6处于夹紧状态，另一组被测工作单元中被测箝制器6为未夹紧状态，此时通过光栅尺9检测被测滑块5是否产生位移；然后使第二组中被测箝制器6处于夹紧状态，第一组处于未夹紧状态，同样通过光栅尺9检测其是否产生位移。整个试验过程中两组滑块箝制器工作单元的工作状态如下表所示： 

表1试验过程中滑块箝制器被测单元的工作状态 

为了保证试验过程中的安全，从上表可以看出：两组滑块箝制器被测单元不会处于均未夹紧的状态。 

若试验过程中被测箝制器6产生位移，说明被测箝制器6的最大箝制力为此时的加载力。在不同的加载力下重复上述试验过程，即可测得被测箝制器6的最大箝制力。 

②箝制器箝制可靠性寿命试验 

箝制器的可靠性分为能否实现基本的夹紧——松开动作的可靠性以及实现箝制功能的可靠性。根据上述两种工况的不同，本发明分别对其可靠性寿命进行检测。整个试 验过程如图9所示。 

在无载荷的情况下，对被测箝制器6能否完成基本的夹紧——松开动作进行试验。试验时，使两组被测箝制器6重复夹紧——松开动作，直到被测箝制器6不能完成这一基本动作，记录被测箝制器6的工作次数，从而得到被测箝制器6能实现基本动作的可靠性寿命。 

在有载荷的情况下，对被测箝制器6实现箝制功能的可靠性寿命进行检测。通过加载系统加载到一定的载荷，使两组滑块箝制器被测工作单元按图9流程图所示方式循环夹紧，直到被测滑块5发生移动，说明此时被测箝制器6已不能完成箝制功能，记录相应的工作次数，得出被测箝制器6的箝制可靠性寿命。 

通过上述两种方法，可以检测出整个被测箝制器6的综合可靠性寿命。 

3、刹车性能检测试验 

根据加工方式的不同，机床可能在水平和竖直两个方向上均进行加工操作，相应地，箝制器也会在水平和竖直两个方向上被使用，而两个方向上的工况又有所不同，因此需要对箝制器在两个方向上的刹车性能进行试验检测。 

①水平方向刹车性能试验 

根据被测滑块5和被测箝制器6与被测导轨4摩擦力的大小选择适当的质量块30，根据刹车初速度要求计算出制动圆柱销32相应的安装位置，试验时利用质量块30的自由下落使被测工作单元获得相应的初速度，此时质量块30被制动圆柱销32限制，滑块箝制器被测单元在一定的初速度下进行刹车，通过光栅尺9可以测得被测箝制器6刹车距离，刹车完成后利用起重系统将滑块箝制器被测单元以及质量块30恢复到初始位置，可重复进行试验。 

根据测得的刹车位移信息，可以分析出被测箝制器6在一定初速度下的刹车性能，重复进行试验，可以对被测箝制器6的刹车可靠性进行检测，当被测箝制器6不能实现制动或制动距离过长时，说明被测箝制器6刹车失效。 

②竖直方向刹车性能试验 

初始状态时被测箝制器6处于夹紧状态，根据在竖直方向加工时的实际工况配重相应的质量块30，并使质量块30处于高处，此时竖直力加载电机24以及制动圆柱销32不再起作用。试验时，被测箝制器6松开，质量块30自由下落，带动被测工作单元运动，达到一定的初速度后，被测箝制器6开始刹车，直到质量块30完全实现制动，完 成整个刹车过程。通过起重系统将滑块箝制器被测单元以及质量块30恢复到初始位置，可重复进行试验。 

通过光栅尺9测得的刹车位移可以对被测箝制器6在竖直方向工况下的刹车性能进行分析，重复进行试验，可以对被测箝制器6的刹车可靠性进行检测，当被测箝制器6不能实现制动或制动距离过长时，说明被测箝制器6刹车失效。 

③刹车可靠性寿命试验 

箝制器的可靠性试验根据实际工况分为两种情况：箝制器在水平工况下进行工作和箝制器在竖直工况下进行工作。本发明能对上述两种情况下箝制器的刹车可靠性寿命进行试验检测。 

在水平工作条件下，根据被测滑块5和被测箝制器6与被测导轨4摩擦力的大小选择适当的质量块30，根据刹车初速度要求计算出制动圆柱销32相应的安装位置，起重系统将质量块置于高处初始位置处。试验时利用质量块30的自由下落使滑块箝制器被测单元获得相应的初速度，此时质量块30被制动圆柱销32限制，滑块箝制器被测单元在一定的初速度下进行刹车，看被测箝制器6能否完成刹车功能。若被测箝制器6能正常完成刹车功能，重复上述步骤，直到被测箝制器6不能完成刹车功能，此时记录被测箝制器6工作次数，得出被测箝制器6在水平工况下的刹车可靠性寿命。 

在竖直工作条件下，根据加工时的实际工况配重相应的质量块30，并利用起重系统将质量块30置于高处，此时被测箝制器6夹紧，将质量块30保持在初始位置处。试验时，被测箝制器6松开，质量块30自由下落，带动被测箝制器6运动，被测箝制器6开始刹车，直到质量块30完全实现制动，完成整个刹车过程。若被测箝制器6能正常完成整个刹车过程，则重复上述步骤，直到被测箝制器6不能完成刹车为止，此时被测箝制器6工作次数，得出被测箝制器6在竖直工况下的刹车可靠性寿命。 

整个试验过程如图10所示。 

本发明采用上述试验装置与方法，与现有技术相比有以下显著优点： 

本发明利用两组被测工作单元循环夹紧工作，使得加载系统不用重复加载——卸载过程即可连续进行箝制力的可靠性试验，简化了试验操作过程，同时大大缩短了试验时间。 

本发明通过有无载荷两种试验条件，可以对箝制器的基本结构可靠性及箝制功能可靠性进行检测。 

本发明能同时对两组滑块箝制器被测工作单元进行检测，提高了试验效率。 

本发明采用竖直力加载电机24与质量块30混合加载方式，加载力连续可调，可较为准确的测出箝制器的最大箝制力。 

本发明能模拟机床在水平和竖直两个方向工作时的工况，可对箝制器在两个不同方向上的工作性能进行检测试验。 

Claims (3)

1.一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，其特征在于：水平床身（1）和竖直床身（2）固连在一起，在水平床身（1）与竖直床身（2）连接面相对的一端设置起重电机（12），起重电机（12）的输出轴与起重电机用减速器（13）连接，起重电机用减速器（13）的输出轴与钢丝绳轮毂（14）连接，钢丝绳轮毂（14）通过钢丝绳轮毂支架（15）支撑，在水平床身（1）靠近起重电机（12）的一面上固连起重电机用滑轮支架（17），起重电机用滑轮支架（17）上设置有起重电机用滑轮（16）；在水平床身（1）的顶端面上固连有导轨转接板（3），导轨转接板（3）上固连被测直线导轨（4），被测导轨（4）上设置两组被测工作单元，每组被测工作单元包括被测滑块（5）和被测箝制器（6），每组被测工作单元的被测滑块（5）和被测箝制器（6）均与滑块箝制器连接板（7）固连在一起，钢丝绳（19）通过起重电机用滑轮（16）将钢丝绳轮毂（14）和滑块箝制器连接板（7）连接在一起，在水平床身（1）上导轨转接板（3）的一侧固连光栅尺（9），光栅读数头（10）通过光栅读数头连接板（11）与滑块箝制器连接板（7）固连在一起；在竖直床身（2）与水平床身（1）接触面的上端固连有转向滑轮支架（40），转向滑轮支架（40）上设置有转向滑轮（41），竖直床身（2）顶端面开孔，弹簧（21）的一端与孔的底面固连，另一端固连弹簧用滑轮支架（20），弹簧用滑轮支架（20）上设置钢丝绳收紧滑轮（36），在孔内设置滑轮支架限位销（22），在孔口的两侧通过支撑滑轮支架（39）分别设置支撑滑轮（38）；在竖直床身（2）上与水平床身（1）连接面所相对的一面开有通槽，通槽的顶端固连加载电机用滑轮支架（35），加载电机用滑轮支架（35）上设置加载电机用滑轮（37），通槽两侧面固连两组辅助直线导轨副，每组辅助直线导轨副包括辅助直线导轨（27）和辅助滑块（28），两组辅助导轨副的辅助滑块（28）均与质量块连接板（29）固连在一起，在质量块连接板（29）下方通过质量块连接销（31）连接质量块（30），在竖直床身（2）通槽上与两侧面垂直的主面上固连加载支撑板（23），在支撑板（23）上固连竖直力加载电机（24）、竖直力加载电机用减速器（25）和加载头（26），加载头（26）与质量块连接板（29）接触；钢丝绳（19）穿过固连加载支撑板（23）并通过转向滑轮（41）、支撑滑轮（38）、钢丝绳收紧滑轮（36）以及加载电机用滑轮（37）将滑块箝制器连接板（7）与质量块连接板（29）连接，滑块箝制器连接板（7）通过力传感器（8）与钢丝绳（19）连接；在竖直床身（2）通槽上与两侧面垂直的主面上设置N组圆柱孔，N大于等于2，承载板（33）上开有与通槽上圆柱孔直径相配合的圆柱孔，并通过制动圆柱销（32）与竖直床身（2）固连，承载板（33）上设置液压减震器（34）。

2.根据权利要求1所述的一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，其特征在于：所述的滑轮支架限位销（22）为条形，设置两个，对称固连在竖直床身（2）顶端面开孔内。

3.根据权利要求1所述的一种直线导轨副箝制器用可靠性检测试验装置，其特征在于：所述的竖直床身（2）通槽上与两侧面垂直的主面上设置的圆柱孔每组两个。

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