CN104075886A - 模块化滚动直线导轨副结合部静刚度测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，使被测试导轨副与桥式箱体上A、B、C三个定位孔之间具有确定的定位关系；将拉力加载机构固定在定位孔A中，实现法向拉刚度测试加载；将压力加载机构固定在定位孔A中，实现法向压刚度测试加载；移动导轨块使法向压载荷偏置，实现绕Y轴的角刚度测试加载，将压力加载机构固定在定位孔B中，实现侧向刚度测试加载；移动导轨块使侧向压载荷偏置，实现绕Z轴的角刚度测试加载，将压力加载机构固定在定位孔C中，实现绕X轴的角刚度测试加载。本发明还公开了一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置。本发明的装置及方法简单易行，适应性强。

Description

模块化滚动直线导轨副结合部静刚度测试方法与装置

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，涉及一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，本发明还涉及一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置。

背景技术

滚动直线导轨副广泛应用于数控机床、机器人等数控装备中，是数控装备中运动部件实现低摩擦进给的主要功能部件。滚动直线导轨副是在导轨块与导轨条(支承导轨)之间放置滚动体(滚珠、滚柱)，从而实现导轨块与导轨条之间极低的滚动摩擦传动，由导轨块与导轨条之间部分(含滚动体)组成滚动直线导轨副结合部。滚动直线导轨副结合部刚度(即滚动导轨块与支承导轨条之间所形成的结合部刚度)直接影响着机床结构的整机静、动态性能。

影响滚动直线导轨副结合部刚度的因素较多，包括滚动体形式(滚珠型、滚柱型)及尺寸、滚动体数量及排列方式、滚道结构型式及尺寸、导轨块结构型式及尺寸、导轨条结构型式及尺寸、预紧力大小、润滑条件等，而且生产中由于滚动体、滚道形状及其尺寸误差的存在，导致滚动直线导轨副结合部刚度值具有一定的分散度，采用理论计算方法难以准确定出导轨副结合部的六项刚度值。因此只有通过实验方法才能准确测试出某规格滚动直线导轨副结合部刚度。

滚动导轨副结合部可以承受除其运动方向以外的载荷，具有法向拉、压、侧向三个线刚度及绕三个坐标轴的三向角刚度，目前还没有关于六个刚度的测试方法及装置的报道，许多滚动导轨样本所给出的刚度值也只是基于赫兹理论计算出来的理论刚度值。另一方面，滚动直线导轨副具有一个方向的运动自由度，由于其结构的特殊性，导致进行六项刚度测试较为困难，同时由于滚动导轨的规格尺寸多种多样，采用一套装置完成多种不同规格尺寸导轨副刚度测试困难更大。

因此研制适合于多种不同规格滚动导轨副刚度的测试方法及装置，对提高和控制滚动直线导轨产品质量、开发新型导轨副产品及为机床结构特性分析提供滚动直线导轨副结合部刚度数据等具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，解决了现有技术条件下由于滚动导轨的规格尺寸多种多样，滚动导轨副结合部六项刚度难以测试的问题。

本发明的另一目的是提供一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法。

本发明采用的技术方案是，一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，包括桥式箱体与底板连接而成，桥式箱体上设置有A、B、C三个定位孔，被测试导轨副通过模拟支承件固定在底板上；

将压力加载机构固定在定位孔A中，称为法向压刚度加载机构，用于实现法向压刚度测试加载；

将拉力加载机构固定在定位孔A中，称为法向拉刚度加载机构，用于实现法向拉刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔B中，称为侧向刚度加载机构，用于实现侧向刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔A中，导轨块偏移安装，使法向压载荷偏置，称为绕Y轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Y轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔B中，导轨块偏移安装，使侧向压载荷偏置，称为绕Z轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Z轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔C中，称为绕X轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕X轴的角刚度测试加载。

本发明采用的另一技术方案是，一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，利用上述的结构，将被测试导轨副通过模拟支承件固定在底板上，使被测试导轨副与桥式箱体上A、B、C三个定位孔之间具有确定的定位关系；

将压力加载机构固定在定位孔A中，进行法向压刚度测试加载；

将拉力加载机构固定在定位孔A中，进行法向拉刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔B中，进行侧向刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔A中，导轨块偏移安装，使法向压载荷偏置，进行导轨副结合部的绕Y轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔B中，导轨块偏移安装，使侧向压载荷偏置，进行导轨副结合部的绕Z轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔C中，进行导轨副结合部的绕X轴的角刚度测试加载，

将导轨副结合部在不同载荷作用下的变形值绘制成相应的“载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的各个测试刚度变化规律。

本发明有益效果是，

1)为了真实反映滚动直线导轨副在机床结构中的接触状况，采用模块化结构，本测试装置设置有两种加载装置、导轨条支承装置，通过变换不同加载方式能够实现六项静刚度测试，不仅可以在被测对象一次装夹下实现六项静刚度测试，即法向(拉、压)、侧向三个线刚度及三个角刚度，通过更换较少部分零件，可适应不同规格尺寸的滚动直线导轨副结合部的六项静刚度测试。2)在刚度测试中，以滚动直线导轨副为试验对象，采用在不同位置设置位移传感器，可以检测不同外载荷作用下的滚动直线导轨副结合部的变形(即导轨块与导轨条之间的相对位移)，通过对试验获取数据进行拟合处理，得到滚动直线导轨副结合部的变形与外载荷之间的函数关系曲线，通过对该关系函数求导，得到滚动直线导轨副结合部刚度。

通过本发明装置可测试出不同规格、不同预紧力条件下的滚动直线导轨副结合部刚度值，不仅可以为滚动直线导轨副的性能及质量评价提供实验数据，而且可以为机床整机结构性能的预测分析及合理选配滚动直线导轨副提供依据，对新型滚动直线导轨副产品的设计开发具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的导轨副坐标系定义示意图；

图2为本发明的导轨副坐标系投影视图，a为横向截面示意图，b为纵向结构示意图；

图3为本发明的导轨副法向拉、压刚度测试原理图，a为横向截面示意图，b为纵向结构示意图；

图4为本发明的导轨副侧向刚度测试原理图，a为横向截面示意图，b为俯视结构示意图；

图5为本发明的导轨副绕X轴角刚度测试原理图，a为横向截面示意图，b为俯视结构示意图；

图6为本发明的导轨副Y轴角刚度测试原理图，a为横向截面示意图，b为纵向结构示意图；

图7为本发明的导轨副Z轴角刚度测试原理图，a为俯视结构示意图，b为纵向结构示意图；

图8为本发明的法向压刚度测试装置结构示意图；

图9为本发明的法向拉刚度测试装置结构示意图；

图10为本发明的绕Y轴角刚度测试装置结构示意图；

图11为本发明的侧向刚度测试装置结构示意图；

图12为本发明的绕Z轴角刚度测试装置结构示意图；

图13为本发明的X角刚度测试装置结构示意图。

图中，1.导轨条，2.导轨块，3.滚动体，4.钢球，5.加力导杆A，6.导向套筒，7.力传感器，8.过渡件，9.加力螺栓，10.加载套筒，11.桥式箱体，12.模拟连接件，13.模拟支承件，14.底板，15.扣板，16.拉力头，17.销，18.接杆，19.螺杆，20.定位压套，21.螺母，22.垫块，23.推力轴承，24.过渡块，25.力传感器，26.加力导杆B，27.加力导杆C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为导轨副坐标系的定义示意图，图2为导轨副坐标系投影截面视图。坐标原点O定义在上下四排滚珠的对称面内，即X轴、Y轴、Z轴对称面的相交处，导轨副坐标系XYZ-O位于导轨块的对称位置。Z轴垂直导轨块顶面称为法向，位于其对称位置；X轴沿导轨块运动方向，位于上下两排滚珠的对称轴位置及导轨块沿X轴的对称位置；Y轴垂直于导轨块的侧面称为侧向，位于两列滚珠的对称位置。

本发明模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，所测试的导轨副结合部三个线刚度是：沿Z轴、Y轴的线刚度，即法向的拉刚度(Z轴正向)、压刚度(Z轴反向)，侧向刚度(Y轴)；

本发明模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，所测试的导轨副结合部三个角刚度是：绕X、Y、Z轴的角刚度，分别用U、V、W表示，即绕X轴回转为U、绕Y轴回转为V、绕Z轴回转为W。

图3是本发明方法的导轨副结合部法向拉、压刚度测试原理图，采用两向视图表达。测试导轨副结合部的法向压刚度时，将导轨条1底面固定，在垂直导轨顶面D点处沿Z轴负方向加载。导轨副结合部的变形通过位于XOZ平面内所设置的四个微位移传感器来测量，其测量位移值分别为U₁、U₂、U₃、U₄，其中测量位移值U₁、U₃通过随着在导轨块2上两端的两个微位移传感器测量，测量位移值U₂、U₄通过设置在导轨条1上靠近导轨块2处的另外两个微位移传感器测量，则导轨副结合部变形量δ₁＝U₁-U₂＝U₃-U₄。将导轨副结合部在不同法向压载荷作用下的变形值绘制成“法向压载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的法向压刚度变化规律。

测试导轨副结合部的法向拉刚度时，将导轨条1底面固定，在垂直导轨顶面D点处沿Z轴正方向加载，导轨副结合部变形仍然通过上述四个微位移传感器来测量，其测量位置不变，导轨副结合部变形量δ₂＝U₁-U₂＝U₃-U₄。将导轨副结合部在不同法向拉载荷作用下的变形值绘制成“法向拉载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的法向拉刚度变化规律。

图4是本发明方法的导轨副侧向刚度测试原理图，采用两向视图表达。测试导轨副结合部的侧向刚度时，将导轨条1底面固定，沿Y轴方向垂直导轨块2的侧面在E点处加载F_Y，导轨副结合部侧向变形通过位于XOY平面内的四个微位移传感器来测量，其测量位移值分别为U₅、U₆、U₇、U₈，其中测量位移值U₆、U₈通过设置在导轨块2侧面两端的两个微位移传感器测得，测量位移值U₅、U₇通过设置在导轨条1侧面靠近导轨块2位置的另外两个微位移传感器测得，则导轨副结合部侧向变形量δ₂＝U₆-U₅＝U₈-U₇。将不同侧向载荷下的结合部侧向变形绘制成“侧向载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的侧向静刚度变化规律。

图5是本发明方法的导轨副结合部绕X轴角刚度测试原理图，采用两向视图表达。测量导轨副结合部绕X轴角刚度时，将导轨条1底面固定，在导轨块2的侧面G点处平行Y轴反方向加载荷F_G，F_G位于YOZ平面内且与Y轴垂直距离为Z，将该载荷简化到导轨副坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的力矩为M_X＝F_G×Z，附加侧向力为F_Y′＝F_G；在YOZ平面内设置一个微位移传感器，其测量位移值为U₉，该微位移传感器与载荷F_G共线，在导轨块2的侧面测试；在导轨条1顶面上靠近导轨块2两端位置分别设置一个微位移传感器，其测量位移值分别为U₁₀、U₁₁，该两个微位移传感器的测量点与XOZ平面的距离均为Y；在Y轴反方向的延长线上的导轨块2的侧面设置另一微位移传感器，其测量位移值为U₁₂，则有：

导轨块2绕X轴的摆角为： ${\mathrm{\θ}}_{X2}=\frac{U_9-U_{12}}{Z},---\left(1\right)$

导轨条1绕X轴的摆角为： ${\mathrm{\θ}}_{X1}=\frac{U_{10}}{Y}=\frac{U_{11}}{Y},---\left(2\right)$

导轨副结合部绕X轴的摆角为：θ_X=θ_X2-θ_X2，   (3)

统计上述力矩载荷M_x和绕X轴角位移θ_X数据，绘制出导轨副结合部的“力矩载荷M_X与角位移θ_X”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕X轴角刚度的变化规律。

图6是本发明方法的导轨副绕Y轴角刚度测试原理图，采用两向视图表达。测试导轨副结合部绕Y轴的角刚度时，将导轨条1底面固定，在导轨块2顶面上P点处平行Z轴沿反方向施加载荷F_P，F_P位于XOZ平面内，加力点P在XOZ平面内，且与Z轴垂直距离为X₁；将该载荷简化到导轨坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的绕Y轴力矩为M_Y＝F_P×X₁；附加法向压载荷为F_Z′＝F_P；导轨副结合部绕Y轴的角位移通过分别位于XOZ平面内的四个微位移传感器测量后换算得到，其测量位移值分别为U₁、U₂、U₃、U₄，其中测量位移值U₁、U₃通过设置在导轨块2上表面两端的两个微位移传感器测得，测量位移值U₂、U₄通过设置在导轨条1上表面靠近测点导轨块2处的另外两个微位移传感器测得；在此设定测量位移值U₁、U₂、U₃、U₄沿Z轴反方向为正，即沿所加载荷F_P方向的位移为正，导轨块2沿X轴方向的长度为L，因此力矩M_Y所产生的绕Y的角位移为：

${\mathrm{\θ}}_Y=\frac{(U_1-U_2)-(U_3-U_4)}{L},---\left(4\right)$

统计上述力矩载荷M_Y和绕Y轴角位移θ_Y，绘制导轨副结合部的绕Y轴“力矩载荷M_Y与角位移θ_Y”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕Y轴角刚度的变化规律。

图7是本发明方法的导轨副绕Z轴角刚度测试原理图，采用两向视图表达。测试导轨副结合部绕Z轴角刚度时，将导轨条1底面固定，在导轨块2的侧面H点处平行Y轴方向施加载荷F_H，F_H位于XOY平面内，加载点H与YOZ平面的垂直距离为X₂；将该载荷简化到导轨副坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的绕Z轴的力矩为M_Z＝F_H×X₂，附加侧向载荷为F_Y′＝F_H；导轨副结合部绕Z轴角位移通过分别位于XOY平面内的四个微位移传感器测量后换算得到，其测量位移值分别为U₅、U₆、U₇、U₈，其中测量位移值U₆、U₈通过设置在导轨块2加载的对面侧面两端的两个微位移传感器测得，测量位移值U₅、U₇通过设置在导轨条1靠近导轨块2位置的另外两个微位移传感器测得；在此设定测量位移值U₅、U₆、U₇、U₈沿Y轴为正，即沿外载荷F_H方向的位移为正，导轨块2沿X轴方向的长度为L，则力矩M_Z所产生的绕Z的角位移为：

${\mathrm{\θ}}_Z=\frac{(U_6-U_5)-(U_8-U_7)}{L},---\left(5\right)$

统计上述力矩载荷M_Z和绕Z轴角位移θ_Z，绘制导轨副结合部的“力矩载荷M_Z与角位移θ_Z”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕Z轴角刚度的变化规律。

上述的本发明方法，测试时所依赖的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置总体结构是，包括桥式箱体11与底板14连接而成的一个环形封闭结构，将被测试导轨副通过模拟支承件13固定在底板14上，桥式箱体11上设置有A、B、C三个定位孔，使被测试导轨副与桥式箱体11上A、B、C三个定位孔之间具有确定的定位关系；

将压力加载机构固定在定位孔A中，称为法向压刚度加载机构，用于实现法向压刚度测试加载；

将拉力加载机构固定在定位孔A中，称为法向拉刚度加载机构，用于实现法向拉刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔B中，称为侧向刚度加载机构，用于实现侧向刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔A中，导轨块2偏移安装，使法向压载荷偏置，称为绕Y轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Y轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔B中，导轨块2偏移安装，使侧向压载荷偏置，称为绕Z轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Z轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔C中，称为绕X轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕X轴的角刚度测试加载。

以下对各个测试装置(或称为加载机构)及其安装位置分别进行描述。

图8是本发明采用的法向压刚度加载机构示意图，被测试的导轨副结合部由导轨条1、导轨块2及滚动体3组成。法向压刚度加载机构(压力加载机构)的结构是，桥式箱体11与底板14固定联接，构成一个环形封闭结构；底板14上固定有模拟支承件13，在模拟支承件13上固定安装有导轨条1，在导轨块2向上固定连接有模拟连接件12；桥式箱体11上部中心位置开有定位孔A，定位孔A中套装有导向套筒6，导向套筒6中套装有加力导杆A5，定位孔A上端安装有加载套筒10，加载套筒10中套装有加力螺栓9，加力螺栓9向下通过过渡件8、力传感器7与加力导杆A5传动连接，加力导杆A5下端通过钢球4顶接在模拟连接件12上。

加载时，加力螺栓9依靠加载套筒10将作用力通过过渡件8、力传感器7、加力导杆A5、钢球4作用在模拟连接件12上，从而实现对被测试导轨副结合部的法向加压载荷，所加法向压载荷通过力传感器7测得，导向套筒6用于加力导杆A5的导向，保证所加压力垂直作用于导轨块2的顶面；模拟支承件13与底板14及桥式箱体11的定位关系保证所加压载荷位于被测试导轨副的XOZ平面内；通过导轨块2在导轨条1上的移动调节，使载荷通过钢球4作用在YOZ面内，从而实现了导轨副结合部沿Z轴反方向的压载荷加载。

通过模拟连接件12使载荷均匀施加在导轨块2的表面，以模拟实际的导轨块受力状况。另外，随着被测试导轨副规格的不同，通过更换模拟支承件13和模拟连接件12即可实现本发明装置对不同规格导轨副结合部的法向压刚度测试，再通过前述方法即可绘制出压载荷与压位移的关系曲线，进而得到导轨副结合部的压刚度曲线。

图9为导轨副结合部法向拉刚度加载机构示意图，法向拉刚度加载机构(拉力加载机构)的结构是，在桥式箱体11上部的定位孔A固定安装定位压套20，定位压套20上表面向上依次设置有力传感器25、过渡块24、推力轴承23、垫块22及螺母21，螺母21与螺杆19螺纹套接，螺杆19下端与接杆18固定连接，接杆18下端通过销17与拉力头16铰接，拉力头16与扣板15活动连接；扣板15向下与导轨块2固定连接，导轨条1向下与模拟支承件13固定连接，模拟支承件13与底板14固定连接。

加载时，通过拧动螺母21，提升螺杆19将拉载荷作用在导轨块2上，从而实现对被测试导轨副结合部的法向拉载荷的加载。为了测试拉载荷大小，螺母21将压力通过垫块22、推力轴承23、过渡块24作用在力传感器25上，通过力传感器25测得螺杆19的拉力大小；通过扣板15使载荷均匀施加在导轨块2的表面，以模拟实际的导轨块受力状况；模拟支承件13与底板14及桥式箱体11的定位关系保证使所加载荷位于被测试导轨副的XOZ平面内；同时通过扣板15与拉力头16定位关系，保证所加载荷位于YOZ面内(即沿Z轴正方向加载)，实现了导轨副结合部的法向拉载荷加载，再通过前述方法绘制出拉载荷与拉位移的关系曲线，进而得到导轨副结合部的拉刚度曲线。

图10为导轨副结合部绕Y轴角刚度加载机构示意图。利用图8所示的法向压刚度加载机构(压力加载机构)，将导轨块2沿X轴向一侧移动一定距离，使加载点与导轨副YOZ平面之间的偏移距离为X₁，通过压力和偏移量换算出绕Y所加力矩大小，通过前述方法绘制出力矩与偏转角的关系曲线，进而得到导轨副结合部绕Y轴角刚度曲线。

图11为导轨副结合部侧向刚度加载机构示意图。利用图8所示的压力加载机构移到桥式箱体11左侧的定位孔B中，同时将导柱5更换为加力导杆B26，其余结构件不变，即可实现侧向加载；定位孔B保证所加载荷位于导轨副XOY面，通过偏移导轨块2的位置使所加载荷通过Y轴，从而满足被测试导轨副结合部的侧向载荷加载要求，再通过前述方法绘制出侧向载荷与侧向位移的关系曲线，进而得到导轨副结合部侧向刚度曲线。

图12为导轨副结合部绕Z轴角刚度加载机构示意图，在图11安装结构基础上，将导轨块2沿X轴方向向一侧偏移，使加载点与导轨副YOZ平面之间的偏移距离为X₂，通过所加载荷和偏移量X₂换算出所加绕Z轴的力矩，再通过前述方法绘制出绕Z轴力矩与偏转角的关系曲线，进而得到导轨副结合部绕Z轴角刚度曲线。

图13为导轨副结合部绕X轴角刚度加载机构示意图，利用图8所示压力加载机构安装在桥式箱体11右侧的定位孔C中，同时将导柱A5更换为加力导杆C27，其余结构件不变，即可实现绕X轴角刚度测试加载；定位孔C保证所加载荷与导轨副XOY面距离为Z，这时通过偏移导轨块2使得所加载荷位于YOZ面内，通过所加载荷和偏移量Z可以换算出绕X轴所加力矩。通过前述方法即可绘制出绕X轴力矩与偏转角的关系曲线，进而得到导轨副结合部绕X轴角刚度曲线。

Claims (9)

1.一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于：包括桥式箱体(11)与底板(14)连接而成，桥式箱体(11)上设置有A、B、C三个定位孔，被测试导轨副通过模拟支承件(13)固定在底板(14)上；

将压力加载机构固定在定位孔A中，称为法向压刚度加载机构，用于实现法向压刚度测试加载；

将拉力加载机构固定在定位孔A中，称为法向拉刚度加载机构，用于实现法向拉刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔B中，称为侧向刚度加载机构，用于实现侧向刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔A中，导轨块(2)偏移安装，使法向压载荷偏置，称为绕Y轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Y轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔B中，导轨块(2)偏移安装，使侧向压载荷偏置，称为绕Z轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕Z轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔C中，称为绕X轴角刚度加载机构，用于实现导轨副结合部的绕X轴的角刚度测试加载。

2.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的法向压刚度加载机构的结构是，底板(14)上固定有模拟支承件(13)，在模拟支承件(13)上固定安装有导轨条(1)，在导轨块(2)向上固定连接有模拟连接件(12)；桥式箱体(11)上部中心位置开有定位孔A，定位孔A中套装有导向套筒(6)，导向套筒(6)中套装有加力导杆A(5)，定位孔A上端安装有加载套筒(10)，加载套筒(10)中套装有加力螺栓(9)，加力螺栓(9)向下通过过渡件(8)、力传感器(7)与加力导杆A(5)传动连接，加力导杆A(5)下端通过钢球(4)顶接在模拟连接件(12)上。

3.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的法向拉刚度加载机构的结构是，在桥式箱体(11)上部的定位孔A固定安装定位压套(20)，定位压套(20)上表面向上依次设置有力传感器(25)、过渡块(24)、推力轴承(23)、垫块(22)及螺母(21)，螺母(21)与螺杆(19)螺纹套接，螺杆(19)下端与接杆(18)固定连接，接杆(18)下端通过销(17)与拉力头(16)铰接，拉力头(16)与扣板(15)活动连接；扣板(15)向下与导轨块(2)固定连接，导轨条(1)向下与模拟支承件(13)固定连接，模拟支承件(13)与底板(14)固定连接。

4.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的绕Y轴角刚度加载机构是，利用权利要求2所述的法向压刚度加载机构，将导轨块(2)沿X轴向一侧移动一定距离，使加载点与导轨副YOZ平面之间的偏移距离为X₁。

5.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的侧向刚度加载机构是，利用权利要求2所述的法向压刚度加载机构移到桥式箱体(11)左侧的定位孔B中，同时将导柱(5)更换为加力导杆B(26)，其余结构件不变；定位孔B保证所加载荷位于导轨副XOY面，通过偏移导轨块(2)的位置使所加载荷通过Y轴。

6.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的绕Z轴角刚度加载机构是，在权利要求5的安装结构基础上，将导轨块(2)沿X轴方向向一侧偏移，使加载点与导轨副YOZ平面之间的偏移距离为X₂。

7.根据权利要求1所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试装置，其特征在于，所述的绕X轴角刚度加载机构是，利用利用权利要求2所述的法向压刚度加载机构安装在桥式箱体(11)右侧的定位孔C中，同时将导柱A(5)更换为加力导杆C(27)，其余结构件不变；定位孔C保证所加载荷与导轨副XOY面距离为Z，这时通过偏移导轨块(2)使得所加载荷位于YOZ面内。

8.一种模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，其特征在于，利用权利要求1所述的结构，将被测试导轨副通过模拟支承件(13)固定在底板(14)上，使被测试导轨副与桥式箱体(11)上A、B、C三个定位孔之间具有确定的定位关系；

将压力加载机构固定在定位孔A中，进行法向压刚度测试加载；

将拉力加载机构固定在定位孔A中，进行法向拉刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔B中，进行侧向刚度测试加载；

将压力加载机构固定在定位孔A中，导轨块(2)偏移安装，使法向压载荷偏置，进行导轨副结合部的绕Y轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔B中，导轨块(2)偏移安装，使侧向压载荷偏置，进行导轨副结合部的绕Z轴的角刚度测试加载，

将压力加载机构固定在定位孔C中，进行导轨副结合部的绕X轴的角刚度测试加载，

将导轨副结合部在不同载荷作用下的变形值绘制成相应的“载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的各个测试刚度变化规律。

9.根据权利要求8所述的模块化滚动直线导轨副静刚度测试方法，其特征在于，利用权利要求2-7所述的结构，分别按照以下方式进行实施：

1)测试导轨副结合部的法向压刚度时，将导轨条(1)底面固定，在垂直导轨顶面D点处沿Z轴负方向加载，导轨副结合部的变形通过位于XOZ平面内所设置的四个微位移传感器来测量，其测量位移值分别为U₁、U₂、U₃、U₄，其中测量位移值U₁、U₃设置在设置导轨块(2)上两端测量，测量位移值U₂、U₄设置在导轨条(1)上接近导轨块(2)处测量，则导轨副结合部变形量δ₁＝U₁-U₂＝U₃-U₄；将导轨副结合部在不同法向压载荷作用下的变形值绘制成“法向压载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的法向压刚度变化规律；

2)测试导轨副结合部的法向拉刚度时，将导轨条(1)底面固定，在垂直导轨顶面D点处沿Z轴正方向加载，导轨副结合部变形仍然通过前述四个微位移传感器来测量，其测量位置不变，导轨副结合部变形量δ₂＝U₁-U₂＝U₃-U₄；将导轨副结合部在不同法向拉载荷作用下的变形值绘制成“法向拉载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的法向拉刚度变化规律；

3)测试导轨副结合部的侧向刚度时，将导轨条(1)底面固定，沿Y轴方向垂直导轨块(2)的侧面在E点处加载F_Y，导轨副结合部侧向变形通过位于XOY平面内的另外四个微位移传感器来测量，其测量位移值分别为U₅、U₆、U₇、U₈，其中测量位移值U₆、U₈通过设置在导轨块(2)侧面两端测得，测量位移值U₅、U₇通过设置在导轨条(1)侧面接近导轨块(2)位置测得，则导轨副结合部侧向变形量δ₂＝U₆-U₅＝U₈-U₇；将不同侧向载荷下的结合部侧向变形绘制成“侧向载荷-变形”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的侧向静刚度变化规律；

4)测量导轨副结合部绕X轴角刚度时，将导轨条(1)底面固定，在导轨块(2)的侧面G点处平行Y轴反方向加载荷F_G，F_G位于YOZ平面内且与Y轴垂直距离为Z，将该载荷简化到导轨副坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的力矩为M_X＝F_G×Z，附加侧向力为F_Y′＝F_G；在YOZ平面内设置一个微位移传感器，其测量位移值为U₉，该微位移传感器与载荷F_G共线，在导轨块(2)的侧面测试；在导轨条(1)顶面上接近导轨块(2)两端位置分别设置一个微位移传感器，其测量位移值分别为U₁₀、U₁₁，该两个微位移传感器的测量点与XOZ平面的距离均为Y；在Y轴反方向的延长线上的导轨块(2)的侧面设置一微位移传感器，其测量位移值为U₁₂，则有：

导轨块(2)绕X轴的摆角为： ${\mathrm{\θ}}_{X2}=\frac{U_9-U_{12}}{Z},---\left(1\right)$

导轨条(1)绕X轴的摆角为： ${\mathrm{\θ}}_{X1}=\frac{U_{10}}{Y}=\frac{U_{11}}{Y},---\left(2\right)$

导轨副结合部绕X轴的摆角为：θ_X=θ_X2-θ_X1，   (3)

统计上述力矩载荷M_x和绕X轴角位移θ_X数据，绘制出导轨副结合部的“力矩载荷M_X与角位移θ_X”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕X轴角刚度的变化规律；

5)测试导轨副结合部绕Y轴的角刚度时，将导轨条(1)底面固定，在导轨块(2)顶面上P点处平行Z轴沿反方向施加载荷F_P，F_P位于XOZ平面内，加力点P在XOZ平面内，且与Z轴垂直距离为X₁；将该载荷简化到导轨坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的绕Y轴力矩为M_Y＝F_P×X₁；附加法向压载荷为F_Z′＝F_P；导轨副结合部绕Y轴的角位移通过分别位于XOZ平面内的四个微位移传感器测量后换算得到，其测量位移值分别为U₁、U₂、U₃、U₄，其中测量位移值U₁、U₃通过设置在导轨块(2)上表面两端测得，测量位移值U₂、U₄通过设置在导轨条(1)上表面接近测点导轨块(2)处测得；在此设定测量位移值U₁、U₂、U₃、U₄沿Z轴反方向为正，即沿所加载荷F_P方向的位移为正，导轨块(2)沿X轴方向的长度为L，则力矩M_Y所产生的绕Y的角位移为：

${\mathrm{\θ}}_Y=\frac{(U_1-U_2)-(U_3-U_4)}{L},---\left(4\right)$

统计上述力矩载荷M_Y和绕Y轴角位移θ_Y，绘制导轨副结合部的绕Y轴“力矩载荷M_Y与角位移θ_Y”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕Y轴角刚度的变化规律；

6)测试导轨副结合部绕Z轴角刚度时，将导轨条(1)底面固定，在导轨块(2)的侧面H点处平行Y轴方向施加载荷F_H，F_H位于XOY平面内，加载点H与YOZ平面的垂直距离为X₂；将该载荷简化到导轨副坐标中心O处时，对导轨副结合部所产生的绕Z轴的力矩为M_Z＝F_H×X₂，附加侧向载荷为F_Y′＝F_H；导轨副结合部绕Z轴角位移通过分别位于XOY平面内的四个微位移传感器测量后换算得到，其测量位移值分别为U₅、U₆、U₇、U₈，其中测量位移值U₆、U₈通过设置通过在导轨块(2)加载的对面侧面的两端测得，测量位移值U₅、U₇通过设置在导轨条(1)接近导轨块(2)位置测得；在此设定测量位移值U₅、U₆、U₇、U₈沿Y轴为正，即沿外载荷F_H方向的位移为正，导轨块(2)沿X轴方向的长度为L，则力矩M_Z所产生的绕Z的角位移为：

${\mathrm{\θ}}_Z=\frac{(U_6-U_5)-(U_8-U_7)}{L},---\left(5\right)$

统计上述力矩载荷M_Z和绕Z轴角位移θ_Z，绘制导轨副结合部的“力矩载荷M_Z与角位移θ_Z”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导，得到导轨副结合部的绕Z轴角刚度的变化规律。