CN108115549A - 滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统及方法。该系统包括研磨加力模块及其内部设置的弹性变形圈，采用轴向压力测量模块测量研磨加力模块施加于弹性变形圈上的轴向压力。方法为：将多个电阻应变片绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈内壁的中部；旋转螺纹端盖，螺纹端盖将挤压垫片并最终通过垫片沿轴向挤压弹性变形圈，从而粘贴在弹性变形圈上的电阻应变片产生轴向应变；应变仪将检测得到的信号传输到计算机处理系统上，旋转螺纹端盖使其依次转过不同的角度，得到一组轴向压力与螺纹端盖旋转角度对应关系的数据，通过拟合处理得到二者的测量曲线。本发明测量过程灵敏快速，测量结果精确度高，并且提高了丝杠滚道表面的研磨加工精度。

Description

滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统及方法
技术领域
本发明属于滚珠丝杠滚道表面研磨加工技术领域，特别是一种滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统及检测方法。
背景技术
滚珠丝杠作为滚珠丝杠副中最关键的部件，丝杠的表面加工工艺是影响滚珠丝杠副精度保持性、可靠性等服役性能的重要因素。目前，国内滚珠丝杠滚道表面精加工工艺主要为研磨加工工艺，丝杠滚道表面经研磨加工后能有效地改善丝杠的导程误差、截形误差，降低滚道表面粗糙度，但在滚道表面研磨加工过程中，很难检测和控制研磨装置的轴向压力，而该压力是影响表面加工效果的重要因素。特别是在对丝杠滚道表面精度要求较高的情况下，如果轴向压力选择不恰当，极易造成丝杠滚道表面在研磨加工过程中的研磨不均匀，影响加工精度。因此保证研磨加工过程中研磨装置适当的轴向压力，对提高丝杠滚道表面的研磨加工精度有重要作用。
检索现有技术的文献发现，中国实用新型专利公开号CN204893685U，名称为一种研磨压力检测装置，该专利介绍了一种在研磨盘和用于施加轴向压力的升降气缸间安装压力传感器以实现对轴向压力进行精确测量的研磨压力检测装置。该装置可以测量加工工件型面为平面时工件所受的轴向压力，在使用中效果良好，但是该装置不能对加工工件型面为非平面的工件所受的轴向压力进行测量。中国发明专利公开号CN106041680A，名称为滚珠丝杠副外滚道研磨装置及研磨方法，该专利介绍了一种滚珠丝杠副外滚道研磨装置及研磨方法，该装置通过对聚氨酯变形圈施加轴向压力使其发生变形，从而产生对可调研磨螺母工装的径向压力即丝杠研磨加工所需的研磨压力，在具体实施中该装置通过测量研磨加工过程中可调研磨螺母工装和丝杠间的摩擦力矩间接测得径向研磨压力，但是该装置不能测量施加于聚氨酯变形圈上的轴向压力，而该轴向压力才是真正影响研磨加工效果的关键因素。
可见，目前研磨压力检测装置还存在很多局限性，包括只能测量型面为平面的工件在研磨加工过程中的轴向压力，和只能测量型面为非平面的工件在研磨加工过程中的径向压力。这些局限性将限制丝杠滚道表面的研磨加工精度的提高，从而限制滚珠丝杠副的服役性能的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统及检测方法，能够对加工型面为非平面的丝杠滚道表面进行研磨加工的研磨装置的轴向压力进行直接测量，从而可以在研磨加工时精确控制轴向压力，不会造成丝杠滚道表面在研磨加工过程中的研磨不均匀，大大提高丝杠滚道表面的研磨加工精度。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，包括研磨加力模块、弹性变形圈、研磨加工螺母和轴向压力测量模块，所述弹性变形圈设置在研磨加力模块与研磨加工螺母之间，研磨加工螺母套在待加工滚珠丝杠上并且其内部型面与待加工丝杠外滚道型面相配合，轴向压力测量模块用于测量研磨加力模块施加于弹性变形圈上的轴向压力。
进一步地，所述研磨加力模块包括螺纹端盖、垫片、外圈套筒和端盖挡板；外圈套筒的一端设置螺纹端盖，外圈套筒的另一端与端盖挡板通过螺栓连接；弹性变形圈设置于外圈套筒内部；弹性变形圈的一端与端盖挡板相接，弹性变形圈的另一端通过垫片与螺纹端盖相接。进一步地，所述弹性变形圈与研磨加力模块中的外圈套筒的配合为过盈配合。
进一步地，所述研磨加工螺母的长度与弹性变形圈的长度相同，并且研磨加工螺母与弹性变形圈的配合为过盈配合。
进一步地，所述轴向压力测量模块包括一组电阻应变片、应变仪、计算机处理系统，该组电阻应变片设置于弹性变形圈内壁，应变仪、以及计算机处理系统均设置在研磨加力模块外部，电阻应变片通过应变仪接入计算机处理系统。
进一步地，所述的一组电阻应变片数量为3～6个。
进一步地，所述电阻应变片为全桥应变片，并且绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈的中心轴。。
进一步地，所述弹性变形圈的材料为聚氨酯。
一种基于所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测方法，步骤如下：
步骤1、将n个电阻应变片绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈的中心轴；
步骤2、通过螺栓将外圈套筒的一端与端盖挡板连接，之后将弹性变形圈套入固连有端盖挡板的外圈套筒中，并且使弹性变形圈与端盖挡板相接；
步骤3、将垫片放入外圈套筒，使垫片与弹性变形圈相接，将螺纹端盖旋入外圈套筒，完成装配；
步骤4、旋转螺纹端盖使其转过角度α1，螺纹端盖将挤压垫片并最终通过垫片沿轴向挤压弹性变形圈，弹性变形圈在轴向压力P的作用下产生变形，从而粘贴在弹性变形圈上的电阻应变片产生轴向应变，使全桥电路的输出电压发生改变；
步骤5，应变仪将检测得到的电压信号进行处理后传输到计算机处理系统上，计算机处理系统将电压信号转换为压力信号并记录下压力P的具体数值；
步骤6、旋转螺纹端盖使其依次转过不同的角度α2、α3、…、αm，计算机处理系统记录下每个角度对应的轴向压力P2、P3、...、Pm，得到一组轴向压力与螺纹端盖旋转角度对应关系的数据；
步骤7、通过计算机处理系统对上述数据进行拟合处理，得到轴向压力P-螺纹端盖旋转角度α的测量曲线。
步骤8、旋出螺纹端盖，取出垫片和弹性变形圈，取下弹性变形圈上的电阻应变片；
步骤9、将研磨加工螺母旋入待加工滚珠丝杠上，然后将弹性变形圈套在研磨加工螺母上，并且使其两端对齐；将固连有端盖挡板的外圈套筒套入弹性变形圈的外部，并且使弹性变形圈的与端盖挡板相接；将垫片放入外圈套筒，使垫片与弹性变形圈相接，将螺纹端盖旋入外圈套筒；
步骤10、根据研磨加工时需要的轴向压力值P，在P-α曲线中找到对应的α，对螺纹端盖施加旋转力使其转过α角度，得到研磨加工所需的轴向压力P。
进一步地，步骤6所述m的取值范围为20～30。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)能够对加工型面为非平面的丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力进行直接测量，防止因轴向压力的不恰当，导致丝杠滚道表面在加工过程中的研磨不均匀，大大提高了丝杠滚道表面的研磨加工精度；(2)轴向压力检测系统的受力元件-弹性变形圈的材料为聚氨酯，其良好的耐油性和耐磨性能大大降低研磨加工过程中的实际工况对测量结果带来的影响，并且其具有优良的弹性和复原性，使得轴向压力的微小变化都将使其发生形变并传递到电阻应变片上，大大提高了测量结果的精确度；(3)电阻应变片采用的均是全桥应变片，该组全桥应变片在应变仪的配合下搭建的全桥测量电路，使得测量结果更加准确；并且该组全桥应变片是绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈内部型面的中部，该位置在弹性变形圈受压时能够发生明显形变，从而使得测量过程更加灵敏和快速。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为丝杠外滚道研磨系统的轴向压力的检测方法的原理示意图。
图2为丝杠外滚道研磨装置的总体结构装配图。
具体实施方式
结合图1，本发明的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，包括研磨加力模块、弹性变形圈、研磨加工螺母和轴向压力测量模块，所述弹性变形圈设置在研磨加力模块与研磨加工螺母之间，研磨加工螺母套在待加工滚珠丝杠上并且其内部型面与待加工丝杠外滚道型面相配合，轴向压力测量模块用于测量研磨加力模块施加于弹性变形圈上的轴向压力。
所述研磨加力模块包括螺纹端盖3、垫片4、外圈套筒5和端盖挡板8；外圈套筒5的一端设置螺纹端盖3，外圈套筒5的另一端与端盖挡板8通过螺栓连接；弹性变形圈7设置于外圈套筒5内部；弹性变形圈7的一端与端盖挡板8相接，弹性变形圈7的另一端通过垫片4与螺纹端盖3相接。
所述弹性变形圈7与研磨加力模块中的外圈套筒5的配合为过盈配合。
所述研磨加工螺母9的长度与弹性变形圈7的长度相同，并且研磨加工螺母9与弹性变形圈7的配合为过盈配合。
所述轴向压力测量模块包括一组电阻应变片6、应变仪2、计算机处理系统1，该组电阻应变片6设置于弹性变形圈7内壁，应变仪2、以及计算机处理系统1均设置在研磨加力模块外部，电阻应变片6通过应变仪2接入计算机处理系统1。
所述的一组电阻应变片6数量为3～6个。
所述电阻应变片6为全桥应变片，并且绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈7内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈7的中心轴。
所述弹性变形圈7的材料为聚氨酯。
结合图1和图2，一种基于上述滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测方法，包括以下步骤：
步骤1、将n个电阻应变片6绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈7内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈7的中心轴；
步骤2、通过螺栓将外圈套筒5的一端与端盖挡板8连接，之后将弹性变形圈7套入固连有端盖挡板8的外圈套筒5中，并且使弹性变形圈7与端盖挡板8相接；
步骤3、将垫片4放入外圈套筒5，使垫片4与弹性变形圈7相接，将螺纹端盖3旋入外圈套筒5，完成装配；
步骤4、旋转螺纹端盖3使其转过角度α1，螺纹端盖3将挤压垫片4并最终通过垫片4沿轴向挤压弹性变形圈7，弹性变形圈7在轴向压力P1的作用下产生变形，从而粘贴在弹性变形圈7上的电阻应变片6产生轴向应变，使全桥电路的输出电压发生改变；
步骤5，应变仪2将检测得到的电压信号进行处理后传输到计算机处理系统1上，计算机处理系统1将电压信号转换为压力信号并记录下压力P的具体数值；
步骤6、旋转螺纹端盖3使其依次转过不同的角度α2、α3、…、αm，计算机处理系统1记录下每个角度对应的轴向压力P2、P3、...、Pm，得到一组轴向压力与螺纹端盖旋转角度对应关系的数据；所述m的取值范围为20～30；
步骤7、通过计算机处理系统1对上述数据进行拟合处理，得到轴向压力P-螺纹端盖旋转角度α的测量曲线。
步骤8、旋出螺纹端盖，取出垫片和弹性变形圈，取下弹性变形圈上的电阻应变片；
步骤9、将研磨加工螺母旋入待加工滚珠丝杠上，然后将弹性变形圈套在研磨加工螺母上，并且使其两端对齐；将固连有端盖挡板的外圈套筒套入弹性变形圈的外部，并且使弹性变形圈的与端盖挡板相接；将垫片放入外圈套筒，使垫片与弹性变形圈相接，将螺纹端盖旋入外圈套筒。
步骤10、根据研磨加工时需要的轴向压力值P，在P-α曲线中找到对应的α，对螺纹端盖施加旋转力使其转过α角度，得到研磨加工所需的轴向压力P。
所述根据步骤1～步骤7得到轴向压力P-螺纹端盖旋转角度α的测量曲线后，在以后研磨待加工滚珠丝杠时，只需要根据测量曲线与步骤8～10完成待加工滚珠丝杠的装配和得到研磨加工所需的轴向压力P，不需要再重复进行步骤1～步骤7。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
本发明的系统利用研磨加力模块可对弹性变形圈7施加轴向压力，使其内壁产生微小形变；这种形变在一组全桥应变片6和应变仪2的配合下通过全桥测量电路转化为电压信号输出到计算机处理系统1上，即可实现丝杠滚道表面研磨系统的轴向压力的检测。
图1所示为滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统的工作原理。由图可知，所述研磨加力模块，主要由螺纹端盖3、垫片4、外圈套筒5、端盖挡板8组成。所述研磨加力模块工作原理：将端盖挡板8用螺栓固定连接到外圈套筒5一端；从另一端依次向外圈套筒5内部放入弹性变形圈7、垫片4，最后旋入螺纹端盖3；螺纹端盖3旋入的轴向压力使外圈套筒5中的弹性变形圈7内壁产生微小形变。
图2所示滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统的检测过程为：在弹性变形圈7外安装研磨加力模块，其过程为：将一组电阻应变片6绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈7内壁的中部，再将其作为整体沿轴线套入外圈套筒5中；然后将端盖挡板8用螺栓固定连接到外圈套筒5一端；后面再依次放入垫片4，最后旋入螺纹端盖3，研磨加力模块安装完成。缓慢旋紧螺纹端盖3使其转过一定的角度α1，螺纹端盖3旋入的轴向压力使外圈套筒5中的弹性变形圈7内壁产生微小形变，使得电阻应变片6的阻值发生变化，在应变仪2的配合下，阻值的变化经全桥测量电路转化为电压信号输出到计算机处理系统1上，记录轴向压力值P1。旋转螺纹端盖使其转过不同的角度α2、α3、…、αm，计算机处理系统1记录下每个角度对应的轴向压力P2、P3、...、Pm，得到一组轴向压力与螺纹端盖旋转角度对应关系的数据，然后计算机处理系统1对数据进行处理，得到轴向压力P-螺纹端盖旋转角度α的测量曲线。旋出螺纹端盖3，取出垫片4和弹性变形圈7，取下弹性变形圈7上的电阻应变片6。将研磨加工螺母9旋入待加工滚珠丝杠10上，然后将弹性变形圈7套在研磨加工螺母9上，并且使其两端对齐。将固连有端盖挡板8的外圈套筒5套入弹性变形圈7的外部，并且使弹性变形圈7的与端盖挡板8相接；将垫片4放入外圈套筒5，使垫片4与弹性变形圈7相接，将螺纹端盖3旋入外圈套筒5。根据研磨加工时需要的轴向压力值P，在P-α曲线中找到对应的α，对螺纹端盖3施加旋转力使其转过α角度，得到研磨加工所需的轴向压力P。。
本发明的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统能够对加工工件型面为非平面的丝杠滚道表面的研磨加工装置的轴向压力进行直接测量，从而可以在研磨加工时精确控制轴向压力，不会造成丝杠滚道表面在研磨加工过程中的研磨不均匀，大大提高丝杠滚道表面的研磨加工精度。

Claims (10)

1.一种滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，包括研磨加力模块、弹性变形圈、研磨加工螺母和轴向压力测量模块，所述弹性变形圈设置在研磨加力模块与研磨加工螺母之间，研磨加工螺母套在待加工滚珠丝杠上并且其内部型面与待加工丝杠外滚道型面相配合，轴向压力测量模块用于测量研磨加力模块施加于弹性变形圈上的轴向压力。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，所述研磨加力模块包括螺纹端盖(3)、垫片(4)、外圈套筒(5)和端盖挡板(8)；外圈套筒(5)的一端设置螺纹端盖(3)，外圈套筒(5)的另一端与端盖挡板(8)通过螺栓连接；弹性变形圈(7)设置于外圈套筒(5)内部；弹性变形圈(7)的一端与端盖挡板(8)相接，弹性变形圈(7)的另一端通过垫片(4)与螺纹端盖(3)相接。
3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，所述弹性变形圈(7)与研磨加力模块中的外圈套筒(5)的配合为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，所述研磨加工螺母(9)的长度与弹性变形圈(7)的长度相同，并且研磨加工螺母(9)与弹性变形圈(7)的配合为过盈配合。
5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，所述轴向压力测量模块包括一组电阻应变片(6)、应变仪(2)、计算机处理系统(1)，该组电阻应变片(6)设置于弹性变形圈(7)内壁，应变仪(2)、以及计算机处理系统(1)均设置在研磨加力模块外部，电阻应变片(6)通过应变仪(2)接入计算机处理系统(1)。
6.根据权利要求5所述的轴向压力测量模块，其特征在于，所述的一组电阻应变片(6)数量为3～6个。
7.根据权利要求5所述的轴向压力测量模块，其特征在于，所述电阻应变片(6)为全桥应变片，并且绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈(7)内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈(7)的中心轴。
8.根据权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测系统，其特征在于，所述弹性变形圈(7)的材料为聚氨酯。
9.一种基于权利要求1所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、将n个电阻应变片(6)绕圆周等间隔粘贴在弹性变形圈(7)内壁的中部，该圆周垂直于弹性变形圈(7)的中心轴；
步骤2、通过螺栓将外圈套筒(5)的一端与端盖挡板(8)连接，之后将弹性变形圈(7)套入固连有端盖挡板(8)的外圈套筒(5)中，并且使弹性变形圈(7)与端盖挡板(8)相接；
步骤3、将垫片(4)放入外圈套筒(5)，使垫片(4)与弹性变形圈(7)相接，将螺纹端盖(3)旋入外圈套筒(5)，完成装配；
步骤4、旋转螺纹端盖(3)使其转过角度α1，螺纹端盖(3)将挤压垫片(4)并最终通过垫片(4)沿轴向挤压弹性变形圈(7)，弹性变形圈(7)在轴向压力P1的作用下产生变形，从而粘贴在弹性变形圈(7)上的电阻应变片(6)产生轴向应变，使全桥电路的输出电压发生改变；
步骤5，应变仪(2)将检测得到的电压信号进行处理后传输到计算机处理系统(1)上，计算机处理系统(1)将电压信号转换为压力信号并记录下压力P的具体数值；
步骤6、旋转螺纹端盖(3)使其依次转过不同的角度α2、α3、…、αm，计算机处理系统(1)记录下每个角度对应的轴向压力P2、P3、...、Pm，得到一组轴向压力与螺纹端盖旋转角度对应关系的数据；
步骤7、通过计算机处理系统(1)对上述数据进行拟合处理，得到轴向压力P-螺纹端盖旋转角度α的测量曲线；
步骤8、旋出螺纹端盖(3)，取出垫片(4)和弹性变形圈(7)，取下弹性变形圈(7)上的电阻应变片(6)；
步骤9、将研磨加工螺母(9)旋入待加工滚珠丝杠(10)上，然后将弹性变形圈(7)套在研磨加工螺母(9)上，并且使其两端对齐；将固连有端盖挡板(8)的外圈套筒(5)套入弹性变形圈(7)的外部，并且使弹性变形圈(7)的与端盖挡板(8)相接；将垫片(4)放入外圈套筒(5)，使垫片(4)与弹性变形圈(7)相接，将螺纹端盖(3)旋入外圈套筒(5)；
步骤10、根据研磨加工时需要的轴向压力值P，在P-α曲线中找到对应的α，对螺纹端盖(3)施加旋转力使其转过α角度，得到研磨加工所需的轴向压力P。
10.根据权利要求9所述的滚珠丝杠滚道表面研磨装置的轴向压力检测方法，其特征在于，步骤6所述m的取值范围为20～30。
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