CN110823541B - 滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法 - Google Patents

滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法 Download PDF

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CN110823541B CN201911022798.9A CN201911022798A CN110823541B CN 110823541 B CN110823541 B CN 110823541B CN 201911022798 A CN201911022798 A CN 201911022798A CN 110823541 B CN110823541 B CN 110823541B
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Abstract

本发明公开了一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，包括以下步骤：搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统；利用预紧拖动力测量系统对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值；根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值；结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价。本发明的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，可有效解决当前滚动直线导轨副预紧拖动力评价参数不足、评价结果不精确等问题，更有利于不同使用情况下滚动直线导轨副的选型。

Description

滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法
技术领域
本发明涉及滚动直线导轨副性能评价领域，特别涉及一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法。
背景技术
滚动直线导轨副具有摩擦阻力小、动静摩擦系数差小、结构简单、运动精度高、精度保持性好、高可靠性等优点，因而在各种高档数控机械及自动化设备中得到了广泛应用。预紧拖动力是滚动直线导轨副的重要性能指标，其是系统快速响应的阻碍和能量消耗的主要原因，且预紧拖动力的波动情况是滚动直线导轨副在运动过程中是否平稳的直接体现，因此对预紧拖动力进行研究对提高整个系统的响应速度、使用寿命以及控制精度具有重要意义。
高档数控机床高速、高精的发展方向对滚动直线导轨副的动态特性(运动过程中的平稳性)提出了越来越高的要求。然而，目前国内外对于滚动直线导轨副预紧拖动力的评价方法仅局限于有效行程内的预紧拖动力均值及预紧拖动力整体变化量两个指标，从而只能评价滚动直线导轨副预紧拖动力的均值及总体变化范围，无法评价滚动直线导轨副不同位置处预紧拖动力的波动情况。因此急需一种能够精确评价滚动直线导轨副预紧拖动力波动情况的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，弥补现有评价方法的不足，为滚动直线导轨副预加载荷的精确控制及性能优化提供理论支撑与试验验证，进而对滚动直线导轨副的高效装配提供参考依据。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，包括以下步骤：
步骤1、搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统；
步骤2、利用所述预紧拖动力测量系统对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值；
步骤3、根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值；
步骤4、结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价。
进一步地，步骤3所述滚动直线导轨副预紧拖动力的评价参数包括：滚动直线导轨副正向行程所采集到的预紧拖动力标准差S0、滚动直线导轨副反向行程所采集到的预紧拖动力标准差
Figure BDA0002247773020000021
正向或反向行程等分区间L0、正向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差Si、反向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差
Figure BDA0002247773020000022
正向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度ΔS0、反向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度
Figure BDA0002247773020000023
进一步地，步骤3所述根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值，具体包括：
假设步骤2获得的一组正向行程和反向行程的预紧拖动力测量值为：
正向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1,Ff2,Ff3,Ff4,Ff5,…,Ffn]；
反向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1 R,Ff2 R,Ff3 R,Ff4 R,Ff5 R,…,Ffn R]；
式中，Ffi为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的正向预紧拖动力值，Ffi R为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的反向预紧拖动力值，i的取值为1,2,3,…,n，n表示n个数据采集点；
步骤3-1、计算待测滚动直线导轨副正向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure BDA0002247773020000024
Figure BDA0002247773020000025
Figure BDA0002247773020000026
Figure BDA0002247773020000027
式中，i的取值为1,2,3,…,n；t表示任意等分区间的计数起点；p表示等分区间内的采集点数量；m表示等分区间内采集样本的计数序号；AVE表示待测滚动直线导轨副正向行程预紧拖动力采集样本数据的均值；AVEm表示正向行程等分区间内采集样本数据的均值；FfiMAX和FfiMIN分别表示Ffi的最大值和最小值，Lp表示待测滚动直线导轨副正反向行程的位移，l表示正向等分区间数；
步骤3-2、计算待测滚动直线导轨副反向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure BDA0002247773020000031
Figure BDA0002247773020000032
Figure BDA0002247773020000033
式中，AVER表示滚动直线导轨副反向预紧拖动力采集样本数据的均值，
Figure BDA0002247773020000034
表示反向行程等分区间内采集样本数据的均值；
Figure BDA0002247773020000035
和
Figure BDA0002247773020000036
分别表示
Figure BDA0002247773020000037
的最大值和最小值。
进一步地，步骤4所述结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价，具体包括：
步骤4-1、在同种测试条件下，比较两两待测滚动直线导轨副的ΔS0和
Figure BDA0002247773020000038
值，判断两者ΔS0的绝对差值ΔS01是否小于预设阈值Δ1，或两者
Figure BDA0002247773020000039
的绝对差值
Figure BDA00022477730200000310
是否小于预设阈值Δ2，若是，则执行步骤4-2，否则认为两者中相对较小的ΔS0和
Figure BDA00022477730200000311
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的一致性更优；
步骤4-2、在相同的等分区间L0内，比较两两待测滚动直线导轨副的Si和
Figure BDA00022477730200000312
值，两者中相对较小的Si和
Figure BDA00022477730200000313
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的一致性更优。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)创新的引入新的评价参数，能够依据ΔS0、
Figure BDA0002247773020000041
对平均值、最大值和最小值大小均相同的滚动直线导轨副预紧拖动力波动情况进行评价，解决现有方法无法精确评价上述情况的问题；2)能了解单根导轨副不同行程阶段的预紧拖动力波动情况，对滚动直线导轨副表面结构优化设计具有指导意义，为研发人员的优化设计提供参考，且更有利于不同使用情况下滚动直线导轨副的选型。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法流程图。
图2为本发明搭建的滚动直线导轨副预紧拖动力检测系统结构示意图。
具体实施方式
结合图1，本发明提出的一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，包括以下步骤：
步骤1、搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统；
步骤2、利用所述预紧拖动力测量系统对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值；
步骤3、根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值；
步骤4、结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价。
进一步地，结合图2，步骤1中滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统包括试验台、预紧拖动力测量单元及数据采集与处理单元；待测滚动直线导轨副放置在试验台上，预紧拖动力测量单元与待测滚动直线导轨副相连，数据采集与处理单元与预紧拖动力测量单元相连；
试验台，用于为待测滚动直线导轨副提供往返跑合的条件；
预紧拖动力测量单元，用于测量待测滚动直线导轨副的预紧拖动力值；
数据采集与处理单元，用于采集预紧拖动力测量单元测得的数据并进行后续数据处理。
进一步地，步骤2对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值，具体包括以下过程：
步骤2-1、将待测滚动直线导轨副安装在试验台上进行跑合，直至待测滚动直线导轨副充分润滑；
步骤2-2、设置待测滚动直线导轨副检测条件，包括：检测速度v、采样频率f；
步骤2-3、按照上述检测条件对待测滚动直线导轨副进行检测，待测滚动直线导轨副完成一次往返跑合后停止该次测试，获得一组正向行程和反向行程的预紧拖动力测量值。
进一步优选地，步骤2-2中v＝1m/s、f≥40Hz。
进一步地，步骤3中滚动直线导轨副预紧拖动力的评价参数包括：
在现有滚动直线导轨副预紧拖动力评价参数的基础上，引入新的评价参数，包括：滚动直线导轨副正向行程所采集到的预紧拖动力标准差S0、滚动直线导轨副反向行程所采集到的预紧拖动力标准差
Figure BDA0002247773020000051
正向或反向行程等分区间L0、正向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差Si、反向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差
Figure BDA0002247773020000052
正向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度ΔS0、反向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度
Figure BDA0002247773020000053
进一步地，步骤3中根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值，具体包括：
假设步骤2获得的一组正向行程和反向行程的预紧拖动力测量值为：
正向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1,Ff2,Ff3,Ff4,Ff5,…,Ffn]；
反向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1 R,Ff2 R,Ff3 R,Ff4 R,Ff5 R,…,Ffn R]；
式中，Ffi为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的正向预紧拖动力值，Ffi R为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的反向预紧拖动力值，i的取值为1,2,3,…,n，n表示n个数据采集点；
步骤3-1、计算待测滚动直线导轨副正向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure BDA0002247773020000054
Figure BDA0002247773020000061
Figure BDA0002247773020000062
Figure BDA0002247773020000063
式中，i的取值为1,2,3,…,n；t表示任意等分区间的计数起点；p表示等分区间内的采集点数量；m表示等分区间内采集样本的计数序号；AVE表示待测滚动直线导轨副正向行程预紧拖动力采集样本数据的均值；AVEm表示正向行程等分区间内采集样本数据的均值；FfiMAX和FfiMIN分别表示Ffi的最大值和最小值，Lp表示待测滚动直线导轨副正反向行程的位移，l表示正向等分区间数；
步骤3-2、计算待测滚动直线导轨副反向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure BDA0002247773020000064
Figure BDA0002247773020000065
Figure BDA0002247773020000066
式中，AVER表示滚动直线导轨副反向预紧拖动力采集样本数据的均值，
Figure BDA0002247773020000067
表示反向行程等分区间内采集样本数据的均值；
Figure BDA0002247773020000068
和
Figure BDA0002247773020000069
分别表示
Figure BDA00022477730200000610
的最大值和最小值。
进一步地，步骤4中结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价，具体包括：
步骤4-1、在同种测试条件下，比较两两待测滚动直线导轨副的ΔS0和
Figure BDA00022477730200000611
值，判断两者ΔS0的绝对差值ΔS01是否小于预设阈值Δ1，或两者
Figure BDA00022477730200000612
的绝对差值
Figure BDA00022477730200000613
是否小于预设阈值Δ2，若是，则执行步骤4-2，否则认为两者中相对较小的ΔS0和
Figure BDA0002247773020000071
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的波动性更小即一致性更优；
步骤4-2、在相同的等分区间L0内，比较两两待测滚动直线导轨副的Si和
Figure BDA0002247773020000072
值，两者中相对较小的Si和
Figure BDA0002247773020000073
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的波动性更小即一致性更优。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本发明滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，包含以下内容：
1、搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统。
搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统如图2所示，包括试验台、预紧拖动力测量单元及数据采集与处理单元；待测滚动直线导轨副放置于试验台上，预紧拖动力测量单元与待测滚动直线导轨副相连，数据采集与处理单元与预紧拖动力测量单元相连。利用该系统完成对滚动直线导轨副整个运行过程中预紧拖动力的在线检测。
2、对滚动直线导轨副进行测试，获取滚动直线导轨副预紧拖动力的测量值。
本发明实施例测试选用两个45尺寸的相同滚动直线导轨副样件进行试验，分别记为滚动直线导轨副a和滚动直线导轨副b，样本的额定动载荷为40.8KN，导轨副的总行程设定为3000mm。本实施例试验设定滚动直线导轨副的速度为1.5m/s，预紧拖动力测试单元采集频率为40Hz，所测得的正反向预紧拖动力值如下表1所示。
表1正反向预紧拖动力值
Figure BDA0002247773020000074
3、根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值。经过计算，获得滚动直线导轨副a与滚动直线导轨副b的ΔS0和
Figure BDA0002247773020000075
评价参数值如下表2所示。
表2滚动直线导轨副a与滚动直线导轨副b的ΔS0和
Figure BDA0002247773020000081
评价参数值
Figure BDA0002247773020000082
由表2可知，无论是正向行程还是反向行程，对于一组预紧拖动力测量值最大值、最小值和均值都相同的滚动直线导轨副a和滚动直线导轨副b，其预紧拖动力数据的离散程度ΔS0和
Figure BDA0002247773020000083
区别并不明显，即单从离散程度来评价导轨副预紧拖动力波动情况的好坏是不准确的，也无法区分导轨副的性能差异。因此在这种情况下，引入等分区间L0内的Si和
Figure BDA0002247773020000084
评价参数。
经过计算，获得滚动直线导轨副a与滚动直线导轨副b的Si和
Figure BDA0002247773020000085
评价参数值如下表3所示。
表3滚动直线导轨副a与滚动直线导轨副b的Si和
Figure BDA0002247773020000086
评价参数值
Figure BDA0002247773020000087
由表3可知，滚动直线导轨副a和滚动直线导轨副b在相同等分区间L0内，其预紧拖动力标准差Si和
Figure BDA0002247773020000088
差距较大，且滚动直线导轨副a的标准差Si和
Figure BDA0002247773020000089
小于滚动直线导轨副b的标准差Si和
Figure BDA00022477730200000810
因此滚动直线导轨副a的预紧拖动力波动情况较滚动直线导轨副b好，即滚动直线导轨副a的预紧拖动力一致性比滚动直线导轨副b好。由上可知，本发明解决了在导轨副预紧拖动力测量最大值、最小值和均值都相同的情况下，如何精确评价导轨副预紧拖动力一致性的问题。
综上，本发明的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，可有效解决当前滚动直线导轨副预紧拖动力评价参数不足、评价结果不精确等问题，更有利于不同使用情况下滚动直线导轨副的选型。

Claims (5)

1.一种滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统；
步骤2、利用所述预紧拖动力测量系统对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值；
步骤3、根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值；评价参数包括：滚动直线导轨副正向行程所采集到的预紧拖动力标准差S0、滚动直线导轨副反向行程所采集到的预紧拖动力标准差
Figure FDA0003052281900000011
正向或反向行程等分区间L0、正向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差Si、反向等分区间L0内采集到的预紧拖动力区间内标准差
Figure FDA0003052281900000012
正向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度ΔS0、反向行程滚动直线导轨副预紧拖动力的离散程度
Figure FDA0003052281900000013
步骤4、结合评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价；
步骤3所述根据预紧拖动力测量值计算待测滚动直线导轨副预紧拖动力的各评价参数值，具体包括：
假设步骤2获得的一组正向行程和反向行程的预紧拖动力测量值为：
正向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1,Ff2,Ff3,Ff4,Ff5,…,Ffn]；
反向行程预紧拖动力测量值为：[Ff1 R,Ff2 R,Ff3 R,Ff4 R,Ff5 R,…,Ffn R]；
式中，Ffi为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的正向预紧拖动力值，Ffi R为待测滚动直线导轨副在第i个数据采集点处的反向预紧拖动力值，i的取值为1,2,3,…,n，n表示n个数据采集点；
步骤3-1、计算待测滚动直线导轨副正向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure FDA0003052281900000014
Figure FDA0003052281900000015
Figure FDA0003052281900000021
Figure FDA0003052281900000022
式中，i的取值为1,2,3,…,n；t表示任意等分区间的计数起点；p表示等分区间内的采集点数量；m表示等分区间内采集样本的计数序号；AVE表示待测滚动直线导轨副正向行程预紧拖动力采集样本数据的均值；AVEm表示正向行程等分区间内采集样本数据的均值；FfiMAX和FfiMIN分别表示Ffi的最大值和最小值，Lp表示待测滚动直线导轨副正反向行程的位移，l表示正向等分区间数；
步骤3-2、计算待测滚动直线导轨副反向预紧拖动力的评价参数值，计算公式包括：
Figure FDA0003052281900000023
Figure FDA0003052281900000024
Figure FDA0003052281900000025
式中，AVER表示滚动直线导轨副反向预紧拖动力采集样本数据的均值，
Figure FDA0003052281900000026
表示反向行程等分区间内采集样本数据的均值；
Figure FDA0003052281900000027
和
Figure FDA0003052281900000028
分别表示
Figure FDA0003052281900000029
的最大值和最小值。
2.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，其特征在于，步骤1所述滚动直线导轨副预紧拖动力测量系统包括试验台、预紧拖动力测量单元及数据采集与处理单元；待测滚动直线导轨副放置在所述试验台上，所述预紧拖动力测量单元与待测滚动直线导轨副相连，所述数据采集与处理单元与预紧拖动力测量单元相连；
所述试验台，用于为待测滚动直线导轨副提供往返跑合的条件；
所述预紧拖动力测量单元，用于测量待测滚动直线导轨副的预紧拖动力值；
所述数据采集与处理单元，用于采集预紧拖动力测量单元测得的数据并进行后续数据处理。
3.根据权利要求1或2所述的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，其特征在于，步骤2所述对待测滚动直线导轨副进行测试，获取待测滚动直线导轨副预紧拖动力测量值，具体包括以下过程：
步骤2-1、将待测滚动直线导轨副安装在试验台上进行跑合，直至待测滚动直线导轨副充分润滑；
步骤2-2、设置待测滚动直线导轨副检测条件，包括：检测速度v、采样频率f；
步骤2-3、按照上述检测条件对待测滚动直线导轨副进行检测，待测滚动直线导轨副完成一次往返跑合后停止该次测试，获得一组正向行程和反向行程的预紧拖动力测量值。
4.根据权利要求3所述的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，其特征在于，步骤2-2中v＝1m/s、f≥40Hz。
5.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副预紧拖动力精确评价方法，其特征在于，步骤4所述结合上述评价参数值对待测滚动直线导轨副预紧拖动力进行评价，具体包括：
步骤4-1、在同种测试条件下，比较两两待测滚动直线导轨副的ΔS0和
Figure FDA0003052281900000031
值，判断两者ΔS0的绝对差值ΔS01是否小于预设阈值Δ1，或两者
Figure FDA0003052281900000032
的绝对差值
Figure FDA0003052281900000033
是否小于预设阈值Δ2，若是，则执行步骤4-2，否则认为两者中相对较小的ΔS0和
Figure FDA0003052281900000034
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的一致性更优；
步骤4-2、在相同的等分区间L0内，比较两两待测滚动直线导轨副的Si和
Figure FDA0003052281900000035
值，两者中相对较小的Si和
Figure FDA0003052281900000036
值对应的待测滚动直线导轨副预紧拖动力的一致性更优。
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