CN119290387A - 一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于数控机床可靠性试验技术领域，提供了一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法，装置包括滚珠丝杠副、试验装置基座、滚动导轨副、光栅尺集成安装单元、两套支承驱动单元、加载工作台、轴向力模拟加载单元、被测工作台和综合性能检测单元；两套支承驱动单元采用错位对齐方式分布在试验装置基座上，分别与加载工作台和被测工作台连接，通过同步控制，实现加载工作台和被测工作台的同步驱动；所述轴向力模拟加载单元通过电液伺服控制实现轴向力的静动态模拟加载。本发明为开展滚珠丝杠副可靠综合性能台架试验提供了试验装置和技术支撑，克服了滚珠丝杠副在高频动态载荷模拟加载、综合性能测试以及运动跟踪加载方面的难题。

Description

一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法

技术领域

本发明属于数控机床可靠性试验技术领域，尤其涉及一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法。

背景技术

制造业是国家经济发展的基石，其水平的高低直接影响着国家的经济增长、社会稳定及国防实力。其中装备制造是制造业的关键技术，而数控机床是决定装备制造水平的中坚力量，其质量、性能和拥有量已经成为衡量一个国家工业化水平以及综合国力的重要标志。滚珠丝杠副作为数控机床的关键功能部件之一，其可靠性水平直接影响数控机床整机的可靠性水平，因此开发滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法，开展性能测试试验和可靠性加速试验，对检测和改进提升滚珠丝杠副的综合性能具有重要意义。然而，目前国内外针对滚珠丝杠副的试验台研究主要集中在综合性能试验台、精度保持性试验台和摩擦力矩试验台。在滚珠丝杠副综合性能研究方面，试验台大多仍处于空载跑合或静态加载阶段，缺乏模拟真实加工工况的动态加载能力。这导致无法真实模拟滚珠丝杠副的真实工况，进而无法准确评估其性能和预测其运行状态。同时，关于滚珠丝杠副综合性能试验台的试验方法也尚不完善。

在滚珠丝杠副的加载方式上，现有技术主要包括质量块、气动加载、液压加载、电缸加载、电机对拖加载和磁粉制动器加载等。其中，质量块加载方式仅能实现静态加载，其余加载方式虽能实现动态加载，但加载频率较低，无法有效模拟滚珠丝杠副的实际工况。

为了克服以上技术问题，本发明提出一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置及方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，包括滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括滚珠丝杠、丝杠螺母和滚珠；还包括试验装置基座、滚动导轨副、光栅尺集成安装单元、支承驱动单元、加载工作台、轴向力模拟加载单元、被测工作台和综合性能检测单元；

所述试验装置基座上表面开有T型槽；

所述滚动导轨副安装在试验装置基座上，用于连接加载工作台和被测工作台；

所述光栅尺集成安装单元固定在试验装置基座上并与加载工作台和被测工作台连接，用于将加载工作台和被测工作台的绝对位置反馈到数控系统中；

所述支承驱动单元用于实现滚珠丝杠副的固定支承和驱动，支承驱动单元设有两套，两套支承驱动单元采用错位对齐方式分布在试验装置基座上，且两套支承驱动单元分别与加载工作台和被测工作台连接，控制系统通过同步控制两套支承驱动单元的方式实现加载工作台和被测工作台的同步驱动；

所述轴向力模拟加载单元固定在加载工作台和被测工作台上方，并连接加载工作台和被测工作台；所述轴向力模拟加载单元通过电液伺服控制实现轴向力的静动态模拟加载；

所述综合性能检测单元包括定位精度和重复定位精度检测模块、振动信号检测模块、温度检测模块和噪声检测模块；所述定位精度和重复定位精度检测模块用于计算得出滚珠丝杠的定位精度和重复定位精度；所述振动信号检测模块和温度检测模块用于监测滚珠丝杠副的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块用于监测滚珠丝杠副的环境噪声和工作噪声。

进一步的，所述滚动导轨副由滚动导轨体和滚动滑块组成，通过固定螺钉和导轨固定楔块安装在试验装置基座上；所述加载工作台和被测工作台的下台面各自固定有四个滚动滑块，滚动滑块两两一组，分别位于下台面的左右两侧，加载工作台和被测工作台位于同侧的滚动滑块与一根滚动导轨体滑动连接。

进一步的，所述光栅尺集成安装单元包括光栅尺安装支架、直线光栅尺、光栅尺导向连接板和拖链槽；

所述光栅尺安装支架安装在试验装置基座表面，通过螺钉与试验装置基座上T型槽中的T型螺母固定；所述直线光栅尺由一个光栅尺条和两个读数头组成，通过螺钉与光栅尺安装支架连接；所述光栅尺导向连接板设有两个，分别与直线光栅尺上的两个读数头通过螺钉连接，两个读数头分别与加载工作台和被测工作台连接；所述拖链槽通过螺钉安装在光栅尺安装支架上，用于放置拖链。

进一步的，所述直线光栅尺采用居中布置方式，用于减少阿贝测量误差。

进一步的，所述支承驱动单元包括固定支承底座、后支承单元、丝母座、前支承单元、联轴器、伺服电机、圆光栅安装轴套、圆光栅和电机安装座；

所述固定支承底座通过螺钉与试验装置基座上T型槽中的T型螺母固定，上表面用于安装后支承单元；所述后支承单元和前支承单元用于固定安装滚珠丝杠副两端，后支承单元和前支承单元通过螺钉分别安装在固定支承底座和电机安装座上；所述丝母座用于连接滚珠丝杠副中的丝杠螺母，并分别与加载工作台和被测工作台固定；所述联轴器用于连接伺服电机和滚珠丝杠副；所述伺服电机通过螺钉与电机安装座连接，作为滚珠丝杠副的驱动功能动力源；所述圆光栅安装轴套通过平键和螺钉限位与伺服电机的输出轴连接；所述圆光栅包括光栅盘和读数头，通过螺钉分别与圆光栅安装轴套和电机安装座连接，用于检测滚珠丝杠副的理论旋转角度；所述电机安装座通过螺钉与试验装置基座连接。

进一步的，所述加载工作台和被测工作台用于实现直线光栅尺、滚珠丝杠副以及轴向力模拟加载单元的连接。

进一步的，所述轴向力模拟加载单元包括后L型板、液压油缸、安装筏板、电液伺服阀、前L型板、加载连接板、第二连接杆、s型拉压力传感器和第一连接杆；

所述后L型板和前L型板通过螺钉与加载工作台连接，用于安装液压油缸；所述液压油缸作为轴向力模拟加载的动力源；所述安装筏板通过螺钉与液压油缸连接，用于安装电液伺服阀；所述电液伺服阀通过螺钉与安装筏板连接，配合控制系统中的电液伺服阀放大器用于将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能输出，实现液压油缸的位移、速度、加速度及力控制；所述加载连接板安装在被测工作台上表面并通过双螺母防松的方式与第二连接杆连接，用于轴向力的作用与传递；所述s型拉压力传感器两端分别与第一连接杆和第二连接杆螺纹连接，用于测量液压油缸输出拉力或压力的大小并用于力闭环控制；所述第一连接杆通过螺纹与液压油缸连接。

进一步的，所述定位精度和重复定位精度检测模块包括激光干涉仪，用于确定圆光栅与激光干涉仪的组合检测方式，所述圆光栅检测出的滚珠丝杠的旋转角度和导程之积作为理论位移，所述激光干涉仪检测出的位移为实际位移；所述振动信号检测模块和温度检测模块固定安装在后支承单元、丝母座和前支承单元的表面，所述振动信号检测模块包括三向加速度传感器，所述温度检测模块包括温度传感器，三向加速度传感器和温度传感器分别用于监测滚珠丝杠副的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块分布在试验台的四周并与试验台间隔一米。

一种根据上述所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置的试验方法，包括以下步骤：

T1、试验前准备；

T11、确定试验对象：确定待测试滚珠丝杠副的规格和型号，选择合适的支承驱动单元；

T12、安装滚珠丝杠副：将待测试的滚珠丝杠副安装在试验装置上；

T13、试验台安全检测：检查试验台部件的锁紧情况，液压泵站和液压油缸的压强；

T14、调试检测设备：检查三向加速度传感器和温度传感器的粘贴和信号采集情况，确认无误后，开启激光干涉仪，调节激光干涉仪使其位于工作区间内；

T15、环境检测及准备：确保试验环境整洁、温度适宜且无日光干扰；

T2、开启试验台；

T21、打开试验装置的电源；

T22、启动试验台的控制系统，进入试验模式，设置试验参数，包括驱动的速度、加速度以及液压加载的幅值和频率；

T23、确认试验台的安全措施已启用；

T3、进行试验；

T31、控制台输入加载程序谱：使用控制台输入加载程序谱，设置滚珠丝杠副的运行参数，包括转速、载荷类型、载荷的幅值和频率；

T32、伺服电机驱动启动：启动伺服电机，驱动滚珠丝杠副运转，根据加载程序谱中设定的转速要求，控制伺服系统使其按照设定值运行；同时通过编码器或圆光栅监测滚珠丝杠副的转速、功率输入和输出，并记录数据；

T33、液压油缸静动态力加载：根据加载程序谱中设定的载荷要求，通过电液伺服控制系统控制液压油缸实现设定载荷的加载，通过s型拉压力传感器实现力闭环控制；

T34、综合性能检测：包括运动性能测试、力能负载试验、可靠性寿命测试、振动测试、温度测试和噪声测试；

a.运动性能测试：对滚珠丝杠副施加恒定负载或不同负载，通过直线光栅尺获得滚珠丝杠副的实际位移，计算滚珠丝杠副的回转误差、传动效率以及定位精度和重复定位精度；

b.力能负载测试：分为静态负载试验和动态负载试验；静态负载试验用于观察滚珠丝杠副的变形情况和承载能力，动态负载试验用于评估滚珠丝杠副的疲劳寿命和稳定性；

c.可靠性寿命测试：进行长时间的循环试验，以模拟滚珠丝杠副在实际应用中的使用情况，评估其寿命和稳定性，并进行滚珠丝杠副的剩余寿命预测；

d.振动测试、温度测试和噪声测试：用于多指标综合评估滚珠丝杠副的运行状态和可靠性；

T4、停止试验；

T41、在试验完成后，逐步减小载荷并停止滚珠丝杠副的加载；

T42、通过数控系统发送指令给伺服电机，停止滚珠丝杠副驱动；

T43、关闭试验台的控制系统，并确保设备处于安全状态；

T44、检查滚珠丝杠副和试验台的状态，确认无异常情况；

T5、试验数据分析；

T51、对试验过程中采集到的数据进行整理和统计；

T52、根据试验结果，进行数据分析和解读，评估滚珠丝杠副的性能和寿命；

T53、编写试验报告，总结试验结果并提出相应的建议。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、真实工况模拟：该模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件(试验装置基座和工作台等)进行搭建，工作台用于模拟滚珠丝杠副运行时的惯性负载；采用基于电液伺服的液压加载系统进行静动态加载，切削力幅值和加载频率根据滚珠丝杠副的不同工况动态可调，从而模拟滚珠丝杠副的真实使用条件，试验结果更加接近真实工况。

2、同步跟踪加载：该模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置采用两个同规格滚珠丝杠副进行综合性能试验，两套滚珠丝杠副保持同步驱动，表现为加载工作台和被测工作台之间的距离基本不变，在此基础上进行轴向力的模拟加载，可同时实现两套滚珠丝杠副的同步加载和跟踪加载，加载方式新颖且试验效率高。

3、可实现同步在机检测：该模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置可以同步完成滚珠丝杠副试件综合性能的试验和检测，无需将滚珠丝杠副试件拆卸后进行单独检测。

4、可替换性强，使用范围广：该模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置可针对不同型号的滚珠丝杠副进行试验，仅需要更换固定支承装置和丝母座即可，体现了该试验装置的通用性和灵活性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置中光栅尺集成安装单元的结构示意图。

图3为本发明装置中支承驱动单元的结构示意图。

图4为本发明装置中轴向力模拟加载单元的结构示意图。

图5为本发明方法的流程图。

图6为本发明方法中综合性能检测所包含的内容。

图7为本发明装置的控制原理图。

图中：试验装置基座1、滚动导轨副2、光栅尺集成安装单元3、光栅尺安装支架301、直线光栅尺302、光栅尺导向连接板303、拖链槽304、支承驱动单元4、固定支承底座401、后支承单元402、丝母座403、前支承单元404、联轴器405、伺服电机406、圆光栅安装轴套407、圆光栅408、电机安装座409、滚珠丝杠副410、加载工作台5、轴向力模拟加载单元6、后L型板601、液压油缸602、安装筏板603、电液伺服阀604、前L型板605、加载连接板606、第二连接杆607、s型拉压力传感器608、第一连接杆609、被测工作台7。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-图4所示，为本发明一个实施例提供的一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，包括试验装置基座1、滚动导轨副2、光栅尺集成安装单元3、滚珠丝杠副410、支承驱动单元4、加载工作台5、轴向力模拟加载单元6、被测工作台7和综合性能检测单元；

所述试验装置基座1为本装置的基座；

所述滚动导轨副2安装在试验装置基座1上，用于连接加载工作台5和被测工作台7；

所述光栅尺集成安装单元3固定在试验装置基座1上并与加载工作台5和被测工作台7连接，用于将加载工作台5和被测工作台7的绝对位置反馈到数控系统中；

所述滚珠丝杠副410包括滚珠丝杠、丝杠螺母和滚珠(有/无保持架)，它是本装置的试验对象，对其进行工况模拟并开展综合性能试验研究。

所述支承驱动单元4用于实现滚珠丝杠副410的固定支承和驱动，支承驱动单元4设有两套，两套支承驱动单元4采用错位对齐方式分布在试验装置基座1上，可实现滚珠丝杠副410的最大程度跑合，避免滚珠丝杠副410部分长度无法参与试验。两套支承驱动单元4分别与加载工作台5和被测工作台7连接，控制系统通过同步控制两套支承驱动单元4实现加载工作台5和被测工作台7的同步驱动，为后续轴向力模拟加载提供硬件支持；

所述加载工作台5和被测工作台7均与滚动导轨副2连接；

所述轴向力模拟加载单元6固定在加载工作台5和被测工作台7上方，并连接加载工作台5和被测工作台7。

所述综合性能检测单元包括定位精度和重复定位精度检测模块、振动信号检测模块、温度检测模块和噪声检测模块；所述定位精度和重复定位精度检测模块用于计算得出滚珠丝杠的定位精度和重复定位精度；所述振动信号检测模块和温度检测模块用于监测滚珠丝杠副410的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块用于监测滚珠丝杠副410的环境噪声和工作噪声。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述试验装置基座1主要起到固定和支承试验装置剩余部分的作用，通过地脚螺栓水平放置在混凝土表面，可通过调节地脚螺栓的位置保证试验装置基座1上其他装置的主要安装基面保持水平。所述试验装置基座1上表面开有T型槽；在所述试验装置基座1的筋腔设计部分留出了较大的空间，在轻量化处理的同时可用于储存试验设备及附件。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述滚动导轨副2由滚动导轨体和滚动滑块组成，通过固定螺钉和导轨固定楔块安装在试验装置基座1上。所述加载工作台5和被测工作台7的下台面各自固定有四个滚动滑块，滚动滑块两两一组，分别位于下台面的左右两侧，加载工作台5和被测工作台7位于同侧的滚动滑块(共四个)与一根滚动导轨体滑动连接。滚动导轨副2需保证水平度、垂直度等安装要求。

如图1和图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述光栅尺集成安装单元3包括光栅尺安装支架301、直线光栅尺302、光栅尺导向连接板303和拖链槽304；所述光栅尺安装支架301安装在试验装置基座1表面，通过螺钉与试验装置基座1上T型槽中的T型螺母固定；所述直线光栅尺302由一个光栅尺条和两个读数头组成，通过螺钉与光栅尺安装支架301连接；所述光栅尺导向连接板303设有两个，分别与直线光栅尺302上的两个读数头通过螺钉连接，两个读数头分别与加载工作台5和被测工作台7连接；所述拖链槽304通过螺钉安装在光栅尺安装支架301上，用于放置拖链以便于走线。

所述直线光栅尺302采用居中布置方式，用于减少阿贝测量误差；试验装置通过直线光栅尺302和编码器的实时监测实现系统的闭环控制。

如图1和图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述支承驱动单元4包括固定支承底座401、后支承单元402、丝母座403、前支承单元404、联轴器405、伺服电机406、圆光栅安装轴套407、圆光栅408和电机安装座409；所述固定支承底座401通过螺钉与试验装置基座1上T型槽中的T型螺母固定，上表面用于安装后支承单元402；所述后支承单元402和前支承单元404均由固定支承单元主体、固定支承单元压盖、角接触球轴承、锁紧螺母和轴承挡圈组成，用于固定安装滚珠丝杠副410两端，后支承单元402和前支承单元404通过螺钉分别安装在固定支承底座401和电机安装座409上；所述丝母座403为非标设计，以便于后续滚珠丝杠副410规格和型号的更换，丝母座403用于连接滚珠丝杠副410中的丝杠螺母，并在此基础上分别与加载工作台5和被测工作台7固定；所述联轴器405用于连接伺服电机406和滚珠丝杠副410；所述伺服电机406通过螺钉与电机安装座409连接，作为滚珠丝杠副410的驱动功能动力源；所述圆光栅安装轴套407通过平键和螺钉限位与伺服电机406的输出轴连接；所述圆光栅408包括光栅盘和读数头，通过螺钉分别与圆光栅安装轴套407和电机安装座409连接，用于检测滚珠丝杠副410的理论旋转角度；所述电机安装座409通过螺钉与试验装置基座1连接，所述试验装置基座1针对电机安装座409的安装进行了冗余设计，可实现错位对齐方式与端部对齐方式的转换以及错位对齐方式中两个滚珠丝杠副410位置的转换。

如图1和图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述加载工作台5和被测工作台7用于实现直线光栅尺302、滚珠丝杠副410以及轴向力模拟加载单元6的连接，通过滚珠丝杠副410的同步驱动，可以实现加载工作台5和被测工作台7的同步驱动，为轴向力模拟加载单元6提供跟踪加载的条件。

如图1-图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述轴向力模拟加载单元6通过电液伺服控制实现轴向力的静动态模拟加载，两套滚珠丝杠副410受到大小相等、方向相反的相互作用力，可同时模拟两套滚珠丝杠副410的真实工况，包括加载幅值和加载频率，便于形成对比分析和总结。

所述轴向力模拟加载单元6包括后L型板601、液压油缸602、安装筏板603、电液伺服阀604、前L型板605、加载连接板606、第二连接杆607、s型拉压力传感器608和第一连接杆609；

所述后L型板601和前L型板605通过螺钉与加载工作台5连接，用于安装液压油缸602；所述液压油缸602包括前端盖、后端盖、精磨缸筒、精磨电镀拉杆、球墨活塞和镀铬活塞杆，通过精磨电镀拉杆和螺母实现后L型板601、前L型板605以及液压油缸602的连接，作为轴向力模拟加载的动力源；所述安装筏板603通过螺钉与液压油缸602的前端盖和后端盖连接，用于安装电液伺服阀604；所述电液伺服阀604通过螺钉与安装筏板603连接，配合控制系统中的电液伺服阀放大器用于将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能(压力和流量)输出，实现液压油缸602的位移、速度、加速度及力控制；所述加载连接板606安装在被测工作台7上表面并通过双螺母防松的方式与第二连接杆607连接，用于轴向力的作用与传递；所述s型拉压力传感器608两端分别与第一连接杆609和第二连接杆607螺纹连接，用于测量液压油缸602输出拉力或压力的大小并用于力闭环控制；所述第一连接杆609通过螺纹与液压油缸602的镀铬活塞杆前端连接。

如图1和图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述定位精度和重复定位精度检测模块包括激光干涉仪，用于根据检测精度要求选择圆光栅408与激光干涉仪的组合检测方式：所述激光干涉仪根据试验台特点放置位置需要动态调节，放置在靠近试验台末端的地面上，用于检测加载工作台5的实际位移，放置在靠近试验台电机端的地面上，用于检测被测工作台7的实际位移；使用圆光栅408检测出的滚珠丝杠的旋转角度和导程之积作为理论位移，用激光干涉仪检测出的位移为实际位移，通过计算得出滚珠丝杠的定位精度和重复定位精度，此方法精度相比较高。所述振动信号检测模块和温度检测模块固定安装在后支承单元402、丝母座403和前支承单元404的表面，所述振动信号检测模块包括三向加速度传感器，所述温度检测模块包括温度传感器，三向加速度传感器和温度传感器分别用于监测滚珠丝杠副410的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块分布在试验台的四周并与试验台间隔一米，用于监测滚珠丝杠副410的环境噪声和工作噪声。

在本发明实施例中，如图7所示，该模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，进行试验时，控制台用于收发指令并收集数据，具体包括两个PLC分别根据控制台预设的程序发出指令给对应的伺服驱动器，驱动伺服电机406运转；控制台发送的指令通过D/A转换器转换成模拟信号，再经过电液伺服阀放大器放大后，进入电液伺服阀604，从而控制液压油缸602实现可变负载加载功能；各个传感器实时采集滚珠丝杠副410的相关数据，如拉压力(s型拉压力传感器608)、位移(直线光栅尺302)、振动(三向加速度传感器)、温度(温度传感器)等，采集到的模拟信号经过信号放大器放大后，再通过A/D转换器转换为数字信号进入控制台；控制台对这些数据进行处理和分析，从而评估滚珠丝杠副在模拟真实工况下的综合性能，如精度、负载能力、动态特性和温度特性等。

如图5和图6所示，为本发明一个实施例提供的一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置的试验方法，包括以下步骤：

T1、试验前准备；

T11、确定试验对象：确定待测试滚珠丝杠副410的规格和型号，选择合适的支承驱动单元4用于滚珠丝杠副410的安装；

T12、安装滚珠丝杠副410：将待测试的滚珠丝杠副410安装在试验装置上，采用两端固定支承方式按照标准进行安装固定，确保滚珠丝杠副410安装稳固；

T13、试验台安全检测：严格检测试验台所有工作部件之间是否锁紧，检测液压泵站压强是否属于正常工作区间，检测液压油缸602压强是否正常，防止试验开始后误伤试验人员，提前按照需要加载静态力或动态力。

T14、调试检测设备：检查三向加速度传感器和温度传感器是否粘贴完好且信号采集正常，开启激光干涉仪，调节激光干涉仪使其位于工作区间内。

T15、环境检测及准备：确保试验台附近无杂物，试验温度为检测设备工作区间温度，试验台工作时检测装置部分没有日光干扰等。

T2、开启试验台；

T21、打开试验装置电源，确保电源稳定；

T22、启动试验台的控制系统，进入试验模式，根据需要设置试验参数，包括驱动的速度、加速度以及液压加载的幅值、频率等；

T23、确认试验台的安全措施是否已启用，如急停按钮，保护罩等。

T3、进行试验；

T31、控制台输入加载程序谱：根据试验需要使用控制台输入加载程序谱，设置滚珠丝杠副410的运行参数，包括转速、载荷类型(静态或动态)、载荷的幅值和频率等，确保输入的参数符合试验要求，并根据需要进行调整；

T32、伺服电机406驱动启动：启动伺服电机406，驱动滚珠丝杠副410运转，根据加载程序谱中设定的转速要求，控制伺服系统使其按照设定值运行。同时通过编码器或圆光栅408等传感元件监测滚珠丝杠副410的转速、功率输入和输出等重要参数，并记录数据供后续分析利用；

T33、液压油缸602静动态力加载：根据加载程序谱中设定的载荷要求，通过电液伺服控制系统控制液压油缸602实现设定载荷的加载，通过s型拉压力传感器608实现力闭环控制；

T34、综合性能检测：综合性能检测主要包括运动性能测试、力能负载试验、可靠性寿命测试、振动测试、温度测试和噪声测试六部分：

a.运动性能测试：对滚珠丝杠副410施加恒定负载或不同负载，通过直线光栅尺302获得滚珠丝杠副410的实际位移，从而计算滚珠丝杠副410的回转误差、传动效率以及定位精度和重复定位精度等；

b.力能负载测试：分为静态负载试验和动态负载试验。静态负载试验用于观察滚珠丝杠副410的变形情况和承载能力，动态负载试验用于评估滚珠丝杠副410的疲劳寿命和稳定性；

c.可靠性寿命测试：进行持续时间较长的循环试验，以模拟滚珠丝杠副410在实际应用中的使用情况，评估其寿命和稳定性，并进行滚珠丝杠副410的剩余寿命预测；

d.振动测试、温度测试和噪声测试：用于多指标综合评估滚珠丝杠副410的运行状态和可靠性。

T4、停止试验；

T41、在试验完成后，逐步减小载荷，停止滚珠丝杠副410的加载；

T42、通过数控系统发送指令给伺服电机406，停止滚珠丝杠副410驱动；

T43、关闭试验台的控制系统，并确保设备处于安全状态；

T44、检查滚珠丝杠副410和试验台的状态，确认无异常情况。

T5、试验数据分析；

T51、对试验过程中采集到的数据进行整理和统计；

T52、根据试验结果，进行数据分析和解读，评估滚珠丝杠副410的性能和寿命；

T53、编写试验报告，总结试验结果并提出相应的建议。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，包括滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括滚珠丝杠、丝杠螺母和滚珠；其特征在于，还包括试验装置基座、滚动导轨副、光栅尺集成安装单元、支承驱动单元、加载工作台、轴向力模拟加载单元、被测工作台和综合性能检测单元；

所述试验装置基座上表面开有T型槽；

所述滚动导轨副安装在试验装置基座上，用于连接加载工作台和被测工作台；

所述光栅尺集成安装单元固定在试验装置基座上并与加载工作台和被测工作台连接，用于将加载工作台和被测工作台的绝对位置反馈到数控系统中；

所述支承驱动单元用于实现滚珠丝杠副的固定支承和驱动，支承驱动单元设有两套，两套支承驱动单元采用错位对齐方式分布在试验装置基座上，且两套支承驱动单元分别与加载工作台和被测工作台连接，控制系统通过同步控制两套支承驱动单元的方式实现加载工作台和被测工作台的同步驱动；

所述轴向力模拟加载单元固定在加载工作台和被测工作台上方，并连接加载工作台和被测工作台；所述轴向力模拟加载单元通过电液伺服控制实现轴向力的静动态模拟加载；

所述综合性能检测单元包括定位精度和重复定位精度检测模块、振动信号检测模块、温度检测模块和噪声检测模块；所述定位精度和重复定位精度检测模块用于计算得出滚珠丝杠的定位精度和重复定位精度；所述振动信号检测模块和温度检测模块用于监测滚珠丝杠副的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块用于监测滚珠丝杠副的环境噪声和工作噪声。

2.根据权利要求1所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述滚动导轨副由滚动导轨体和滚动滑块组成，通过固定螺钉和导轨固定楔块安装在试验装置基座上；所述加载工作台和被测工作台的下台面各自固定有四个滚动滑块，滚动滑块两两一组，分别位于下台面的左右两侧，加载工作台和被测工作台位于同侧的滚动滑块与一根滚动导轨体滑动连接。

3.根据权利要求1所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述光栅尺集成安装单元包括光栅尺安装支架、直线光栅尺、光栅尺导向连接板和拖链槽；

所述光栅尺安装支架安装在试验装置基座表面，通过螺钉与试验装置基座上T型槽中的T型螺母固定；所述直线光栅尺由一个光栅尺条和两个读数头组成，通过螺钉与光栅尺安装支架连接；所述光栅尺导向连接板设有两个，分别与直线光栅尺上的两个读数头通过螺钉连接，两个读数头分别与加载工作台和被测工作台连接；所述拖链槽通过螺钉安装在光栅尺安装支架上，用于放置拖链。

4.根据权利要求3所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述直线光栅尺采用居中布置方式，用于减少阿贝测量误差。

5.根据权利要求1所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述支承驱动单元包括固定支承底座、后支承单元、丝母座、前支承单元、联轴器、伺服电机、圆光栅安装轴套、圆光栅和电机安装座；

所述固定支承底座通过螺钉与试验装置基座上T型槽中的T型螺母固定，上表面用于安装后支承单元；所述后支承单元和前支承单元用于固定安装滚珠丝杠副两端，后支承单元和前支承单元通过螺钉分别安装在固定支承底座和电机安装座上；所述丝母座用于连接滚珠丝杠副中的丝杠螺母，并分别与加载工作台和被测工作台固定；所述联轴器用于连接伺服电机和滚珠丝杠副；所述伺服电机通过螺钉与电机安装座连接，作为滚珠丝杠副的驱动功能动力源；所述圆光栅安装轴套通过平键和螺钉限位与伺服电机的输出轴连接；所述圆光栅包括光栅盘和读数头，通过螺钉分别与圆光栅安装轴套和电机安装座连接，用于检测滚珠丝杠副的理论旋转角度；所述电机安装座通过螺钉与试验装置基座连接。

6.根据权利要求3所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述加载工作台和被测工作台用于实现直线光栅尺、滚珠丝杠副以及轴向力模拟加载单元的连接。

7.根据权利要求1所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述轴向力模拟加载单元包括后L型板、液压油缸、安装筏板、电液伺服阀、前L型板、加载连接板、第二连接杆、s型拉压力传感器和第一连接杆；

所述后L型板和前L型板通过螺钉与加载工作台连接，用于安装液压油缸；所述液压油缸作为轴向力模拟加载的动力源；所述安装筏板通过螺钉与液压油缸连接，用于安装电液伺服阀；所述电液伺服阀通过螺钉与安装筏板连接，配合控制系统中的电液伺服阀放大器用于将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能输出，实现液压油缸的位移、速度、加速度及力控制；所述加载连接板安装在被测工作台上表面并通过双螺母防松的方式与第二连接杆连接，用于轴向力的作用与传递；所述s型拉压力传感器两端分别与第一连接杆和第二连接杆螺纹连接，用于测量液压油缸输出拉力或压力的大小并用于力闭环控制；所述第一连接杆通过螺纹与液压油缸连接。

8.根据权利要求5所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置，其特征在于，所述定位精度和重复定位精度检测模块包括激光干涉仪，用于确定圆光栅与激光干涉仪的组合检测方式，所述圆光栅检测出的滚珠丝杠的旋转角度和导程之积作为理论位移，所述激光干涉仪检测出的位移为实际位移；所述振动信号检测模块和温度检测模块固定安装在后支承单元、丝母座和前支承单元的表面，所述振动信号检测模块包括三向加速度传感器，所述温度检测模块包括温度传感器，三向加速度传感器和温度传感器分别用于监测滚珠丝杠副的振动数据和温度数据；所述噪声检测模块分布在试验台的四周并与试验台间隔一米。

9.一种根据权利要求1-8任一所述的模拟真实工况的滚珠丝杠副综合性能试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

T1、试验前准备；

T11、确定试验对象：确定待测试滚珠丝杠副的规格和型号，选择合适的支承驱动单元；

T12、安装滚珠丝杠副：将待测试的滚珠丝杠副安装在试验装置上；

T13、试验台安全检测：检查试验台部件的锁紧情况，液压泵站和液压油缸的压强；

T14、调试检测设备：检查三向加速度传感器和温度传感器的粘贴和信号采集情况，确认无误后，开启激光干涉仪，调节激光干涉仪使其位于工作区间内；

T15、环境检测及准备：确保试验环境整洁、温度适宜且无日光干扰；

T2、开启试验台；

T21、打开试验装置的电源；

T22、启动试验台的控制系统，进入试验模式，设置试验参数，包括驱动的速度、加速度以及液压加载的幅值和频率；

T23、确认试验台的安全措施已启用；

T3、进行试验；

T31、控制台输入加载程序谱：使用控制台输入加载程序谱，设置滚珠丝杠副的运行参数，包括转速、载荷类型、载荷的幅值和频率；

T32、伺服电机驱动启动：启动伺服电机，驱动滚珠丝杠副运转，根据加载程序谱中设定的转速要求，控制伺服系统使其按照设定值运行；同时通过编码器或圆光栅监测滚珠丝杠副的转速、功率输入和输出，并记录数据；

T33、液压油缸静动态力加载：根据加载程序谱中设定的载荷要求，通过电液伺服控制系统控制液压油缸实现设定载荷的加载，通过s型拉压力传感器实现力闭环控制；

T34、综合性能检测：包括运动性能测试、力能负载试验、可靠性寿命测试、振动测试、温度测试和噪声测试；

a.运动性能测试：对滚珠丝杠副施加恒定负载或不同负载，通过直线光栅尺获得滚珠丝杠副的实际位移，计算滚珠丝杠副的回转误差、传动效率以及定位精度和重复定位精度；

b.力能负载测试：分为静态负载试验和动态负载试验；静态负载试验用于观察滚珠丝杠副的变形情况和承载能力，动态负载试验用于评估滚珠丝杠副的疲劳寿命和稳定性；

c.可靠性寿命测试：进行长时间的循环试验，以模拟滚珠丝杠副在实际应用中的使用情况，评估其寿命和稳定性，并进行滚珠丝杠副的剩余寿命预测；

d.振动测试、温度测试和噪声测试：用于多指标综合评估滚珠丝杠副的运行状态和可靠性；

T4、停止试验；

T41、在试验完成后，逐步减小载荷并停止滚珠丝杠副的加载；

T42、通过数控系统发送指令给伺服电机，停止滚珠丝杠副驱动；

T43、关闭试验台的控制系统，并确保设备处于安全状态；

T44、检查滚珠丝杠副和试验台的状态，确认无异常情况；

T5、试验数据分析；

T51、对试验过程中采集到的数据进行整理和统计；

T52、根据试验结果，进行数据分析和解读，评估滚珠丝杠副的性能和寿命；

T53、编写试验报告，总结试验结果并提出相应的建议。