CN209182021U - 基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置 - Google Patents

Abstract

一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括床身、滑鞍、工作台、力施加机构、液压站、润滑机构、控制台及滚珠丝杠副试件；床身、滑鞍、工作台及控制台均采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件；滚珠丝杠副试件连接在滑鞍与工作台之间；力施加机构设于地面并与工作台相连；滚珠丝杠副试件末端设有圆光栅尺；工作台上设有直线光栅尺；液压站内设有比例阀或伺服阀。试验方法为：通过控制台设定滚珠丝杠副试件的运行长度或运行时间；运行滚珠丝杠副试件；运行结束后通过圆光栅尺及直线光栅尺测量滚珠丝杠副试件运行精度；重复运行和测量过程直至运行精度完全丧失；以获取的运行精度数据为依据，研究滚珠丝杠副试件精度保持性规律。

Description

基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置

技术领域

本实用新型属于滚动功能部件精度保持性测试及研究技术领域，特别是涉及一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置。

背景技术

滚珠丝杠副作为一种精密传动部件，具有传动效率高、传动精度高、传动平稳、磨损小、寿命长、无轴向间隙、高刚度等优点，在自动化、航空、汽车等领域已经广泛应用，且需求量也在急剧增大，同时对滚珠丝杠副的性能要求也在不断提高。

以高档数控机床领域为例，滚珠丝杠副的精度保持性和使用寿命，对于数控机床的整体性能、加工精度、设备寿命等方面至关重要。

由于国外在滚珠丝杠副的精度保持性试验方面始终处于技术封锁状态，导致国内在相关方面的研究还存在很大的不足，且针对滚珠丝杠副性能研究的试验装置，还主要集中在性能测试方面，并且大多数试验装置仍不具备加载能力，无法模拟实际加工时的工况，更无法进行精度保持性试验，同时缺少相关的试验方法。

由于国内缺少能够针对滚珠丝杠副进行精度保持性和寿命测试的相关设备，因此为国内相关行业寻找解决办法。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括床身、滑鞍、工作台、力施加机构、液压站、润滑机构、控制台及滚珠丝杠副试件；所述滑鞍固定安装在床身上方；所述工作台设置在滑鞍上方；所述滚珠丝杠副试件连接在滑鞍与工作台之间，滚珠丝杠副试件由润滑机构提供润滑油；所述力施加机构设置在地面上，力施加机构与工作台相连，所述液压站作为力施加机构的动力源；所述控制台用于设定滚珠丝杠副试件的跑合速度、跑合次数及跑合长度，所述工作台的运动轨迹由控制台进行设定。

所述床身、滑鞍、工作台、润滑机构及控制台均采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件。

在所述滚珠丝杠副试件的丝杠末端安装有圆光栅尺，通过圆光栅尺测量滚珠丝杠副试件的回转角度。

在所述工作台下表面安装有直线光栅尺，通过直线光栅尺测量滚珠丝杠副试件的线性位移。

所述力施加机构包括双活塞杆液压缸、拉压力传感器及液压缸支座；所述液压缸支座固定安装在地面上，所述双活塞杆液压缸固定安装在液压缸支座顶部，双活塞杆液压缸的活塞杆端部铰接有第一转接块；在所述工作台上固装有第二转接块，所述拉压力传感器固连在第一转接块与第二转接块之间，通过拉压力传感器测量施加在工作台上的作用力；所述液压站作为双活塞杆液压缸的动力源。

所述液压站内加装有比例阀或伺服阀，通过比例阀或伺服阀对双活塞杆液压缸的压力和速度进行无级调节。

一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验方法，采用了所述的基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括如下步骤：

步骤一：通过控制台设定滚珠丝杠副试件的运行长度或运行时间；

步骤二：按照设定好的运行长度或运行时间使滚珠丝杠副试件启动运行；

步骤三：当滚珠丝杠副试件按照设定好的运行长度或运行时间结束运行后，通过圆光栅尺及直线光栅尺对滚珠丝杠副试件的运行精度进行测量；

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至滚珠丝杠副试件的运行精度完全丧失；

步骤五：以获取的滚珠丝杠副试件的运行精度数据为依据，对滚珠丝杠副试件的精度保持性规律进行研究，为滚珠丝杠副试件及其配套机床的设计和优化提供参考和依据。

在对滚珠丝杠副试件的运行长度或运行时间进行设定时，运行长度或运行时间的设定满足以下规定，即运行精度衰退初期的运行长度或运行时间大于运行精度加速衰退期的运行长度或运行时间。

本实用新型的有益效果：

①、本实用新型的试验装置可以同步完成滚珠丝杠副试件精度保持性的试验和检测，无需将滚珠丝杠副试件拆卸后进行单独检测；

②、本实用新型的试验装置采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件进行搭建，可在真实使用条件下进行试验，试验结果更加接近实际工况；

③、本实用新型的试验装置采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件进行搭建，由于与滚珠丝杠副试件配套的机床部件都为大批量生产零件，使本实用新型具有了制造成本低、制造周期短、维修和维护方便的优势；

④、本实用新型的试验装置将力施加机构与装置主体分开布设，可以完全避免因大作用力造成的装置主体变形而引起的干扰，使试验精度更高；

⑤、本实用新型的试验装置采用了与滚珠丝杠副试件配套的控制台，控制台内置的数控系统可以实现编程，并可通过编程使工作台按照实际加工零件时的运动轨迹运行，同时可对伺服阀进行程序控制，保证双活塞杆液压缸输出的力能够更加真实的模拟加工工况。

⑥、本实用新型的试验装置完成的是整机级别的测试，而非部件级别的测试，能够为机床和滚珠丝杠副的设计优化提供依据。

附图说明

图1为实施例中的基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置的结构示意图；

图2为实施例中的滚珠丝杠副试件与滑鞍的装配示意图；

图3为实施例中的滚珠丝杠副试件与工作台的装配示意图；

图4为实施例中的力施加机构的结构示意图；

图中，1—床身，2—滑鞍，3—工作台，4—力施加机构，5—液压站，6—润滑机构，7—控制台，8—滚珠丝杠副试件，9—圆光栅尺，10—直线光栅尺，11—双活塞杆液压缸，12—拉压力传感器，13—液压缸支座，14—第一转接块，15—第二转接块，16—固定块，17—伺服电机，18—电机座，19—联轴器，20—前轴承座，21—后轴承座，22—直线滚动导轨副。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括床身1、滑鞍2、工作台3、力施加机构4、液压站5、润滑机构6、控制台7及滚珠丝杠副试件8；所述滑鞍2固定安装在床身1上方；所述工作台3设置在滑鞍2上方；所述滚珠丝杠副试件8连接在滑鞍2与工作台3之间，滚珠丝杠副试件8由润滑机构6提供润滑油；所述力施加机构 4设置在地面上，力施加机构4与工作台3相连，所述液压站5作为力施加机构4的动力源；所述控制台7用于设定滚珠丝杠副试件8的跑合速度、跑合次数及跑合长度，所述工作台3 的运动轨迹由控制台7进行设定。

所述床身1、滑鞍2、工作台3、润滑机构6及控制台7均采用与滚珠丝杠副试件8配套的机床部件。

在所述滚珠丝杠副试件8的丝杠末端安装有圆光栅尺9，通过圆光栅尺9测量滚珠丝杠副试件8的回转角度。

在所述工作台3下表面安装有直线光栅尺10，通过直线光栅尺10测量滚珠丝杠副试件8 的线性位移。

所述力施加机构4包括双活塞杆液压缸11、拉压力传感器12及液压缸支座13；所述液压缸支座13固定安装在地面上，所述双活塞杆液压缸11固定安装在液压缸支座13顶部，双活塞杆液压缸11的活塞杆端部铰接有第一转接块14；在所述工作台3上固装有第二转接块15，所述拉压力传感器12固连在第一转接块14与第二转接块15之间，通过拉压力传感器12测量施加在工作台3上的作用力；所述液压站5作为双活塞杆液压缸11的动力源。

所述液压站5内加装有比例阀或伺服阀，通过比例阀或伺服阀对双活塞杆液压缸11的压力和速度进行无级调节。

本实施例中，滚珠丝杠副试件8配套的机床为VMC850加工中心，滚珠丝杠副试件8具体为VMC850加工中心的X轴滚珠丝杠副，床身1、滑鞍2、工作台3、润滑机构6及控制台7 均采用VMC850加工中心的原厂部件。

由于只需对X轴滚珠丝杠副进行精度保持性试验，因此滑鞍2只需固定安装在床身1即可，具体通过四个固定块16将滑鞍2进行固定。同时，滑鞍2与工作台3也完全按照其在VMC850加工中心中的结构进行连接，工作台3通过两套直线滚动导轨副22安装在滑鞍2上，且每一套直线滚动导轨副22均设有两个滑块，进而使工作台3可以沿着直线单元在滑鞍2上移动；滚珠丝杠副试件8的螺母副固连在工作台3上，驱动滚珠丝杠副试件8的伺服电机17通过电机座18与滑鞍2固连，伺服电机17通过联轴器19与滚珠丝杠副试件8的丝杠相连，而滚珠丝杠副试件8的丝杠则通过前轴承座20和后轴承座21安装在滑鞍2上。

力施加机构4会直接将作用力施加到工作台3上，进而通过工作台3将反作用力施加到滚珠丝杠副试件8上，用于模拟真实加工工况下滚珠丝杠副的受力情况，而作用力的大小可通过拉压力传感器12进行实时测量。

液压站5内除了配置有传统的阀板和阀组外，还加装有比例阀或伺服阀，通过比例阀或伺服阀可对双活塞杆液压缸11的输出压力和速度进行无级调节，避免了传统开关式气阀在换向时的冲击现象，并能够远程遥控以及能够进行程序控制，保证双活塞杆液压缸11输出的力可以更加真实的模拟加工工况。

控制台7内置的数控系统为FANUC O M或SIEMENS840数控系统，具备设定滚珠丝杠副试件8的跑合速度、跑合次数及跑合长度的能力，并且可以通过编程使工作台3按照实际加工零件时的运动轨迹运行。

一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验方法，采用了所述的基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，包括如下步骤：

步骤一：通过控制台7设定滚珠丝杠副试件8的运行长度或运行时间；

步骤二：按照设定好的运行长度或运行时间使滚珠丝杠副试件8启动运行；

步骤三：当滚珠丝杠副试件8按照设定好的运行长度或运行时间结束运行后，通过圆光栅尺9及直线光栅尺10对滚珠丝杠副试件8的运行精度进行测量；

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至滚珠丝杠副试件8的运行精度完全丧失；

步骤五：以获取的滚珠丝杠副试件8的运行精度数据为依据，对滚珠丝杠副试件8的精度保持性规律进行研究，为滚珠丝杠副试件8及其配套机床的设计和优化提供参考和依据。

在对滚珠丝杠副试件8的运行长度或运行时间进行设定时，运行长度或运行时间的设定满足以下规定，即运行精度衰退初期的运行长度或运行时间大于运行精度加速衰退期的运行长度或运行时间。通俗的说，运行长度或运行时间的设定值并不是一个定值，可以根据滚珠丝杠副试件8运行精度衰退的快慢程度来设定，即在运行精度刚开始衰退时，运行长度或运行时间的设定值可以适当大一些，等到运行精度进入到后期的加速衰退阶段时，则可以将运行长度或运行时间的设定值适当小一些。

以设定运行长度为例，试验中使用的滚珠丝杠副试件8为出厂时未进行过跑合的全新零件，在试验初期，其运行精度变化会比较大，因此运行长度设定为5000米，每运行完一次 5000米，便进行一次运行精度的测量，当跑合期过后，滚珠丝杠副试件8的运行精度达到最高，此时这可以重新设定运行长度，可将运行长度设定为10000米，每运行完一次10000米，便进行一次运行精度的测量，直到试验后期，滚珠丝杠副试件8产生磨损，运行精度丧失速度逐渐加快，此时再次调整运行长度，并将运行长度设定1000米，每运行完一次1000米，便进行一次运行精度的测量，直至滚珠丝杠副试件8的运行精度完全丧失。

另外，可针对VMC850加工中心的加工特点或特定用户需要大批量加工的某一零件，在控制台7中编制加工轨迹程序，并利用切削力分解的方法获得切削力曲线，再将切削力曲线加载到液压站5的比例阀或伺服阀上面，实现对实际加工工况的模拟，在对数据进行分析后，可以针对VMC850加工中心和滚珠丝杠副进行定制化的优化和修改，以使生产企业快速适应越来越强的个性化发展需要。例如，在汽车制造行业，某一零件的需求量非常大，而某型机床的整个生命周期都在生产该零件，因此该机床的零件运动轨迹和切削力的变化则是相对固定的，此时可以进行轨迹编程，获取切削力曲线，通过控制伺服阀模拟真实加工工况，在对数据进行分析后，便可以对专门生产该零件的机床和滚珠丝杠副做针对性的设计优化。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：包括床身、滑鞍、工作台、力施加机构、液压站、润滑机构、控制台及滚珠丝杠副试件；所述滑鞍固定安装在床身上方；所述工作台设置在滑鞍上方；所述滚珠丝杠副试件连接在滑鞍与工作台之间，滚珠丝杠副试件由润滑机构提供润滑油；所述力施加机构设置在地面上，力施加机构与工作台相连，所述液压站作为力施加机构的动力源；所述控制台用于设定滚珠丝杠副试件的跑合速度、跑合次数及跑合长度，所述工作台的运动轨迹由控制台进行设定。

2.根据权利要求1所述的一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：所述床身、滑鞍、工作台、润滑机构及控制台均采用与滚珠丝杠副试件配套的机床部件。

3.根据权利要求1所述的一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：在所述滚珠丝杠副试件的丝杠末端安装有圆光栅尺，通过圆光栅尺测量滚珠丝杠副试件的回转角度。

4.根据权利要求1所述的一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：在所述工作台下表面安装有直线光栅尺，通过直线光栅尺测量滚珠丝杠副试件的线性位移。

5.根据权利要求1所述的一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：所述力施加机构包括双活塞杆液压缸、拉压力传感器及液压缸支座；所述液压缸支座固定安装在地面上，所述双活塞杆液压缸固定安装在液压缸支座顶部，双活塞杆液压缸的活塞杆端部铰接有第一转接块；在所述工作台上固装有第二转接块，所述拉压力传感器固连在第一转接块与第二转接块之间，通过拉压力传感器测量施加在工作台上的作用力；所述液压站作为双活塞杆液压缸的动力源。

6.根据权利要求1所述的一种基于真实工况的滚珠丝杠副精度保持性试验装置，其特征在于：所述液压站内加装有比例阀或伺服阀，通过比例阀或伺服阀对双活塞杆液压缸的压力和速度进行无级调节。