CN213022299U - 一种滚珠丝杠副加速退化试验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滚珠丝杠副加速退化试验平台，包括滚珠丝杠副驱动部件、运动控制部件和数据采集部件。所述滚珠丝杠副驱动部件主要包括：伺服电机、联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨、工作台，所述的运动控制部件包括：上位工控机、下位可编程逻辑控制器、伺服驱动器，所述的数据采集部件包括：数据采集卡、加速度传感器。本试验平台能够对不同型号的丝杠进行变工况加载测试，并记录滚珠丝杠副全生命周期的运行状态信息，有助于机床核心零部件退化机理分析和健康模型构建。

Description

一种滚珠丝杠副加速退化试验平台

技术领域

本实用新型涉及可靠性与维护领域，尤其是本实用新型涉及一种滚珠丝杠副加速退化试验，可以针对滚珠丝杠副健康状态进行监测与评估。

背景技术

滚珠丝杠在计算机数控机床中发挥着关键作用，滚珠丝杠具有高精度、高刚度、零间隙、动态加载能力强及低能耗等优点。但在实际生产过程中，滚珠丝杠副的健康状态变化会在加工性能，制造效率和生产成本方面对加工系统有重大影响。例如，滚珠丝杠副的预紧力损失将导致进给驱动系统的刚度降低，从而导致振动加剧和位置精度降低，从而降低加工质量，甚至导致严重的加工误差。因此，滚珠丝杠的可靠性和健康状态监控越来越受到学术界和工业界的重视。

滚珠丝杠副是数控机床内部高精度的传动部件，提高其可靠性与保证健康状态有助于提升国产数控机床的竞争力。目前绝大多数机床制造企业尚未开发相关的加速退化试验平台进行滚珠丝杠副的健康评估。本实用新型根据机床内滚珠丝杠副实际加工情况，提出了一种通过伺服控制模拟加工过程，并通过加速度传感器采集滚珠丝杠副健康信息的加速退化试验台。通过该试验台对滚珠丝杠副进行加速退化试验，一方面可以对不同型号的滚珠丝杠副可靠性进行测试，赋予企业对机床核心功能部件的筛选能力。另一方面提供了滚珠丝杠副完整的全生命周期信息，为机床核心功能部件的健康状态建模提供了保障。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是目前滚珠丝杠副可靠性平台无法在模拟真实工况下采集滚珠丝杠副全生命周期状态信息。本实用新型提供了一种可以在模拟滚珠丝杠副变化加载与可调转速情况下收集全生命周期健康信息的加速退化试验平台。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提出了一种滚珠丝杠副加速退化试验平台，包括滚珠丝杠副驱动部件，运动控制部件和数据采集部件；所述滚珠丝杠副驱动部件由伺服电机、滚珠丝杠副和工作台构成；所述滚珠丝杠副通过固定端轴承座和支撑端轴承座固定在底座上，所述工作台在直线导轨上横向移动，直线导轨固定在底座上，所述伺服电机通过电机座固定在底座上，并通过联轴器和滚珠丝杠副进行柔性连接；所述负载通过螺纹固定方式将负载施加在工作台上；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠副，使加载的工作台沿着直线导轨实现高速往复运动；所述的运动控制部件由上位工控机、下位可编程逻辑控制器、伺服驱动器构成。所述的数据采集部件主要由数据采集卡、加速度传感器构成。

优选的，所述的直线导轨为两条，平行设置在底座的边缘。

优选的，所述的光电触发机构通过螺纹连接固定在工作台上，所述的光电限位开关通过定位销方式浮动连接在底座的“凹”型滑槽上。所述的光电限位开关与所述运动控制部件的可编程逻辑控制器PLC连接，实现运动过程的自动定位与复位功能。

优选的，所述的运动控制部件的可编程逻辑控制器PLC上行方向与所述上位工控机通讯，实现对滚珠丝杠副运动过程编程，所述PLC下行方向与所述伺服驱动器进行连接，通过编码器实现对伺服电机的运动实时控制。

优选的，所述的数据采集部件的加速度传感器通过磁吸或粘接方式固定在所述滚珠丝杠副螺母处，所述滚珠丝杠副螺母通过螺纹连接与所述丝杠螺母支架固定；所述工作台通过丝杠螺母支架上方的螺纹进行固定；所述的加速度传感器通过数据采集卡将所述滚珠丝杠副螺母处的振动信号采集至所述上位工控机中，并在上位工控机的LabVIEW界面中实时采集、编码和存储；所述上位工控机LabVIEW界面可以对数据采集的特征进行设定，包括采样频率、采样间隔、采样点数等参数，实现数据采集的闭环控制。

优选的，所述的光栅尺9通过螺纹或粘接方式固定在底座上方，光栅读数头与工作台通过螺纹进行连接固定。所述光栅尺可以将加速退化过程中滚珠丝杠副的重复定位精度反馈给上位工控机并记录。

优选的，所述的机械限位一和机械限位二通过螺纹固定在底座上方，实现对滚珠丝杠副及连接工作台运动过程中的机械限位作用。

优选的，所述的负载通过螺纹连接固定在工作台上，可以根据试验需求设计成不同的质量，通过在工作台上布置不同质量的负载，可以模拟机床实际运行过程中的变化铣削力。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的具有伺服控制系统的滚珠丝杠副加速退化试验台，采用上位工控机和下位可编程逻辑控制器对滚珠丝杠副运动实现闭环控制，从而模拟滚珠丝杠副在实际加工过程中的变化工况加工过程。

2.本实用新型所述的滚珠丝杠副加速退化试验台，能够通过加速度传感器及数据采集系统实时采集滚珠丝杠副全生命周期的健康信息，为产品的可靠性分析提供了实用的基础数据，有利于滚珠丝杠副健康模型的分析与构建。

3.本实用新型所述的滚珠丝杠副加速退化试验台，针对不同型号的滚珠丝杠副只需要更换安装过度件就可以实现加速退化测试，同时通过在工作台上固定不同质量负载可以模型加工过程的变化载荷。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种滚珠丝杠副加速退化试验台的轴测投影图。

图2为本实用新型所述的加速度传感器布置位置示意图。

图3为本实用新型所述的一种滚珠丝杠副加速退化试验台的运动控制部件和数据采集部件原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细阐述：

1.滚珠丝杠副加速退化试验台驱动部分

参阅图1和图2主要介绍了滚珠丝杠副加速退化试验台的驱动部分，所述滚珠丝杠副驱动部件由底座1、直线导轨2、机械限位3、14、轴承座4、15、伺服电机5、电机座6、联轴器7、滚珠丝杠副8、工作台11、负载13、丝杠螺母支架16、滚珠丝杠副螺母17组成。

所述轴承座通过螺母固定在底座1两侧，一侧用于固定端4，一侧用于支撑端15，所述滚珠丝杠副8通过一端固定，一端浮动方式安装在轴承座中。所述电机座6通过螺母固定在底座1上，所述伺服电机5通过螺纹固定方式安装在电机座上，伺服电机驱动轴通过所述联轴器7与滚珠丝杠副8实现柔性连接。所述直线导轨2通过螺纹连接在底座1上，所述工作台11通过螺纹连接方式与直线导轨2的滑块及丝杠螺母支架16同时固定，同时所述丝杠螺母支架16与所述滚珠丝杠副螺母17通过螺纹连接固定。当所述伺服电机运转时，将通过联轴器将扭矩传递给滚珠丝杠副，滚珠丝杠副旋转后带动丝杠螺母的往返运动，丝杠螺母驱动工作台沿着直线导轨实现往复运动。所述负载13通过螺纹连接方式固定在工作台11上，通过安装不同质量的负载，可以模拟加工过程变化的切削力。

2.滚珠丝杠副加速退化试验台运动控制部件

参阅图1和图3，所述的运动控制部件包括上位工控机、下位可编程逻辑控制器PLC、伺服驱动器、触发机构12和光电限位开关10构成。所述的光电触发机构12通过螺纹连接固定在工作台11上，所述的光电限位开关10通过定位销方式浮动连接在底座1的“凹”型滑槽上。所述伺服驱动器的输出端和伺服电机的编码器和电源连接。

所述PLC的控制指令利用上位工控机基于PLC控制图编写，一方面实现伺服电机变工况的运动控制，另一方面实现滚珠丝杠副运动过程中的行程保护及原点复位功能。在上位工控机PLC控制图程序中可以设定伺服电机的不同转速及运转时间，与下位机可编程逻辑控制器通过USB方式进行通讯传输控制指令，PLC将控制指令传输给伺服驱动器，控制所述伺服电机的运转状态，实现变工况的运动过程控制。另一方面，所述的光电限位开关与所述运动控制部件的可编程逻辑控制器PLC连接，光电限位开关默认设置为“常开”状态，当所述触发机构12经过限位开关瞬间，信号由开转为闭合状态，此时会将该点位的状态变化反馈给PLC。PLC根据监测位置的电位变化执行相应的控制程序，如“原点复位”或“行程保护”等功能。

3.滚珠丝杠副加速退化试验台数据采集部分

参阅图1、图2和图3，所述光栅尺9通过螺纹或粘接方式固定在底座1上方，光栅读数头与工作台11通过螺纹进行连接固定。所述加速度传感器18通过粘接或磁吸方式固定在所述滚珠丝杠副螺母17处。所述数据采集界面基于 LabVIEW编写，可以基于试验要求和数据库标准自定义加速度信号采集方式，如连续采集或按时间间隔采集。基于所述数据采集卡性能规格，可以自定义采集过程参数，如加速度信号采样频率、采样周期及采样长度等。当伺服电机加载后，所述加速度传感器18将采集滚珠丝杠副螺母处17的振动信号，通过所述数据采集卡将原始信号传输到采集软件中，经过数据采集软件对数据进行转码传输到上位工控机进行存储，从而实现了所述滚珠丝杠副运行全生命周期的状态数据收集。另一方面，所述光栅尺的读数头信息也会基于采集软件参数自定义地传输到上位工控机内，便于分析所述滚珠丝杠副随着加速退化而产生地重复定位精度变化。基于所述加速度传感器信号的螺母处振动数据和所述光栅尺测量的重复定位精度数据，可以为滚珠丝杠副全生命周期的健康状态分析提供数据基础，有利于之后的健康监测模型建立。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型是一种优化的实施例，它可以适用于一定范围内的不同型号、不同尺寸的滚珠丝杠副的加速退化试验分析。针对范围之外的不同型号和尺寸的滚珠丝杠副加速退化试验，其基本的技术方案保持不变，但所用零件的规格参数需要随之调整，如轴承座尺寸、联轴器规格等，故本实用新型不限于实施这一种比较具体技术方案描述。本领域技术人员在坚持本实用新型基本技术方案下做出不需要创造性劳动的等效修改或变动均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种滚珠丝杠副加速退化试验平台，包括滚珠丝杠副驱动部件，运动控制部件和数据采集部件；其特征在于：

所述滚珠丝杠副驱动部件由伺服电机、滚珠丝杠副和工作台构成；所述滚珠丝杠副通过固定端轴承座和支撑端轴承座固定在底座上，所述工作台在直线导轨上横向移动，直线导轨固定在底座上，所述伺服电机通过电机座固定在底座上，并通过联轴器和滚珠丝杠副进行柔性连接；通过螺纹固定方式将负载施加在工作台上；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠副，使加载的工作台沿着直线导轨实现高速往复运动；所述的运动控制部件由上位工控机、下位可编程逻辑控制器、伺服驱动器构成；所述的数据采集部件主要由数据采集卡、加速度传感器构成。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：直线导轨为两条，平行设置在底座的边缘。

3.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：还包括光电触发机构，光电触发机构通过螺纹连接固定在工作台上，光电限位开关通过定位销方式浮动连接在底座的“凹”型滑槽上；所述光电限位开关与所述运动控制部件的可编程逻辑控制器PLC连接，实现运动过程的自动定位与复位功能。

4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：所述的运动控制部件的可编程逻辑控制器PLC上行方向与上位工控机通讯，实现对滚珠丝杠副运动过程编程，PLC下行方向与所述伺服驱动器进行连接。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：所述的数据采集部件的加速度传感器通过磁吸或粘接方式固定在所述滚珠丝杠副螺母处，所述滚珠丝杠副螺母通过螺纹连接与丝杠螺母支架固定；所述工作台通过丝杠螺母支架上方的螺纹进行固定；所述的加速度传感器通过数据采集卡将所述滚珠丝杠副螺母处的振动信号采集至所述上位工控机中。

6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：

还包括光栅尺，光栅尺9通过螺纹或粘接方式固定在底座上方，光栅读数头与工作台通过螺纹进行连接固定。

7.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副加速退化试验平台，其特征在于：

还包括机械限位一和机械限位二，机械限位一和机械限位二通过螺纹固定在底座上方。

Images