[发明专利]滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术领域的方法及装置，具体是一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量方法及其装置。

背景技术

滚珠丝杠副是由滚珠丝杠、滚珠和滚珠螺母组成的机械元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将转矩转换成轴向反复作用力。它可以实现非常高的传动和定位精度，被广泛应用于各类精密机床的进给传动系统中，是机械工业使用广泛、要求严格的配套件和基础件。

滚珠丝杠副的轴向静刚度反映了滚珠丝杠副抵抗轴向变形的能力，其定义为在轴向力的作用下，在轴向产生1                                                变形量时所需的轴向力（N）。滚珠丝杠副作为数控机床进给系统的关键部件，其各项性能，尤其是轴向静刚度将直接影响到数控机床的定位精度和重复定位精度。而滚珠丝杠副轴向静刚度是整个数控机床进给系统中刚度最为薄弱的环节，其性能好坏对数控机床的加工精度有重大影响。目前，国外滚珠丝杠副厂商如THK、NSK等，其产品出厂时均经过严格检验，样本手册上也都标注有准确的轴向静刚度值等技术指标，以供使用者参考。而反观国内，尽管在滚珠丝杠副的发展与研究方面已经经历了几十年的时间，但对此项技术的研究仍不成熟，并且与国际先进水平有较大差距，主要体现在：理论研究不够深入，产品的技术指标与实际使用性能较低，缺乏有效的检测装置等。因此开发出高精度、高载荷、高通用性的测量装置与测量方法，不仅拥有很好的应用前景，对国产滚珠丝杠副质量的提高也会有很好的推动作用。

经对现有技术的文献检索发现，山东建筑大学的宋现春等人于2008年开始设计采用液压系统进行滚珠丝杠副的轴向加载，通过采集和处理压力传感器和微位移传感器的信号，进行轴向静刚度的测试；该装置需要借助额外的T型导轨来限制丝杠转动，并且采用液压系统对丝杠施加压力，最大轴向负荷为100kN，不能做到拉压兼顾，加载方式单一，载荷较小，加载系统复杂，成本较高，技术手段亦不成熟。另外，中国发明专利公布号CN102116717 A，名称为：基于材料试验机的滚珠丝杠副轴向静刚度测试夹具，该专利介绍了一种基于材料试验机而设计的专用夹具，具体测试方法以材料试验机为本体，通过专用夹具可进行滚珠丝杠副轴向的拉压测试，最大加载能力为500kN，并利用材料试验机自带的上位机软、硬件系统实现力和位移的同步采集，完成轴向静刚度曲线的绘制；该方案由于受到材料试验机夹紧装置以及专用夹具尺寸的限制，被测丝杠需加工直径小于36mm的光轴以供夹持，被测螺母更需特制外径大于82mm的法兰并在法兰上打孔才能满足装夹要求，因此带来被测样件加工复杂，可测量滚珠丝杠副直径系列少，尤其较大直径系列无法测量，通用性较低，加载时只能拉伸不能施压，形式单一，技术手段亦不成熟。因此，在滚珠丝杠副轴向静刚度测量方面，还有待开发出拉压兼顾的高精度、高载荷、高通用性的自动测量方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度、高载荷、高通用性、拉压兼顾的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置及其测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，包括加载组件、防转组件、测量组件、支撑组件以及数据处理模块，所述的加载组件包括伺服电机、减速机、带轮传动部分、一对加载丝杠、一对加载螺母和移动横梁；防转组件包括防转件上部、防转件下部和丝杠工装；测量组件包括压力传感器和接触式位移传感器；支撑组件包括上横梁、下底座、螺母工装、磁性表座；数据处理模块即为数据处理所需的计算机处理系统；带轮传动部分由同步带将一个主动轮和两个被动轮连接组成，伺服电机与减速机连接，减速机与主动轮连接，两个被动轮分别与各自加载丝杠连接，一对加载螺母分别与各自加载丝杠组成一对加载滚珠丝杠副并沿下底座的垂直中心线对称布置，移动横梁与一对加载螺母连接，一对加载丝杠通过轴承安装在上横梁上，计算机处理系统分别与伺服电机、压力传感器和接触式位移传感器连接；螺母工装放置于下底座中心位置的定位孔中，被测螺母固定在螺母工装上，被测丝杠两端自由，丝杠工装与防转件下部通过螺栓连接，丝杠工装套在被测丝杠的上端，被测螺母和被测丝杠构成被测滚珠丝杠副；磁性表座固定在下底座表面，接触式位移传感器安装于磁性表座的表孔中，在测量时，接触式位移传感器与防转件下部的下表面接触，可随磁性表座表架的移动实现测量位置的调整；压力传感器固定在移动横梁下表面，压盘与压力传感器连接，防转件上部安装于压盘上，可随移动横梁上下升降。

一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量方法，步骤如下：