评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置的制造方法
【专利摘要】评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置，包括设置在底座上的电机、通过联轴器连接电机的丝杠、设置在丝杠上的螺母，通过底部的螺母座固定连接螺母的工作台，底座上通过导轨支撑架设置有导轨，丝杠分别通过固定在底座上的前端轴承机构和尾端轴承机构进行定位，对应工作台分别设置有与工控机相连的：用于测量工作台进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量进给系统动态特性的模态测试系统，对应前端轴承机构和尾端轴承机构设置有与工控机相连的用于测量丝杠热特性的热特性测试系统。本发明能够对丝杠预拉伸力和进给系统动态性能进行测试，采集测试数据，分析丝杠预拉伸力对进给系统动态性能的影响规律，综合评估丝杠预拉伸力状态。
【专利说明】
评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种数控机床进给系统动态性能测试系统。特别是涉及一种评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置。
【背景技术】
[0002]为了确保数控机床的加工精度及效率，需要对进给系统的动态性能进行在线测量。而在进给系统机械结构和伺服系统参数给定的情况下，进给系统滚珠丝杠预拉伸力大小成为影响其动态特性的主要因素。为了提高滚珠丝杠进给系统的刚性和补偿丝杠热变对进给系统定位精度的影响，通常要对滚珠丝杠进行预拉伸，即通过对丝杠一端锁紧螺母的预紧来完成。滚珠丝杠预拉伸力对进给系统动态性能产生影响，预拉伸力过大会导致丝杠轴承发热严重从而影响寿命，预拉伸力过小会导致系统刚性不足，影响进给系统的定位精度。因此对于滚珠丝杠预拉伸力必须进行合理的选取。而在实际情况下，对进给系统滚珠丝杠预拉伸力状态的评估主要是依靠工程师的经验来完成，缺乏相应的量化指标，导致进给系统的动态性能达不到最优。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够完成对丝杠预拉伸力和进给系统动态性能测试，实现数据采集和处理的用于评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座、设置在底座上的电机、通过联轴器连接电机输出轴的丝杠、设置在丝杠上的能够随丝杠的旋转而水平直线移动的螺母，通过底部的螺母座固定连接螺母的工作台，所述的底座上通过导轨支撑架设置有用于引导工作台移动的导轨，所述的丝杠分别通过固定在底座上的前端轴承机构和尾端轴承机构进行定位，对应所述的工作台分别设置有:用于测量工作台运动过程中进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量对工作台施加激励时进给系统动态特性的模态测试系统，对应所述的前端轴承机构和尾端轴承机构设置有用于测量丝杠运动过程中热特性的热特性测试系统，所述的激光干涉测试系统、模态测试系统和热特性测试系统分别连接工控机。
[0005]—种用于评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中弹性轴套的标定装置，包括有形成有T型凹槽的标定工作台，通过T型槽螺栓固定在所述标定工作台上的标定底座，所述标定底座上通过双头螺柱由下至上依次设置有定位夹盖和顶盖，其中，所述的定位夹盖和标定底座之间用于设置被标定的弹性轴套，所述弹性轴套上设置有应变片，所述应变片的信号输出端连接静态应变测试系统中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机，所述定位夹盖和顶盖之间设置有用于采集标定压力的压力传感器，所述双头螺柱上端通过螺纹连接有用于施加标定压力的施力螺母，所述的标定底座上还设置有用于对所述的定位夹盖和顶盖进行导向的导向柱。
[0006]本发明的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统及标定装置，能够对丝杠预拉伸力和进给系统动态性能进行测试，采集测试数据，分析丝杠预拉伸力对进给系统动态性能的影响规律，综合评估丝杠预拉伸力状态。
[0007]本发明可以快速准确地测量丝杠预拉伸力的大小，综合进给系统模态试验、运动性能指标测试以及热特性测量结果，全面有效地对丝杠预拉伸力状态和进给系统动态性能进行评估，用于指导工程师对进给系统的滚珠丝杠进行合理的预拉伸，提高数控机床的加工性能。
【附图说明】
[0008]图1是本发明评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统的结构示意图；
[0009]图2是本发明中丝杠预拉伸力测试结构示意图；
[0010]图3是用于本发明测试系统中弹性轴套的标定装置立体结构示意图；
[0011]图4是用于本发明测试系统中弹性轴套的标定装置主视图。
[0012]图中
[0013]1:底座2:电机
[0014]3:联轴器4:前端轴承机构
[0015]5:丝杠6:螺母
[0016]7:导轨8:工作台
[0017]9:力锤10:激振器
[0018]11:加速度传感器12:激光器
[0019]13:干涉镜14:反射镜
[0020]15:温度传感器16:电涡流位移传感器
[0021]17:工控机18:轴承座
[0022]19:内轴套20:弹性轴套
[0023]21:预紧螺母22:挡圈
[0024]23:应变片24:端盖
[0025]25:定位螺母26:尾端轴承机构
[0026]27:螺母座28:串联轴承组
[0027]29:外轴套30:测试信号采集单元
[0028]31:控制及测试信号采集单元32:数据采集单元
[0029]33:T型凹槽34:标定工作台
[0030]35: T型槽螺栓36:标定底座
[0031]37:导向柱38:双头螺柱
[0032]39:施力螺母40:顶盖
[0033]41:定位夹盖42:导轨支撑架
[0034]43:压力传感器
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例和附图对本发明的评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及标定装置做出详细说明。
[0036]本发明的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统及标定装置，根据测试任务选择合适的传感器、配置数据采集装置和工控机，搭建进给系统动态性能测试系统硬件测试平台。所述的进给系统动态性能测试系统硬件测试平台包括进给系统滚珠丝杠预拉伸力标定测试平台、进给系统模态试验平台、进给系统运动性能指标测试平台以及进给系统热特性测试平台。
[0037]如图1所示，本发明的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座1、设置在底座I上的电机2、通过联轴器3连接电机2输出轴的丝杠5、设置在丝杠5上的能够随丝杠5的旋转而水平直线移动的螺母6，通过底部的螺母座27固定连接螺母6的工作台8，所述的底座I上通过导轨支撑架42设置有用于引导工作台8移动的导轨7，所述的丝杠5分别通过固定在底座I上的前端轴承机构4和尾端轴承机构26来定位，对应所述的工作台8分别设置有:用于测量工作台8运动过程中进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量对工作台8施加激励时进给系统动态特性的模态测试系统，对应所述的前端轴承机构4和尾端轴承机构26设置有用于测量丝杠5运动过程中热特性的热特性测试系统，所述的激光干涉测试系统、模态测试系统和热特性测试系统分别连接工控机17。
[0038]所述的激光干涉测试系统采用厂家为Renishaw的激光干涉系统，系统中:激光器12设置在所述工作台8远离电机2—侧，干涉镜13固定在底座I上，反射镜14固定在工作台8上，所述激光器12、干涉镜13和反射镜14位于同一光路上，所述激光器12的信号输出端连接激光干涉测试系统中测试信号采集单元30的信号输入端，所述测试信号采集单元30连接工控机17。
[0039]所述的模态测试系统采用厂家为比利时LMS公司的LMS测试系统，系统中:控制及测试信号采集单元31连接工控机17，分别连接控制及测试信号采集单元31的控制信号输出端和采集信号输入端用于产生激振力的激振器10设置在工作台8的一侧，连接控制及测试信号采集单元31的采集信号输入端的力锤9对应敲击工作台8上的测试点，连接控制及测试信号采集单元31的采集信号输入端的12?24个加速度传感器11分别布设在:螺母座27上设置有2?4个，在前端轴承机构4上设置有I?2个，尾端轴承机构26上设置有I?2个，工作台8上设置有8?16个。
[0040]所述的热特性测试系统采用厂家为北京昆仑海岸传感技术中心的热特性测试系统，系统中:数据采集单元32连接工控机17，连接数据采集单元32的2?4个温度传感器15分别布设在前端轴承机构4的轴承座上I?2个，尾端轴承机构26的轴承座上I?2个，连接数据采集单元32的电涡流位移传感器16固定在底座I上并对应于进行预拉伸的丝杠5的伸出端。所述的电涡流位移传感器16的测试端面与所述的丝杠5伸出端的端面平行设置，且相距0.5?Imm0
[0041 ] 如图2所示，所述的尾端轴承机构26包括有:包括有轴承座18，位于轴承座18内的用于支撑固定丝杠5且以背靠背的形式装入的两组串联轴承组28，两组串联轴承组28之间设置有内轴套19，两组串联轴承组28的位于丝杠5端部一侧设置有弹性轴套20，远离丝杠5端部一侧设置有外轴套29，所述外轴套29和弹性轴套20的外周分别设置有挡圈22，其中，所述轴承座18的两端分别通过螺钉设置有用于定位轴承组28和挡圈22的端盖24，所述端盖24的中心形成有能够贯穿丝杠5的贯通孔，所述丝杠5的端部螺纹连接有用于对丝杠5施加轴向预拉伸力的预紧螺母21，所述弹性轴套20的外周均匀设置有3?4个用于测定丝杠5轴向变形的应变片23，所述应变片23的信号输出端连接“东华静态应变测试系统”中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机17。所述丝杠5位于外轴套29的一侧设置有定位螺母25。
[0042]如图3、图4所示，用于评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中弹性轴套的标定装置，包括有形成有T型凹槽33的标定工作台34，通过T型槽螺栓35固定在所述标定工作台34上的标定底座36，所述标定底座36上通过双头螺柱38由下至上依次设置有定位夹盖41和顶盖40，其中，所述的定位夹盖41和标定底座36之间用于设置被标定的弹性轴套20，所述弹性轴套20上设置有应变片23，所述应变片23的信号输出端连接“东华静态应变测试系统”中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机17。所述定位夹盖41和顶盖40之间设置有用于采集标定压力的压力传感器43，所述双头螺柱38上端通过螺纹连接有用于施加标定压力的施力螺母39，即通过同步旋进双头螺柱38上的施力螺母39来提供弹性轴套的轴向力。所述的标定底座36上还设置有贯穿所述的定位夹盖41和顶盖40用于对所述的定位夹盖41和顶盖40进行导向的导向柱37。
[0043]所述的导向柱37和双头螺柱38各设置有2个，在标定底座36的上端面以中心为圆心，以弹性轴套20外直径的2?2.5倍为直径的圆周上形成有2个用于固定导向柱37的导向孔槽和2个用于连接双头螺柱38的螺孔槽，所述的导向孔槽和螺孔槽为间隔设置，在定位夹盖41和顶盖40上以各自中心为圆心，以弹性轴套20外直径的2?2.5倍为直径的圆周上均形成有2个用于贯穿导向柱37的导向孔和2个用于贯穿双头螺柱38的螺柱孔，所述的导向孔和螺柱孔间隔设置，每个导向孔和螺纹孔之间间隔90°。所述的导向柱37和双头螺柱38的底端依次贯穿顶盖40和定位夹盖41上相对应的导向孔和螺柱孔固定在所述标定底座36的导向孔槽和螺孔槽内。所述导向柱37的底端与所述的标定底座36上的导向孔槽为过渡配合，所述导向柱37与定位夹盖41和顶盖40上的导向孔均采用间隙配合。
[0044]所述的定位夹盖41的上端面形成有直径大于压力传感器43直径I?2mm、深度为2?3mm的用于固定压力传感器43的上端圆柱形定位槽，所述的定位夹盖41的下端面形成有直径大于弹性轴套20直径I?2mm、深度为2?3mm的用于固定弹性轴套20的下端圆柱形定位槽，所述的上端圆柱形定位槽和下端圆柱形定位槽为同轴设置。
【主权项】
1.一种评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座(I)、设置在底座(I)上的电机(2)、通过联轴器(3)连接电机(2)输出轴的丝杠(5)、设置在丝杠(5)上的能够随丝杠(5)的旋转而水平直线移动的螺母(6)，通过底部的螺母座(27)固定连接螺母(6)的工作台(8)，所述的底座(I)上通过导轨支撑架(42)设置有用于引导工作台(8)移动的导轨(7)，其特征在于，所述的丝杠(5)分别通过固定在底座(I)上的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)进行定位，对应所述的工作台(8)分别设置有:用于测量工作台(8)运动过程中进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量对工作台(8)施加激励时进给系统动态特性的模态测试系统，对应所述的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)设置有用于测量丝杠(5)运动过程中热特性的热特性测试系统，所述的激光干涉测试系统、模态测试系统和热特性测试系统分别连接工控机(17)。2.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的尾端轴承机构(26)包括有:包括有轴承座(18)，位于轴承座(18)内的用于支撑固定丝杠(5)且以背靠背的形式装入的两组串联轴承组(28)，两组串联轴承组(28)之间设置有内轴套(19)，两组串联轴承组(28)的位于丝杠(5)端部一侧设置有弹性轴套(20)，远离丝杠(5)端部一侧设置有外轴套(29)，所述外轴套(29)和弹性轴套(20)的外周分别设置有挡圈(22)，其中，所述轴承座(18)的两端分别通过螺钉设置有用于定位轴承组(28)和挡圈(22)的端盖(24)，所述端盖(24)的中心形成有能够贯穿丝杠(5)的贯通孔，所述丝杠(5)的端部螺纹连接有用于对丝杠(5)施加轴向预拉伸力的预紧螺母(21)，所述弹性轴套(20)的外周均匀设置有3?4个用于测定丝杠(5)轴向变形的应变片(23)，所述应变片(23)的信号输出端连接静态应变测试系统中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机(17)，所述丝杠(5)位于外轴套(29)的一侧设置有定位螺母(25)。3.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的激光干涉测试系统中:激光器(12)设置在所述工作台(8)远离电机(2)—侧，干涉镜(13)固定在底座(I)上，反射镜(14)固定在工作台(8)上，所述激光器(12)、干涉镜(13)和反射镜(14)位于同一光路上，所述激光器(12)的信号输出端连接激光干涉测试系统中测试信号采集单元(30)的信号输入端，所述测试信号采集单元(30)连接工控机(17)。4.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的模态测试系统中:控制及测试信号采集单元(31)连接工控机(17)，分别连接控制及测试信号采集单元(31)的控制信号输出端和采集信号输入端用于产生激振力的激振器(10)设置在工作台(8)的一侧，连接控制及测试信号采集单元(31)的采集信号输入端的力锤(9)对应敲击工作台(8)上的测试点，连接控制及测试信号采集单元(31)信号输入端的12?24个加速度传感器(11)分别布设在:螺母座(27)上设置有2?4个，在前端轴承机构(4)上设置有I?2个，尾端轴承机构(26)上设置有I?2个，工作台(8)上设置有8?16个。5.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的热特性测试系统中:数据采集单元(32)连接工控机(17)，连接数据采集单元(32)的2?4个温度传感器(15)分别布设在前端轴承机构(4)的轴承座上I?2个，尾端轴承机构(26)的轴承座上I?2个，连接数据采集单元(32)的电涡流位移传感器(16)固定在底座(I)上并对应于进行预拉伸的丝杠(5)的伸出端。6.根据权利要求5所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的电涡流位移传感器(16)的测试端面与所述的丝杠(5)伸出端的端面平行设置，且相距0.5?Imm07.—种用于权利要求2所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中弹性轴套的标定装置，其特征在于，包括有形成有T型凹槽(33)的标定工作台(34)，通过T型槽螺栓(35)固定在所述标定工作台(34)上的标定底座(36)，所述标定底座(36)上通过双头螺柱(38)由下至上依次设置有定位夹盖(41)和顶盖(40)，其中，所述的定位夹盖(41)和标定底座(36)之间用于设置被标定的弹性轴套(20)，所述弹性轴套(20)上设置有应变片(23)，所述应变片(23)的信号输出端连接静态应变测试系统中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机(17)，所述定位夹盖(41)和顶盖(40)之间设置有用于采集标定压力的压力传感器(43)，所述双头螺柱(38)上端通过螺纹连接有用于施加标定压力的施力螺母(39)，所述的标定底座(36)上还设置有用于对所述的定位夹盖(41)和顶盖(40)进行导向的导向柱(37)。8.根据权利要求7所述的标定装置，其特征在于，所述的导向柱(37)和双头螺柱(38)各设置有2个，在标定底座(36)的上端面以中心为圆心，以弹性轴套(20)外直径的2?2.5倍为直径的圆周上形成有2个用于固定导向柱(37)的导向孔槽和2个用于连接双头螺柱(38)的螺孔槽，所述的导向孔槽和螺孔槽为间隔设置，在定位夹盖(41)和顶盖(40)上以各自中心为圆心，以弹性轴套(20)外直径的2?2.5倍为直径的圆周上均形成有2个用于贯穿导向柱(37)的导向孔和2个用于贯穿双头螺柱(38)的螺柱孔，所述的导向孔和螺柱孔间隔设置，所述的导向柱(37)和双头螺柱(38)的底端依次贯穿顶盖(40)和定位夹盖(41)上相对应的导向孔和螺柱孔固定在所述标定底座(36)的导向孔槽和螺孔槽内。9.根据权利要求7所述的标定装置，其特征在于，所述导向柱(37)的底端与所述的标定底座(36)上的导向孔槽为过渡配合，所述导向柱(37)与定位夹盖(41)和顶盖(40)上的导向孔均采用间隙配合。10.根据权利要求7所述的标定装置，其特征在于，所述的定位夹盖(41)的上端面形成有直径大于压力传感器(43)直径I?2mm、深度为2?3_的用于固定压力传感器(43)的上端圆柱形定位槽，所述的定位夹盖(41)的下端面形成有直径大于弹性轴套(20)直径I?2mm、深度为2?3mm的用于固定弹性轴套(20)的下端圆柱形定位槽，所述的上端圆柱形定位槽和下端圆柱形定位槽为同轴设置。
【文档编号】B23Q17/00GK106041641SQ201610308993
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】丛郁楠, 牛文铁, 李宝宇
【申请人】天津大学