专利名称：一种检测高速精密滚珠丝杠副综合性能的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于高速精密传动副综合性能检测装置领域，特别涉及对高速精密中空滚珠丝杠副通油冷却后综合性能检测的检测装置。
背景技术：
近年来，随着装备制造业整体技术水平不断提高，对数控机床、精密仪器和各种精密机械设备中的关键零部件——滚珠丝杠副的性能要求也越来越高。其高速化和精密化为国内外所共同关注，高速化和精密化的同时其定位精度等性能指标也会受到不同程度地影响，这些性能参数直接关系到丝杠副的质量。由于国外高精技术产品进口受限以及对相关关键技术的封锁，目前国内高速滚珠丝杠副的发展水平和国外相比还有不小的差距。除了原材料和加工设备的精度等因素外，没有完善的试验检测手段是制约其发展的一个重要原因。检测和制造是密不可分的没有检测，产品质量就没有保证。目前，国内虽然有很多滚珠丝杠的性能检测仪，但主要是在空载或轻载时进行的。山东济宁博特精密丝杠有限公司，申请号为200620161148. 4的发明专利“高速精密滚珠丝杠副综合性能测试仪”中，可以完成滚珠丝杠在负载状态下的加速度、速度、定位精度以及丝杠热伸长的在线实时测量。但它没有中空冷却装置，不能对精密的中空滚珠丝杠副冷却，无法完成对精密中空丝杠的综合性能检测。
发明内容
本发明要解决的技术难题是针对目前缺少滚珠丝杠副完整的性能检测装置的现状，克服现有技术的不足，发明一种高速精密滚珠丝杠副综合性能检测装置，该装置以红外温度传感器和电涡流传感器为传感元件，检测高速精密滚珠丝杠副丝杠和螺母在高速运转时候的温度；以电涡流传感器为传感元件，检测滚珠丝杠副在高速运转时候的变形量；以光栅尺为传感元件，在滚珠丝杠副高速运转时候对其信号进行一次和二次微分，得到工作台直线运动速度和加速度；以扭矩传感器为传感元件，忽略导轨摩擦阻力，在滚珠丝杠副高速运转时候得到电机带动滚珠丝杠副勻速转动的输出扭矩用来检测滚珠丝杠副的摩擦力矩；以传声计为传感元件，检测滚珠丝杠在高速运转时候噪声；以加速度传感器为传感元件，在滚珠丝杠副高速运转时候检测其振动性能；以编码器和光栅尺为传感元件，在滚珠丝杠副高速运转时候检测其反向间隙，完成滚珠丝杠在高速运转状态下的综合性能检测。本发明采用的技术方案是一种检测高速精密滚珠丝杠副综合性能的装置，具有一个内腔为U型槽结构的床身13，动力部件安装在床身13左端U型槽中，动力部件中，伺服电机1中内置有角度编码器15，伺服电机1的输出轴通过联轴器2与扭矩传感器17连接， 联轴器2’安装在扭矩传感器17和被测滚珠丝杠副10之间，矩传感器17通过矩传感器支座16安装在床身13的内腔中，冷却密封装置9左端和联轴器2’安装在一起，冷却密封装置9右端和被测滚珠丝杠10的固定支撑I安装在一起；被测滚珠丝杠10左端安装在固定支撑I中，被测滚珠丝杠副10右端安装在浮动支撑II中，被测滚珠丝杠副10的螺母安装在螺母座6上，螺母座6与模拟工作台4连接一体；润滑管线51通过螺母座6分别通到四个滑块49里，在每个滑块49和润滑管线51接触部位都有保护管线的弹簧护套软管50，中间的模拟工作台4安装在四个滑块49上，四个滑块49分别安装在两根导轨(3、3’)上，电动油泵5安装在模拟工作台4的后侧面，钼电阻温度传感器22探头采用胶粘接方式安装在滚珠螺母可接触端面的平坦位置，加速度传感器21固定在螺母座6内，测噪声的传声计20安装在模拟工作台4的下方，对准滚珠丝杠副的螺母体，被测滚珠丝杠副10丝杠的温度测点位置在床身13对应被测滚珠丝杠副10左、 中、右三处安装左红外温度度传感器18，中红外温度传感器19，右红外温度传感器23，对准被测滚珠丝杠副10的丝杠；光栅尺的主光栅14安装在床身13上，副光栅11安装在模拟工作台4上，工作区的最前方安装易格斯拖链12，所有传感器的线通过易格斯拖链12接到采集卡上；右端尾座拖板7安装在前、后导轨(3、3’)上，浮动支撑II通过螺钉与尾座拖板7 固连，电涡流传感器24安装在电涡流传感器支架41上，通过磁座42安装在床身13上，电涡流传感器24对准滚珠丝杠副10浮动支撑II端面，冷却液储存箱8安装在床身(13)右端内腔中。本发明具有以下明显效果该装置性能稳定、响应速度快，可检测不同型号的滚珠丝杠，其平台带有电动吸油泵5，可以对中空丝杠进行检测，检测范围广。装置结构简单，空间敞开，为滚珠丝杠副检测项目所需传感器的安装和检测提供条件。
图1是检测装置立体图，图2是图IA-A剖面图，图3是固定支撑I剖面图，图4是浮动支撑II剖面图。其中1-电机，2-联轴器，3-导轨，4-模拟工作台5-电动油泵，6-螺母座，7-尾座底板，8-冷却液储存箱，9-冷却密封装置，10-被测滚珠丝杠副，11-副光栅， 12-易格斯拖链，13-床身，14-主光栅，15-角度编码，16-扭矩传感器支座，17-扭矩传感器，18-左红外温度度传感器，19-中红外温度传感器，20-传声计，21-振动传感器，22-钼电阻温度传感器，23-右红外温度传感器，24-电涡流传感器，25-左端轴承座，26-固定端锁紧螺母，27-左轴套，28-固定端隔套，29-固定端大压盖，30-固定端大螺钉，31-固定端端盖螺钉，32-固定端小压盖，33-固定端涨紧套，34-固定端深沟球轴承，35-右端轴承座，36-右轴套，37-浮动端小上螺钉，38-浮动端小压盖，39-浮动端涨紧套，40-浮动端小下螺钉，41-电涡流传感器支架，42-磁座，43-后端盖，44-后端盖螺钉，45-浮动端锁紧螺母，46-旋转骨架密封，47-浮动端隔套，48-浮动端深沟球轴承，I-固定支撑，II-浮动支撑。图5是检测装置横向润滑系统布置图，其中49-滑块，50-弹簧护套软管，51-润滑管线。
具体实施例方式结合附图和技术方案详细说明本发明的
具体实施例方式被测滚珠丝杠副采用左固定，右浮动的安装方式，左端固定支撑I通过联轴器2与伺服电机1直连，固定支撑I通过固定端涨紧套33安装于左轴套27中，然后通过固定端深沟球轴承34安装于左端轴承座25，固定端深沟球轴承的右端卡在左端轴承座25上，左端
4经固定端隔套观由固定端锁紧螺母26锁紧，固定端小压盖32通过固定端端盖内六角螺钉 31将固定端涨紧套34固定在左轴套27中，固定端小压盖32通过螺钉将左轴套27固定在左端轴承座25中；滚珠丝杠副右端浮动支撑II通过浮动端涨紧套39安装于右轴套36中， 然后通过浮动端深沟球轴承48安装于右端轴承座35，浮动端深沟球轴承48的左端卡在右轴套36上，右端经浮动端隔套47由浮动端锁紧螺母45锁紧，浮动端小压盖38通过浮动端小上螺钉37，浮动端小下螺钉40将过浮动端涨紧套39固定在右轴套36中，旋转骨架密封 46通过隔垫安装于右轴套36的后，浮动支撑II的最右端有一个后端盖43通过后端盖螺钉 44与右端轴承座35固连，将组件都罩在其内。该装置检测的项目有1.摩擦力矩的检测床身13前端装有的伺服电机1是整个装置的动力源，通过两个伺服专用高刚性金属板簧联轴器3把伺服电机1和滚珠丝杠副直连起来，如图2所示，滚珠丝杠副摩擦力矩在忽略导轨摩擦阻力时与电机带动丝杠勻速转动的输出扭矩是相同的，因此滚珠丝杠摩擦力矩的测量可以通过扭矩传感器17得到，在两个联轴器2中间安装扭矩传感器17，扭矩传感器17安装扭矩传感器支座16上固定牢靠，扭矩传感器支座16对扭矩传感器17起支撑的作用，手动调整伺服电机1、滚珠丝杠、扭矩传感器18使它们三轴同轴度小于0. 1mm，这样就可以直接检测电机输出端传递给丝杠的扭矩值。扭矩传感器17选用德国HBM公司T22型动态扭矩传感器，其主要性能指标量程士 IOONm ；精度0. 5% FSO ；截止频率IkHz ；输出信号士5V ；供电电源11. 5 30V。2.温度的检测在床身13上安装3个红外温度传感器，放置在丝杠的下方，探头对准丝杠的温度待测部位，由于滚珠丝杠副长短不同，温度测点位置分为左、中、右三处，分别安装左红外温度度传感器18，中红外温度传感器19，右红外温度传感器23检测滚珠丝杠副中间以及两端的温度变化，温度物理量通过红外温度传感器转换为电信号，这种装置改进了以往人工贴片这种繁琐的测温方式，无需停机检测。红外传器选择IRTP-300L系列，集成了信号处理电路和环境补偿电路，受污染、潮湿以及电磁干扰等环境因素影响较小，适用于工业上金属、 塑料、玻璃等材料，以及电缆接头、变压器等电气设备的温度测量。螺母体表面温度的测量采用钼电阻温度传感器22，钼电阻温度传感器22探头采用胶粘接方式安装在滚珠螺母可接触端面的平坦位置，钼电阻温度传感器22将被测物的温度变化转化为阻值的变化，选取STT-F系列钼电阻温度传感传感器，它采用金属外壳封装，测温探头体积小，内部填充导热材料和密封材料封装而成，防水防潮，适合于物体表面等温度的测量。温度测量范围-50°C +200°C，精度等级为A级，可以满足测温的需要。3.热变形的检测电涡流传感器M安装在电涡流传感器支架41上，通过磁座42安装在床身13内腔上，对准被测滚珠丝杠副10自由支撑端端面，初始间距大于等于0. 1mm，安装时需要注意保持传感器端面与被测端面的平行度。被测滚珠丝杠副10固定-浮动的安装方式，由于被测滚珠丝杠副10与左右支撑端均为胀紧连接，被测滚珠丝杠副10与右端轴套36不存在相对移动，左支撑固定右支撑浮动的装夹方式决定了被测滚珠丝杠副10的膨胀伸长的热变形， 可以通过电涡流传感器M测量浮动支撑II浮动端涨紧套39锁紧端盖的端面移动来获得。
4.噪声检测滚珠丝杠副噪声的测量难点在于声音信号中存在大量的干扰信号，包括传感器本底噪声、导轨运行的噪声和周围电气设备的电磁干扰等。所以把传声计放置在接近噪声源的位置有利于准确测量，传声计20悬挂于模拟工作台4下方，对准滚珠丝杠副的螺母体一丝杠副运行时噪声的声源所在。模拟工作台4运动带来的振动对传感器的测试会有影响，因为传声计的外壳和后极板是刚性连接的一体件，而膜片不是。这样传声计受到振动以后，膜片与后极板就会有间距变化，输出由振动引起的“干扰”信号。在选取传感器时选取电容式体积小的传声计，传声计选用美国PCB 377B02精密传声计，其传声计相对动圈式传声计受振动影响较小，传声计的直径小也不易受到振动的影响，而且在安装传感器时，在传声计外部包裹一层减振材料，以降低振动对测试带来的影响。5.速度、加速度检测滚珠丝杠副驱动速度和加速度的测量是通过对光栅尺输出的测量信号对时间进行一次和二次微分计算，从而得到模拟工作台直线运动速度与加速度。主光栅14安装在床身13上，副光栅11安装在模拟工作台4上，主光栅14和副光栅11随着模拟工作台4的移动而相对移动，获取工作台4的位置信号，选用的是德国海德汉LB382型增量式直线光栅尺，测量步距为0. 1 μ m，具有确定温度特性，能承受高振动频率，支持水平安装。在安装过程中，要保证光栅尺与直线导轨的平行度，避免产生测量误差。对所得的位移进行微分检测速度、加速度。6.振动检测滚珠丝杠副振动的检测选择加速度传感器，将加速度传感器21固定在螺母座6内的过渡座，固定传感器电缆线，防止电缆屏蔽层和绝缘材料间的摩擦产生电荷而引入噪声。 传感器选用美国PCB公司的356A15三轴向压电加速度传感器是性价比较高的一款产品。传感器质量轻、体积小，在传感器壳体内置集成电路，完成阻抗变换提高线缆长度。使用两线制的供电和信号输出方式，使现场安装十分方便，适合狭小空间的安放，满足测试需要。7.反向间隙检测滚珠丝杠高速运转，由正转变换成反转时，在一定的角度内，尽管丝杠转动，但是滚珠螺母还要等间隙消除以后才能带动工作台运动，角度编码器16电机内置，光栅尺的主光栅14安装在床身13上，副光栅11安装在模拟工作台4上，主光栅14和副光栅11随着模拟工作台4的移动而相对移动，获取工作台4的位置信号。角度编码器15与光栅尺配合使用，接入上位机内IK220板卡，对两路数字脉冲信号进行比较。当丝杠运行到左右行程极限反转时，工作台由于丝杠的空回间隙不能立即回移，所以光栅尺不会产生位移脉冲信号。 此时间段内角度编码器所测得的主轴转角即为丝杠的空回转角，该值与导程的乘积则为反向间隙。这种装置比利用电机编码器进行测量更为精确，消除了中间传递环节引入的误差。本发明可检测不同型号的滚珠丝杠副的综合性能，检查的项目多，特别方便对中空丝杠进行检测。检测安装方便，调整容易，电动油泵，检测范围广，装置结构简单。
权利要求
1. 一种检测高速精密滚珠丝杠副综合性能的装置，其特征是，具有一个内腔为U型槽结构的床身(13)，动力部件安装在床身(13)左端U型槽中，动力部件中的伺服电机(1)中内置有角度编码器(15)，伺服电机(1)的输出轴通过联轴器(2)与扭矩传感器(17)连接， 联轴器(2’ )安装在扭矩传感器(17)和被测滚珠丝杠副(10)之间，扭矩传感器(17)通过扭矩传感器支座(16)安装在床身(13)的内腔中，冷却密封装置(9)左端和联轴器(2’)安装在一起，冷却密封装置(9)右端和被测滚珠丝杠副(10)的固定支撑(I)安装在一起；被测滚珠丝杠副(10)左端安装在固定支撑(I)中，被测滚珠丝杠副(10)右端安装在浮动支撑(II)中，被测滚珠丝杠副(10)的螺母安装在螺母座(6)上，螺母座(6)与模拟工作台(4)连接一体；润滑管线(51)通过螺母座(6)分别通到四个滑块(49)里，在每个滑块 (49)和润滑管线(51)接触部位都有保护管线的弹簧护套软管(50)，中间的模拟工作台(4) 安装在四个滑块(49)上，四个滑块(49)分别安装在两根导轨(3、3’ )上，电动油泵(5)安装在模拟工作台(4)的后侧面，钼电阻温度传感器(22)探头采用胶粘接方式安装在滚珠螺母可接触端面的平坦位置，加速度传感器(21)固定在螺母座(6)内，测噪声的传声计(20) 安装在模拟工作台(4)的下方，对准滚珠丝杠副的螺母体，被测滚珠丝杠副(10)中的丝杠温度测点位置在床身(13)对应被测滚珠丝杠副(10)左、中、右三处分别安装左红外温度度传感器(18)，中红外温度传感器(19)，右红外温度传感器(23)，传感器测头对准被测滚珠丝杠副(10)的丝杠；光栅尺的主光栅(14)安装在床身(13)前壁上，副光栅(11)安装在模拟工作台(4)前端，易格斯拖链(12)安装在床身(13)的前部，所有传感器的输出线通过易格斯拖链(12)接到采集卡上；右端尾座拖板(7)安装在前、后导轨(3、3’ )上，浮动支撑(II)通过螺钉与尾座拖板(7)固连，电涡流传感器(24)安装在电涡流传感器支架(41)上，通过磁座(42)安装在床身 (13)内腔上，电涡流传感器(24)对准滚珠丝杠副(10)浮动支撑(II)端面，冷却液储存箱(8)安装在床身(13)右端内腔中。
全文摘要
本发明一种检测高速精密滚珠丝杠副综合性能的装置属于滚珠丝杠副检测相关技术领域，涉及对高速精密中空滚珠丝杠副通油冷却后综合性能检测的检测装置。该装置具有一个内腔为U型槽结构的床身，动力部件安装在床身左端U型槽中，动力部件中的伺服电机中内置有角度编码器，伺服电机的输出轴通过联轴器与扭矩传感器连接，联轴器安装在扭矩传感器和被测滚珠丝杠副之间，扭矩传感器通过扭矩传感器支座安装在床身的内腔中。电涡流传感器安装在电涡流传感器支架上，通过磁座安装在床身内腔上。本发明可检测不同型号的滚珠丝杠副的综合性能，检查的项目多，特别方便对中空丝杠进行检测。检测安装方便，调整容易，电动油泵，检测范围广，装置结构简单。
文档编号G01M13/02GK102175450SQ20101062433
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者张广明, 张雪, 王向东, 王福吉, 郑兴民 申请人:大连理工大学, 大连高金数控集团有限公司