专利名称：高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，属于高档精密数控机床的应用领域。
背景技术：
滚珠丝杠副自1874年在美国获得专利至今已有100多年的历史了，而在我国却只有40多年的开发研制、专业制造的历史。从产品总体水平来看，我国处于发达国家名牌产品之下，尤其是高性能、高档次的产品与NSK、THK、Rexroth等知名企业有明显的差距，成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。目前，我国滚珠丝杠副产业与国外还有很大差距，其中对丝杠综合性能的研究不够完善是一个主要原因，精度差距只是表面现象，其实质还是基础技术差距的反映。只有拥有先进的检测仪器和产品性能试验设备，才能为批量生产的产品和新产品的研发提供质量保证。高速进给系统的基本要求是高速度、高加速度、高刚度、高精度、轻量化。目前高速滚珠丝杠副传动系统仍然是高速机床进给驱动系统的主要形式，随着数控机床向高速化发展，滚珠丝杠副出现了温度上升，噪音增大，定位精度下降等现象。因此，提高丝杠检测设备的整体实验性能就成为生产高精度、高质量滚珠丝杠的一个重要途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台。本发明是高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，由硬件测试系统以及数据采集系统组成，硬件测试系统中床身22的前端和后端位置设有凹槽型前端轴瓦基座23 和后端轴瓦基座沈，前端轴瓦架4和后端轴瓦架39分别固定在前端轴瓦基座23和后端轴瓦基座沈上，滚珠丝杠10的前端头和后端头分别通过前端支撑组件和后端支撑组件安装在床身22上；伺服电机1通过梅花齿式弹性联轴器3与滚珠丝杠10的前端相连，滚珠丝杠 10与丝杠螺母16配合形成丝杠螺母副，丝杠螺母16与工作台14连接，工作台14与安装在滚动导轨38上的滑块32连接。数据采集系统由信号采集卡、信号采集传感器和计算机组成；信号采集卡采用 220V交流电供电，并通过RJ45端口与计算机网线通道相连，计算机中安装有信号采集软件；信号采集卡的V8E通道与电涡流位移传感器67、电涡流位移传感器68、加速度传感器 12、加速度传感器13、压力传感器57和噪音传感器74的信号输入端连接，将采集到物理信号转换成0 IOV的电压信号，通过软件输出，获得相应的物理值；信号采集卡的T8通道与接触式温度传感器5、贴片式温度传感器72、贴片式温度传感器73和三个红外非接触式温度传感器69、70、71相连；信号采集卡的RPMl通道与流量传感器8相连，采集脉冲信号并转换为冷却液流量在计算机软件中实时显示。本发明的有益效果
1、采用一维滚珠丝杠结构，可以排除其他不确定性因素对滚珠丝杠整体性能产生的影响，便于实验研究和技术方案的实施。2、可以实时动态检测滚珠丝杠在不同载荷状态下的丝杠性能特性，并通过计算机软件实时检测，实时观测滚珠丝杠运动过程中各种参数的变化。3、可以及时记录试验过程滚珠丝杠整体性能数据，便于试验结束后对相关数据进行分析和理论研究。
图1为该发明的结构原理图，图2为图1的俯视图，图3该发明的前端支撑组件结构原理图，图4该发明的后端支撑组件结构原理图，图5该发明的数据采集卡结构原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明如图1、图2所示，硬件测试系统设有一床身22，床身22左右两侧面设有排屑槽 21。床身22的前端和后端位置设有凹槽型前端轴瓦基座23和后端轴瓦基座沈，用来支撑滚珠丝杠10前端和后端的轴瓦架。前端轴瓦架4通过滚珠丝杠10左右两侧的定位销27 和螺栓28与前端轴瓦基座23连接，滚珠丝杠10左右两侧的两个定位销27交错分布，用来定位前端轴瓦架4沿滚珠丝杠10轴向方向的蹿动。伺服电机1通过螺栓2固定在轴瓦架 4端头，所述伺服电机1通过梅花齿式弹性联轴器3与滚珠丝杠10的前端头相连。如图1、图3所示，前端轴瓦架4与前端支撑组件中的前端支撑架51连接，前端轴承支撑圈52通过螺栓53与前端支撑架51连接，由三个推力角接触球轴承组成的轴承套件 54安装在滚珠丝杠10的前端头，并通过前端轴承支撑圈52实现定位。压盖43通过螺栓 42与前端轴承支撑圈52连接，所述压盖43内部装有密封圈41，套筒55穿过密封圈41中央紧靠在轴承套件M内圈上，圆螺母40与滚珠丝杠10前端头的螺纹连接，通过压紧套筒 55,使得轴承套件M无法轴向蹿动。轴承套件M另一端的滚珠丝杠10上安装密封圈50， 轴间密封圈49通过螺栓47与轴承支撑圈52的端面连接，密封圈50内部安装有防尘密封圈46和防尘密封圈48。滚珠丝杠进油孔45处于防尘密封圈46和防尘密封圈48的中间， 通过管接头44与油管9的一端相连，油管9的另一端与温度传感器5的一端头连接，温度传感器5的另一端头通过油管8与流量传感器7的一端头连接，流量传感器7的另一端头连接通过油管6与油冷机出油口连接。如图1、图2所示，后端轴瓦架39通过滚珠丝杠10左右两侧的定位销四和螺栓 30与后端轴瓦基座26连接，滚珠丝杠10左右两侧的两个定位销四交错分布，用来定位前端轴瓦架39沿滚珠丝杠10运动方向的蹿动。后端轴瓦架39与后端支撑组件中的后端轴承支撑圈65连接。如图4所示，后端轴承支撑圈65通过螺栓66与后端轴瓦架39连接。由三个推力角接触球轴承组成的轴承套件56安装在滚珠丝杠10的后端头，并通过后端轴承支撑圈56 实现定位。轴承套件56在靠近滚珠丝杠10前端的一侧装有密封圈59，轴承套件56另一侧安装有压力传感器，用来测量滚珠丝杠运动过程中的预紧力。轴端密封圈63通过螺栓60 与压盖58连接，圆螺母61与滚珠丝杠10后端头的螺纹连接，紧靠在压盖58端面。轴端密封圈63内部嵌套安装有密封圈62，用来防止滚珠丝杠10端头的冷却液泄露。滚珠丝杠后端头通过轴端密封圈63上的锥螺纹与管接头64相连，管接头64另一端连接油管18，并通过油管与油冷机的进油口相连。如图2所示，床身22左右两侧面安装有滚动导轨38，滚动导轨38上均勻分布沉孔 11，通过螺栓37连接在床身22上，滚动导轨38前、后端面安装有限位块24，限位块M —端面紧靠在床身22端头表面上，限位块M另一端面紧靠在滚动导轨38的端面上，实现滚动导轨38沿滚珠丝杠10轴向方向的蹿动。安装滚动导轨38的床身22上沿轴向方向开有楔形长凹槽，楔形长凹槽内安装有楔形导轨压块35，楔形导轨压块35通过螺栓36与床身22 连接，楔形导轨压块35下沉安装时，竖直面挤压滚动导轨侧面，保证滚动导轨38安装的直线度。如图1、图2所示，丝杠螺母16与滚珠丝杠10配合组成丝杠螺母副，丝杠螺母16 通过螺母瓦架15与工作台14相连，同时丝杠螺母16端面通过螺栓17与工作台端面连接， 保证工作台连接可靠。工作台上均勻分布螺栓孔33，用来定位安装在工作台14上的配种块，工作台14底部两侧面对称安装滑块32，滑块一方面32通过螺栓31与工作台14连接， 另一方面与滚珠导轨38配合，沿滚珠导轨38运动。如图5所示，数据采集系统包括信号采集卡、信号采集传感器和计算机。信号采集卡采用220V交流电供电，并通过RJ45端口与计算机网线通道相连，计算机中安装有信号采集软件。信号采集卡的V8E通道与电涡流位移传感器、加速度传感器、压力传感器和噪音传感器的信号输入端连接，将采集到物理信号转换成0 IOV的电压信号，通过软件输出，获得相应的物理值。信号采集卡的T8通道与接触式温度传感器、贴片式温度传感器和红外非接触式温度传感器相连，可以直接测量温度并在计算机软件中实时显示。信号采集卡的 RPMl通道与流量传感器相连，采集脉冲信号并转换为冷却液流量在计算机软件中实时显
示。
如图2、图5所示，电涡流位移传感器67和电涡流位移传感器68分别安装在前端轴瓦架3和后端轴瓦架39的端面，电涡流位移传感器67和电涡流位移传感器68的信号输入端分别与信号采集卡第一组V8E通道1和通道2相连，用来间接测量滚珠丝杠10在运动过程中的热变形。如图1、图5所示，加速度传感器12和加速度传感器13分别安装在床身22和工作台14端面上，加速度传感器12和加速度传感器13的信号输入端分别与信号采集卡第一组V8E通道3、通道4、通道5，和通道6、通道7、通道、8相连，加速度传感器12和加速度传感器13为均三相加速度传感器，其上标有X、Y、Z字样，用来测量检测点位置X、Y和Z三个方向的加速度，软件中加速度的方向设置应该由加速度传感器上显示的方向与试验平台本身的方向共同确定。如图2、图5所示，光栅尺34安装在滚珠丝杠10 —侧面的床身22上，光栅尺34的信号输入端与信号采集卡第二组V8E通道1相连。激光干涉仪75激光发射端和激光接受端分别安装在床身22和工作台14端面上，激光干涉仪75的信号输入端与信号采集卡第二组V8E通道2相连。光栅尺34和激光干涉仪75用来测量丝杠螺母副运动过程中的定位精度和重复定位精度。如图2、图5所示，接触式温度传感器5和温度传感器19分别安装在空心滚珠丝杠10进油口和出油口，温度传感器5和温度传感器19的信号输入端与信号采集卡T8的通道 1和通道2相连，用来测量空心滚珠丝杠10进油口和出油口冷却液温度。贴片式温度传感器72和贴片式温度传感器73分别安装在前端轴瓦架4和后端轴瓦架39上，贴片式温度传感器72和贴片式温度传感器73的信号输入端分别与信号采集卡T8的通道3和通道4相连，用来测量空心滚珠丝杠10运动过程中前端轴瓦架4和后端轴瓦架39表面的温度。非接触式红外温度传感器69、非接触式红外温度传感器70和非接触式红外温度传感器71分别安装沿滚珠丝杠10轴向方向的床身22上，非接触式红外温度传感器69、非接触式红外温度传感器70和非接触式红外温度传感器71的信号输入端分别与信号采集卡T8的通道 7、通道6和通道5相连，用来测量丝杠螺母副在运动过程中滚珠丝杠10沿轴向不同点的温度。如图1、图5所示，流量传感器8安装在滚珠丝杠10进油口，流量传感器8的信号输入端与信号采集卡的通道RPMl相连，将采集到的冷却液流量脉冲信号转换成0 IOV的电压信号，并在信号采集软件中预设转换公式，获得冷却液流量，并在计算机软件中实时显
7J\ ο如图1、图5所示，噪音传感器74安装在床身14的侧面，噪音传感器74的信号输入端与信号采集卡第二组V8E通道2相连，用来测量丝杠螺母副运动过程中的噪音。压力传感器57安装在后端轴承支撑圈65内部，紧靠轴承套件56，压力传感器57的信号输入端与信号采集卡第二组V8E通道1相连，用来测量滚珠丝杠10运动过程的预紧力。
权利要求
1.高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，由硬件测试系统以及数据采集系统组成，其特征在于硬件测试系统中床身0 的前端和后端位置设有凹槽型前端轴瓦基座 (23)和后端轴瓦基座( )，前端轴瓦架(4)和后端轴瓦架(39)分别固定在前端轴瓦基座 (23)和后端轴瓦基座06)上，滚珠丝杠(10)的前端头和后端头分别通过前端支撑组件和后端支撑组件安装在床身0 上；伺服电机(1)通过梅花齿式弹性联轴器( 与滚珠丝杠 (10)的前端相连，滚珠丝杠(10)与丝杠螺母(16)配合形成丝杠螺母副，丝杠螺母(16)与工作台(14)连接，工作台(14)与安装在滚动导轨(38)上的滑块(32)连接；数据采集系统由信号采集卡、信号采集传感器和计算机组成；信号采集卡采用220V交流电供电，并通过RJ45端口与计算机网线通道相连，计算机中安装有信号采集软件；信号采集卡的V8E通道与第一电涡流位移传感器(67)、第二电涡流位移传感器(68)、第一加速度传感器(12)、第二加速度传感器(13)、压力传感器(57)和噪音传感器(74)的信号输入端连接，将采集到物理信号转换成O IOV的电压信号，通过软件输出，获得相应的物理值； 信号采集卡的T8通道与接触式温度传感器(5)、第一贴片式温度传感器(72)、第二贴片式温度传感器(7 和三个红外非接触式温度传感器(69、70、71)相连；信号采集卡的RPMl通道与流量传感器(8)相连，采集脉冲信号并转换为冷却液流量在计算机软件中实时显示。
2.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于前端轴瓦架(4)通过滚珠丝杠(10)左右两侧的定位销、2Τ)和螺栓08)与前端轴瓦基座 (23)连接，滚珠丝杠(10)左右两侧的两个第一定位销07)交错分布，用来定位前端轴瓦架 (4)沿滚珠丝杠(10)轴向方向的蹿动；伺服电机(1)固定在前端轴瓦架的端头 ’后端轴瓦架(39)通过滚珠丝杠(10)左右两侧的定位销09)和螺栓(30)与后端轴瓦基座06) 连接，滚珠丝杠(10)左右两侧的两个用来定位后端轴瓦架(39)沿滚珠丝杠(10)运动方向的蹿动的第二定位销09)交错分布，后端轴瓦架(39)与后端支撑组件中的后端轴承支撑圈(65)连接。
3.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于前端轴瓦架(4)与前端支撑组件中的前端支撑架(51)连接，前端轴承支撑圈(5 通过螺栓(5 与前端支撑架(51)连接，由三个推力角接触球轴承组成的轴承套件(54)安装在滚珠丝杠(10)的前端头，并通过前端轴承支撑圈(52)实现定位。
4.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于滚动导轨(38)的前、后端面安装有限位块(M)，限位块04)的一端面紧靠在床身02)的端头表面上，限位块04)的另一端面紧靠在滚动导轨(38)的端面上。
5.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于安装滚动导轨(38)的床身02)上沿轴向方向开有楔形长凹槽，楔形长凹槽内安装有楔形导轨压块(35)，楔形导轨压块(3 通过螺栓(36)与床身0 连接。
6.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于丝杠螺母(16)通过螺母瓦架(1 与工作台14相连，同时丝杠螺母(16)端面通过螺栓(17) 与工作台(14)的端面连接，工作台上均勻分布用来定位安装在工作台(14)上的配种块的螺栓孔(33)，工作台(14)底部两侧面对称安装滑块(32)。
7.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于第一电涡流位移传感器(67)和第二电涡流位移传感器(68)分别安装在前端轴瓦架(3)和后端轴瓦架(39)的端面上，用来间接测量滚珠丝杠(10)在运动过程中的热变形的第一电涡流位移传感器(67)和第二电涡流位移传感器(68)的信号输入端分别与信号采集卡第一组V8E通道1和通道2相连。
8.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于第一加速度传感器(1 和第二加速度传感器(1 分别安装在床身0 和工作台(14)端面上，第一加速度传感器(1 和第二加速度传感器(1 的信号输入端分别与信号采集卡第一组V8E通道3、通道4、通道5，和通道6、通道7、通道、8相连。
9.根据权利要求1所述的高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，其特征在于在滚珠丝杠(10) —侧面的床身0 上安装一光栅尺(34)，光栅尺(34)的信号输入端与信号采集卡第二组V8E通道1相连；激光干涉仪(7 的激光发射端和激光接受端分别安装在床身0 和工作台(14)的端面上，激光干涉仪(7 的信号输入端与信号采集卡第二组 V8E通道2相连。
全文摘要
高速滚珠丝杠进给系统整体性能测试实验平台，硬件测试系统中滚珠丝杠的前端头和后端头分别通过前端支撑组件和后端支撑组件安装在床身上；伺服电机通过梅花齿式弹性联轴器与滚珠丝杠的前端相连，丝杠螺母与工作台连接，工作台与安装在滚动导轨上的滑块连接；数据采集系统由信号采集卡、信号采集传感器和计算机；信号采集卡采用220V交流电供电，并通过RJ45端口与计算机网线通道相连；信号采集卡的V8E通道与两个电涡流位移传感器(67、68)、两个加速度传感器、压力传感器和噪音传感器的信号输入端连接，通过软件输出，获得相应的物理值；信号采集卡的T8通道与接触式温度传感器、两个贴片式温度传感器和三个红外非接触式温度传感器相连；信号采集卡的RPM1通道与流量传感器相连。
文档编号G01M13/02GK102346097SQ20111009807
公开日2012年2月8日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者刘永平, 曹勇, 朱墨, 毛剑, 芮执元, 花志雄, 苟卫东, 郭俊峰, 陈祯 申请人:兰州理工大学