双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试实验装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试实验装置与方法。测试装置包括测试实验平台和数据采集及分析系统。本发明与现有技术相比，弥补了机床动态特性测试领域对滚滑复合导轨进给系统测试的空白。本发明的试验方法通过布点的位置和数量的设计，可以精确的反应试验平台的动态特性；本发明可以针对不同的测试精度要求，通过调节布点的数量和密度大小，调整工作量，提高效率。
【专利说明】双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试实验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机床整机动态特性分析的【技术领域】，特别是一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试实验装置与方法。
【背景技术】
[0002]机床导轨作为现代数控机床进给系统中关键的核心部件，其进给系统的动态特性在很大程度上影响着数控机床的刚度、精度以及精度保持性。而滚滑复合导轨作为一种同时具有滚动导轨的摩擦阻力小，运动性能优良，又具有滑动导轨承载能力强、抗振性能好的新型导轨，其结构中由于同时存在滚动结合面和滑动结合面，接触状态复杂，且其进给系统的动力学特性往往也是机床进给系统中的薄弱环节，因此需要发明一种测试原理正确，结构简单且测试精度高的滚滑复合导轨进给系统动态特性参数测试测试装置及测试方法。
[0003]传统的机床水平承载用滚滑复合导轨采用的是分离式结构，即在水平承载面上布置有三到四根直线导轨，其中滚动部件为常用的标准四列圆弧式滚珠导轨或滚柱导轨，滑动部件则为单列或双列式贴塑或镶钢滑动导轨。然而，在机床整机生产过程中，由于加工误差和装配误差的存在，使得分离式滚滑复合导轨结构中的滚动承载面和滑动承载面的受力不均，需要大量的人力物力对其进行调配校平，装配工艺复杂，因此并未得到普及应用。因此本发明所述的双驱动滑块式滚滑复合导轨动态特性实验装置及方法具有创新及实用价值。在现有技术中，已经有以下相关发明:
[0004]文献1:中国专利:滑动导轨结合面动态特性参数测试装置及其测试方法，申请号:201010622646.5和文献2:中国专利:滑动结合面动态特性测试装置及测试方法，申请号:CN201010617228.7，均是单独的滑动导轨的动态特性测试装置。
[0005]文献3:中国专利:滚动导轨结合面动态特性参数测试装置及其测试方法，申请号:2010560911.1和文献4:中国专利:滚动导轨结合面动态特性参数识别系统及识别方法，申请号:201010298969.3，均是单独的滚动导轨的动态特性测试装置。
[0006]由上可知，(I)现有技术中缺少对于双驱滑块式滚滑复合导轨进给系统的动态特性测试装置及测试方法；(2)没有有效的将实验与有限元分析相结合；(3)不能推广到既有滑动结合面，又有滚动结合面的复杂进给系统中；(4)不能应用于滑动结合面和滚动结合面集中在一根导轨上的进给系统中。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试实验装置及方法。
[0008]实现本发明目的的技术解决方案为:一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述测试试验平台包括底座、丝杠、滚滑复合导轨、连接板；
[0009]底座上固连相互平行的丝杠、滚滑复合导轨，所述丝杠、滚滑复合导轨的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，由此可以将滚动结合部与滑动结合部结合在一根导轨上。连接板设置在丝杠、滚滑复合导轨的上方，将其连接在一起；
[0010]所述数据采集与分析系统包括加速度传感器、力锤、电荷放大器、数据采集器和计算机；其中加速度传感器设置在测试平台上，用于采集测试平台的动态特性参数，力锤设置在连接板上平面的拐角附近，所述加速度传感器和力锤均与电荷放大器相连，电荷放大器通过数据采集器和计算机相连。
[0011]一种基于上述的双丝杠滑块式滚滑复合导轨进给动态特性测试试验装置的测试方法，包括以下步骤:
[0012]步骤1、安装测试平台:底座上固连相互平行的丝杠、滚滑复合导轨，所述丝杠、滚滑复合导轨的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，由此可以将滚动结合部与滑动结合部结合在一根导轨上。连接板设置在丝杠、滚滑复合导轨的上方，将其连接在一起。
[0013]步骤2、安装数据采集及分析系统:首先将加速度传感器设置在一个布点上，所述加速度传感器的所有布点满足两点要求:A、布点能表现出测试平台模型的轮廓；B、布点位于各接触部动态特性测试点；然后通过数据线将4加速度传感器输出端与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器输出端与数据采集器输入端相连，再将数据采集器与电脑通过数据线相连，力锤的输出端与功率放大器的输入端相连；力锤敲击位置在连接板上平面的拐角附近，所述力锤可按笛卡尔坐标系的三个方向敲击测试平台，取得测试平台的三向动态特性数据；
[0014]步骤3、设置测试参数，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器的放大倍数、电荷放大器的电流和电压、力锤力传感器和加速度传感器的矫正因子；
[0015]步骤4、开始测试，沿笛卡尔坐标系的一个方向敲击力锤，得到实验数据，之后返回步骤2，并将传感器放置到下一个布点上，直至所有布点均测试完成；改变力锤敲击方向，重复所有布点测试，如此循环，直至完成三个方向的数据测试；测试完成后，保存数据，得到实验系统的固有频率和振型。
[0016]本发明与现有技术相比，其显著优点为:(1)本发明弥补了机床动态特性测试领域在双丝杠滑块式滚滑复合导轨进给系统方面的空白，首次将滚动结合部和滑动结合部集中在一根导轨上，并且同双驱进给系统结合起来进行动态特性分析；(2)本发明的方法可以推广到各种机床的复杂进给系统动态特性实验中；(3)本发明的试验台将所研究对象从整体机床结构中分离出来，建立了独立的进给系统实验平台，结构简单，仅针对滚动结合部、滑动结合部双驱进给系统结合起来的动态特性分析，不受其他部位干扰和影响；(4)本发明的试验方法通过布点的位置和数量的设计，可以精确的反应试验平台的动态特性；
(5)本发明可以针对不同的测试精度要求，通过调节布点的数量和密度大小，调整工作量，提闻效率。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1是本发明的双驱滑块式滚滑复合导轨进给系统结构及动态特性实验装置总体结构图。
[0018]图2是本发明动态特性实验测试的加速度传感器布点图。
[0019]图3是本发明动态特性试验软件MaCras建立的骨架图。
[0020]图中标号所代表的含义为:
[0021]1-底座、2-丝杠、3-滚滑复合导轨、4-加速度传感器、5-力锤、6-连接板、7-电荷放大器、8-数据采集器、9-计算机。
【具体实施方式】
[0022]结合图1至图3，本发明的一种双驱滑块式滚滑复合导轨进给动态特性测试试验装置，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述测试试验平台包括底座1、丝杠2、滚滑复合导轨3、连接板6 ;
[0023]底座I上固连相互平行的丝杠2、滚滑复合导轨3，所述丝杠2、滚滑复合导轨3的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，连接板6设置在丝杠2、滚滑复合导轨3的上方，将其连接在一起；
[0024]所述数据采集与分析系统包括加速度传感器4、力锤5、电荷放大器7、数据采集器8和计算机9 ;其中加速度传感器4设置在测试平台上，用于采集测试平台的动态特性参数，力锤5设置在连接板6上平面的拐角附近，所述加速度传感器4和力锤5均与电荷放大器7相连，电荷放大器7通过数据采集器8和计算机9相连。
[0025]一种基于上述双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置的测试方法，包括以下步骤:
[0026]步骤1、安装测试平台:底座I上固连相互平行的丝杠2、滚滑复合导轨3，所述丝杠2、滚滑复合导轨3的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，连接板6设置在丝杠2、滚滑复合导轨3的上方，将其连接在一起；
[0027]步骤2、安装数据采集及分析系统:首先将加速度传感器4设置在一个布点上，所述加速度传感器4的所有布点满足两点要求:A、布点能表现出测试平台模型的轮廓；B、布点位于各接触部动态特性测试点；然后通过数据线将加速度传感器4输出端与电荷放大器7的输入端相连，电荷放大器7输出端与数据采集器8输入端相连，再将数据采集器8与电脑9相连，力锤5的输出端与功率放大器7的输入端相连；力锤5敲击位置在连接板6上平面的拐角附近，所述力锤5可按笛卡尔坐标系的三个方向敲击测试平台，取得测试平台的三向动态特性数据；
[0028]步骤3、设置测试参数，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器7的放大倍数、电荷放大器7的电流和电压、力锤5力传感器和加速度传感器4的矫正因子；
[0029]步骤4、开始测试，沿笛卡尔坐标系的一个方向敲击力锤，得到实验数据，之后返回步骤2，并将传感器放置到下一个布点上，直至所有布点均测试完成；改变力锤敲击方向，重复所有布点测试，如此循环，直至完成三个方向的数据测试；测试完成后，保存数据，得到实验系统的固有频率和振型。[0030]下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述:
[0031]一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述测试试验平台包括底座1、丝杠2、滚滑复合导轨3、连接板6 ；
[0032]底座I上固连相互平行的丝杠2、滚滑复合导轨3，所述丝杠2、滚滑复合导轨3的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，连接板6设置在丝杠2、滚滑复合导轨3的上方，将其连接在一起；
[0033]所述数据采集与分析系统包括加速度传感器4、力锤5、电荷放大器7、数据采集器8和计算机9 ;其中加速度传感器4设置在测试平台上，用于采集测试平台的动态特性参数，力锤5设置在连接板6上平面的拐角附近，所述加速度传感器4和力锤5均与电荷放大器7相连，电荷放大器7通过数据采集器8和计算机9相连。
[0034]一种基于上述双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置的测试方法，包括以下步骤:
[0035]步骤1、安装测试平台:底座I上固连相互平行的丝杠2、滚滑复合导轨3，所述丝杠2、滚滑复合导轨3的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，由此可以将滚动结合部与滑动结合部结合在一根导轨上。连接板6设置在丝杠2、滚滑复合导轨3的上方，将其连接在一起；
[0036]步骤2、安装数据采集及分析系统:首先将加速度传感器4设置在一个布点上，所述加速度传感器4的所有布点满足两点要求:A、布点能表现出测试平台模型的轮廓；B、布点位于各接触部动态特性测试点；然后通过数据线将4加速度传感器4输出端与电荷放大器7的输入端相连，电荷放大器7输出端与数据采集器8输入端相连，再将数据采集器8与电脑9通过数据线相连，力锤5的输出端与功率放大器7的输入端相连；力锤5敲击位置在连接板6上平面的拐角附近，所述力锤5可按笛卡尔坐标系的三个方向敲击测试平台，取得测试平台的三向动态特性数据；
[0037]步骤3、启动电脑中安装的振动及动态信号采集分析系统V7.1中机械及结构模态分析MaCras模块，进行建模及测量参数设置，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器7的放大倍数、功率放大器8的电流和电压、力锤5力传感器和三向加速度传感器4的矫正因子；通过布点之间的相互连接建立实验平台骨架图，如图3所示。
[0038]步骤4、开始测试，通过力锤敲击图1力锤点，得出输出频响函数，挑得较好的实验数据。将传感器放置到下一布点位置，重复上述步骤，直到图2所有布点均测试完。改变力锤敲击方向，重复上述所有布点的测试。直到三向敲击全部完成。测试完成，保存数据，得到实验系统的固有频率和振型；
[0039]步骤5、构建上述双驱分离式滚滑复合导轨进给系统及其动态特性试验装置的有限元模型，并且进行有限元分析，得出与上述激励试验得到的固有频率对应的频率与振型；
[0040]步骤6、对比有限元分析的结果与试验台测试出来的结果，从而验证试验台及测试方法的准确性。比较结果如表I所示:
[0041]表I实验与仿真结果比较
【权利要求】
1.一种双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置，其特征在于，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述测试试验平台包括底座[I]、丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]、连接板[6]； 底座[I]上固连相互平行的丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]，所述丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，连接板[6]设置在丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]的上方，将其连接在一起； 所述数据采集与分析系统包括加速度传感器[4]、力锤[5]、电荷放大器[7]、数据采集器[8]和计算机[9];其中加速度传感器[4]设置在测试平台上，用于采集测试平台的动态特性参数，力锤[5]设置在连接板[6]上平面的拐角附近，所述加速度传感器[4]和力锤[5]均与电荷放大器[7]相连，电荷放大器[7]通过数据采集器[8]和计算机[9]相连。
2.一种基于权利要求1所述的双驱滑块式滚滑复合导轨动态特性测试试验装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、安装测试平台:底座[I]上固连相互平行的丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]，所述丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]的数量均为两根，两根滚滑复合导轨的外侧设置两根丝杠，滚滑复合导轨的滑动结合面位于法相垂直方向，滚滑复合导轨的滚动结合面位于和滑动结合面相邻的斜向侧面处，连接板[6]设置在丝杠[2]、滚滑复合导轨[3]的上方，将其连接在一起; 步骤2、安装数据采集及分 析系统:首先将加速度传感器[4]设置在一个布点上，所述加速度传感器[4]的所有布点满足两点要求:A、布点能表现出测试平台模型的轮廓；B、布点位于各接触部动态特性测试点；然后通过数据线将加速度传感器[4]输出端与电荷放大器[7]的输入端相连，电荷放大器[7]输出端与数据采集器[8]输入端相连，再将数据采集器[8]与电脑[9]相连，力锤[5]的输出端与功率放大器[7]的输入端相连；力锤[5]敲击位置在连接板[6]上平面的拐角附近，所述力锤[5]可按笛卡尔坐标系的三个方向敲击测试平台，取得测试平台的三向动态特性数据； 步骤3、设置测试参数，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器[7]的放大倍数、电荷放大器[7]的电流和电压、力锤[5]力传感器和加速度传感器[4]的矫正因子； 步骤4、开始测试，沿笛卡尔坐标系的一个方向敲击力锤，得到实验数据，之后返回步骤2，并将传感器放置到下一个布点上，直至所有布点均测试完成；改变力锤敲击方向，重复所有布点测试，如此循环，直至完成三个方向的数据测试；测试完成后，保存数据，得到实验系统的固有频率和振型。
【文档编号】G01M7/02GK103900778SQ201410153756
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】袁军堂, 汪振华, 杨飚, 胡小秋, 程寓 申请人:南京理工大学