一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，包括安装在T形槽平台上的导轨副安装板和左、右支座，安装在导轨副安装板上的测试导轨，压板固定在测试导轨的滑块上避免直接加载时压坏滑块，施力横梁横跨且固定在左、右支座上，通过加载螺栓进行加载，加载力的大小由称重传感器控制和测量，变形量由电感测头来测量。在施力横梁和左支座上有三个螺孔，可以分别施加垂直载荷、滚动力矩和水平载荷，移动测试导轨的滑块和压板，可以施加倾覆力矩和旋转力矩。该装置实现了滚动直线导轨副在五种载荷作用下的静刚度检测，同时符合导轨的实际安装工况，加载方式简单可靠。
【专利说明】一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测滚动直线导轨副性能装置，具体涉及一种检测滚动直线导轨副静刚度的装置。
【背景技术】
[0002]数控机床是高端装备制造产业的“工作母机”。当今世界上一个国家数控机床的拥有量和发展水平，是其工业现代化和综合国力的重要保证。在数控机床的各项性能中，静刚度是一项重要的技术指标，指机床 在承受载荷时抵抗变形的能力。机床的静态变形不仅会造成一定的加工误差，同时会影响机床的抗振性、磨损、发热及工作寿命等。因此，在机床设计阶段对其静刚度进行检测，进而进行结构优化，这对机床设计具有现实意义。
[0003]滚动直线导轨副一般由导轨、滑块、滚动体、反向器和保持架组成，它是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支撑，能以滑块和导轨之间的钢球滚动代替直接的滑动接触，并且滚动体可以借助反向器在导轨和滑块内实现无限循环。滚动直线导轨副具有摩擦系数小、运行精度高、无爬行、刚度高等优点，被广泛用作高精度数控机床和加工中心的导向功能部件。
[0004]为了对机床静刚度进行准确的预测，就必须首先对滚动直线导轨副的静刚度进行检测和分析。目前，国外著名的导轨生产厂家如日本的THK公司、NSK公司、瑞典的SKF公司等均有先进的滚动直线导轨副专业检测设备，但是由于技术封锁，无法获得详细资料。国内对于滚动直线导轨副静刚度的研究主要是通过理论建模得到了一些计算公式，而少有人进行导轨副静刚度的实验。华中科技大学的方健在《滚动直线导轨副性能分析及静刚度试验机研制》中介绍了一种计算机控制的滚动直线导轨副静刚度试验机，该试验机通过液压缸对导轨副进行加载，用力传感器和电感式位移传感器分别测量加载力和变形，进而得到导轨副的静刚度曲线。现有的静刚度计算公式设置了一些假设条件，所以计算结果跟实际有可能存在较大的误差，而方健研制的静刚度试验机只能对导轨副施加垂直方向的载荷，因此得到的静刚度也是垂直载荷作用下的静刚度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种符合导轨的实际安装工况、加载方式简单可靠的实验装置，能够实现对滚动直线导轨副在下述五种载荷作用下的静刚度检测:参照图1，滚动直线导轨副只在X方向上移动，其他两个方向上的移动和绕三个坐标轴的转动是受限制的，所受的力和力矩分别为水平载荷FY，旋转力矩Mz，滚动力矩Mx，垂直载荷Fz，倾覆力矩Μr，对应的偏移及偏转分别为水平方向的偏移O1，绕Z轴的偏转α2，绕X轴的偏转α3，垂直方向的偏移α 4，绕Y轴的偏转α 5。
[0006]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0007]一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，包括设置在T形槽平台上的导轨副定位夹紧装置、加载装置和变形检测装置，其特征在于，所述导轨副定位夹紧装置包括一导轨副安装板，其沿T形槽平台纵向固定于该T形槽平台上表面横向的中间，该导轨副安装板上设置有两个横向呈阶梯状的平面及一个竖直定位基准面，其中高位平面上安装带有滑块的测试导轨，低位平面安装紧固挡条将测试导轨紧靠在高位平面上的竖直定位基准面上，所述滑块上设有压板；所述的加载装置包括通过左右支座固定在T形槽平台上的并横跨压板的施力横梁，该横梁上设有两个螺孔，通过加载螺栓与横梁下面的称重传感器相连分别施力于压板上的垂直载荷施力点、滚动力矩施力点；所述左支座上设有一个螺孔通过加载螺栓施力于压板上的水平载荷施力点；所述的变形检测装置包括两个设置在T形槽平台上的百分表架，各百分表架上均设置一个电感测头与压板上的变形测点接触。
[0008]上述方案中，所述加载螺栓与称重传感器连接处设有加载头，通过一个挡块定位。
[0009]所述紧固挡条将测试导轨紧靠在高位平面上的竖直定位基准面上是通过紧固挡条上的紧定螺钉从侧面顶紧测试导轨而实现的。
[0010]所述T形槽平台的T形槽为一些平面横向与纵向垂直的网格状T形槽，当进行多导轨的静刚度测试时，所述导轨副安装板相应设置为多块，可同时安装多根测试导轨。
[0011]本发明与现有技术相比，其优点是:
[0012](I)能够实现滚动直线导轨副在五种载荷(包括水平载荷Fy、旋转力矩Mz、滚动力矩Mx、垂直载荷Fz和倾覆力矩My)作用下的静刚度的检测；
[0013](2)导轨副的定位夹紧符合实际的安装工况，加载方式简单可靠，易于操作；
[0014](3)对该实验装置稍微进行改装，可以进一步做双导轨四滑块工作台的静刚度检测实验。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为滚动直线导轨副受力与变形关系示意图。
[0016]图2为本发明结构立体图。
[0017]图3为本发明正面部分透视图。
[0018]图4为图2中压板上的施力点和变形测点布置图。
[0019]图2和图3中的附图标记:1.T形槽平台，2.左支座，3.施力横梁，4.导轨副安装板，5.加载螺栓，6.加载头，7.挡块，8.压板，9.右支座，10.电感测头，11.百分表架，12.测试导轨，13.紧固挡条，14.称重传感器，15.紧定螺钉。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。
[0021]参照图2和图3，一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，包括导轨副定位夹紧装置、加载装置和变形检测装置三个部分。导轨副定位夹紧装置、加载装置和变形检测装置都固定在T形槽平台I上。
[0022]其中导轨副定位夹紧装置包括导轨副安装板4、紧固挡条13、测试导轨12和压板
8。导轨副安装板4沿T形槽平台纵向固定在T形槽平台I上表面宽度方向(图3正面)的中间，测试导轨12和紧固挡条13分别安装在导轨副安装板上的上下阶梯位置，通过紧定螺钉15从侧面顶紧测试导轨12使其紧靠导轨副安装板4上的定位基准面，压板8固定在测试导轨12的滑块上，避免直接对测试导轨加载时压坏滑块。[0023]加载装置包括左支座2、施力横梁3、加载螺栓5、称重传感器14和右支座9。左支座2和右支座9对称固定在导轨副安装板4的两侧，施力横梁3横跨压板8且固定在左支座2和右支座9上端，通过加载螺栓5进行加载，加载力的大小由称重传感器14来控制和测量。在施力横梁3上有两个螺孔，分别施加垂直载荷Fz和滚动力矩Mx，而在左支座2上有一个螺孔，可以施加水平载荷Fy，移动测试导轨12的滑块和压板8，可以施加倾覆力矩My和旋转力矩Mz。
[0024]如果加载螺栓5直接对称重传感器14加力，会产生一个摩擦力矩，因此做了一个跟加载螺栓5间隙配合的加载头6，为了防止加载过程中加载头6转动，将其做成方形的，并用挡块7来约束。
[0025]变形检测装置包括两个百分表架11和两个电感测头10。百分表架11通过磁力被吸附在T形槽平台I上，电感测头10固定在百分表架11上，与压板8上的变形测点(图4中对应于五种载荷作用下的b类变形测点)接触。
[0026]参照图4,箭头表示施力点的位置，圆圈表示变形测点的位置。垂直载荷？2作用下的静刚度测试施力点为箭头al，变形测点为圆圈bl和圆圈b2 ;滚动力矩Mx作用下的施力点为箭头a2，变形测点为圆圈b I和圆圈b2 ;倾覆力矩My作用下的施力点为箭头a3，变形测点为圆圈b2和圆圈b3 ;水平载荷Fy作用下的施力点为箭头a4，变形测点为圆圈b4和圆圈b5 ;旋转力矩^作用下的施力点为箭头a5，变形测点为圆圈b4和圆圈b5。力矩的大小等于加载力的大小乘以力臂。垂直载荷Fz和水平载荷Fy测得的变形为两个电感测头测量值的平均值，其他三种力矩作用下的变形为两个电感测头测量值之差除以测点间的距离。
[0027]T形槽平台I上开了一些横向与纵向平面相垂直的T形槽，可以很方便对装置进行拆卸，当做双导轨四滑块 工作台的静刚度测试时，需要两块导轨副安装板4，安装两根测试导轨12。
[0028]本发明提供了一种能对滚动直线导轨副在五种载荷作用下的静刚度进行检测的装置，同时符合导轨的实际安装工况，加载方式简单可靠，便于推广和应用。
【权利要求】
1.一种检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，包括设置在T形槽平台上的导轨副定位夹紧装置、加载装置和变形检测装置，其特征在于，所述导轨副定位夹紧装置包括一导轨副安装板，其沿T形槽平台纵向固定于该T形槽平台上表面横向的中间，该导轨副安装板上设置有两个横向呈阶梯状的平面及一个竖直定位基准面，其中高位平面上安装带有滑块的测试导轨，低位平面安装紧固挡条将测试导轨紧靠在高位平面上的竖直定位基准面上，所述滑块上设有压板；所述的加载装置包括通过左右支座固定在T形槽平台上的并横跨压板的施力横梁，该横梁上设有两个螺孔，通过加载螺栓与横梁下面的称重传感器相连分别施力于压板上的垂直载荷施力点、滚动力矩施力点；所述左支座上设有一个螺孔通过加载螺栓施力于压板上的水平载荷施力点；所述的变形检测装置包括两个设置在T形槽平台上的百分表架，各百分表架上均设置一个电感测头与压板上的变形测点接触。
2.如权利要求1所述的检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，其特征在于，所述加载螺栓与称重传感器连接处设有加载头，通过一个挡块定位。
3.如权利要求1所述的检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，其特征在于，所述紧固挡条将测试导轨紧靠在高位平面上的竖直定位基准面上是通过紧固挡条上的紧定螺钉从侧面顶紧测试导轨而实现的。
4.如权利要求1所述的检测滚动直线导轨副静刚度的实验台，其特征在于，所述T形槽平台的T形槽为一些平面横向与纵向垂直的网格状T形槽，当进行多导轨的静刚度测试时，所述导轨副安装板相应设置为多块，并同时安装多根测试导轨。
【文档编号】G01M13/00GK104034522SQ201410270145
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】许睦旬, 梅雪松, 杨鹏云, 解晓龙, 王雷华, 姜歌东, 陶涛 申请人:西安交通大学