CN108000236B - 一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，其包括上、下两组滑块和八根滑道导轨，其中，上组滑块连接三方向力传感器，三方向力传感器连接到工作台，下组滑块连接基座。本发明检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，检测操作简便，缩短了试验时间，降低试验成本；利用本试验装置进行测试可以得到更符合实际工况的试验结果，提高了检测可靠性。

Description

一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置

技术领域

本发明涉及精密机械制造技术领域，尤其涉及一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置。

背景技术

机床是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，简称机床。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。数控机床是数字控制机床(Computer numerical controlmachine tools)的简称，是一种装有程序控制***的自动化机床。该控制***能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。精密机床的加工精度在1～0.1μm范围内，精密机床的直线导轨副是数控机床进给***的主要功能部件，其运行精度和精度退化规律一直是阻碍高精度、高速度数控机床发展的难题。

目前，为了保证直线导轨副传动精度和提高导轨副的刚度，一般都采用增大滚珠直径的方式增加预紧力，一次预紧后在导轨整个使用周期中，滑块没有再次预紧的能力，这样在导轨使用一段时间后，导轨和滑块产生磨损，导致预紧力下降甚至产生间隙，轨道刚度减小并失去定位精度，进而使数控机床加工失去加工精度。尤其对高精度加工机床而言，2微米到3微米的磨损量将导致加工精度的大幅度下降。

为了正确的使用直线导轨副保证数控机床的加工精度，需要研究导轨的磨损及退化机理，目前直线导轨副的本质的磨损机理还不甚明了，很多实验室设计试验台并进行了研究。但是，由于机床工作台是往复运动的而加载气缸是固定不动的，因此，加载试验时加载气缸(液压缸)不能随工作台一起往复运行，以至于加载器件与试验台存在相对移动，不能和工作台同步运行，研究检测直线导轨副的磨损存在较大误差；虽然，在现有技术中有公开采用加载气缸伸出活塞和工作台面通过设置滚动轴承来实现加载和工作台同步，但这种加载方式在运行时施加载荷容易出现不平衡现象，并且试验台结构复杂，增加了滚动体的附属结构使实验结果偏离实际，出现较大误差，更进一步使得计算模型增加了一个滚动连接副并同时产生新的滚动结合面分析问题，增加了分析的复杂性，存在较大误差。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，解决上述现有技术中研究数控机床在使用过程中导轨的磨损及退化时的检测误差大的缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有研究数控机床导轨的磨损及退化的直线导轨副磨损试验中加载器件不能和工作台同步运行，检测误差大。

为实现上述目的，本发明提供了一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，包括上、下两组滑块和八根滑道导轨，其中，上组滑块连接三方向力传感器，三方向力传感器连接到工作台，下组滑块连接基座。

进一步地，所述检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，具体包括基座，轴向加载梁，驱动电机及齿轮，左侧限位开关、侧限位开关，垂直加载梁，双侧滑道导轨，齿条，垂直加载气缸，工作平台，径向加载气缸，双侧滑块，右侧限位开关，轴向加载气缸，三方向力传感器；

进一步地，所述滑道导轨为双侧滑块导轨，一侧与基座固连，另一侧与工作平台固定连接；

进一步地，所述驱动电机为具有变速和换向功能的电机；

进一步地，所述变速和换向功能的电机包括步进电动机或者交流伺服电机；

进一步地，所述齿条与齿轮配合，带动双侧导轨往复运行；

进一步地，所述工作平台通过导轨与基座固定连接，两者之间没有相对位移变化；

在本发明的较佳实施方式中，所述滑道导轨通过驱动装置沿着轴向方向往复运动，导轨的移动距离由装置两侧的限位开关限制；导轨的移动方式为延轴向往复平动运行，两根双侧滑道导轨通过连接件固连在一起，连接件上设有齿条，导轨通过齿条由伺服电动机带动；试验过程中的法向和侧向载荷通过加载气缸施加在工作平台上。

在本发明的较佳实施方式中，所述检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置运行时，分别通过三向气缸对工作台进行加载，加载时工作台与加载气缸活塞无相对移动；工作平台进行无载荷试验、单向加载试验或两个方向同时施加载荷试验。

在本发明的较佳实施方式中，所述检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置运行时，工作平台相对于基座是固定连接的，且两者之间没有相对位移变化，三方向力传感器用于检测四个双侧滑块在运行时的受力情况，检测结果建立导轨的磨损模型；

基座的刚性大于被测试直线导轨副的刚性，驱动电机及齿轮采用步进电动机或者交流伺服电机，左侧限位开关和右侧限位开关采用机械限位开关或者电子限位开关，齿条与齿轮配合带动双侧导轨往复运行，工作平台固定不动，轴向加载气缸的作用力为零；

当进行工作平台运动时，利用钢丝绳牵引工作平台运动，轴向加载气缸的伸缩缸对运动中的工作平台始终施加载荷；径向加载气缸设有蓄能器和溢流阀等启动附属原件，蓄能器能保证在一段时间内施加恒定加载。

采用以上方案，本发明公开的一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，具有以下技术效果：

(1)本发明检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，结构精简紧凑，外载荷施加元件气缸(液压缸)与工作平台之间没有多余结构，省去施加载荷过程中的多于环节；解决了直线导轨副磨损试验中加载器件不能和工作台同步运行导致检测数据误差大的缺陷，可以更加真实的模拟机床导轨的受力情况，能够更好地模拟实际工况负载的加载方式，并利用加速性能退化试验原理快速测评直线导轨副磨损退化规律，减小了检测误差；

(2)本发明检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，采用对称的双侧八滑道装置，设计新颖，作为试验及特殊机械加工环境下使用的工作平台，其力学模型的建立中避免了其他的元器件环节的干扰，分析中仅涉及有滚珠、导轨滑道、滑块滑道的参数，测试误差小；工作平台与每一个滑块之间均设有三方向力传感器，能够更好更精确的检测每一个滑块的受力情况，基于此可以得到更加符合实际工况的试验结果，提高了检测可靠性。

(3)采用本发明检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置进行检测，缩短试验时间，降低试验成本，为直线导轨副精度退化及磨损研究提供了一种可行的技术手段；

综上所述，本发明检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，检测操作简便，缩短了试验时间，降低试验成本；试验所得数据更符合实际工况，提高了检测可靠性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施方式的检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置的主视图结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施方式的检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置双侧滑块导轨的结构示意图；

图中，1-基座、2-轴向加载梁、3-驱动电机及齿轮、4-左侧限位开关、5-垂直加载梁、6-双侧滑道导轨、7-齿条、8-垂直加载气缸、9-工作平台、10-径向加载气缸、11-双侧滑块、12-右侧限位开关、13-轴向加载气缸、14-三方向力传感器。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例

如图1～2所示，本实施例检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，包括：基座1，轴向加载梁2，驱动电机及齿轮3，左侧限位开关4，垂直加载梁5，双侧滑道导轨6，齿条7，垂直加载气缸8，工作平台9，径向加载气缸10，双侧滑块11，右侧限位开关12，轴向加载气缸13，三方向力传感器14；

基座1的刚性远大于被测试直线导轨副6，加载梁2、5具有重载不变形的能力，驱动电机及齿轮3采用步进电动机或者交流伺服电机，左侧限位开关4和右侧限位开关12均采用灵敏度高且可靠性好的机械限位开关，齿条7与齿轮3配合，负责带动双侧导轨6往复运行，垂直加载气缸8、轴向加载气缸13，在进行直线导轨磨损及精度退化试验时工作平台是固定不动的，轴向加载气缸13的作用力为零。当进行工作台运动时，可利用钢丝绳牵引工作台运动，此时轴向加载气缸的伸缩缸(动缸)能够对运动中的工作平台9始终施加载荷(即伸缩缸一直顶在工作平台上)、加载方式可以是单向加载也可以是双向加载。径向加载气缸10均设有蓄能器和溢流阀等启动附属原件，蓄能器能保证在一段时间内施加恒定加载。

本发明的工作平台9相对于基座1是固定连接的，且两者之间没有相对位移变化，双侧滑块11，三方向力传感器14用于检测四个双侧滑块6在运行时的受力情况，以便于建立导轨的磨损模型。

具体检测方法过程如下：

步骤1：导轨为双侧滑块直线导轨副，并且整个直线导轨副成日字形，中间安设有齿条，直线导轨副靠齿轮齿条(或者通过皮带)由电动机带动直线导轨副往复运行；

步骤2：加载气缸选用与实际铣床加工工况相一致的加载数据，可同时三方向同时加载也可任选某一向或者两向分开加载，加载气缸设有蓄能器和保压阀，溢流阀等，可以保证加载过程的平稳性；

步骤3：安装好双侧导轨，调整好导轨限位开关位置，启动试验台进行无载荷高速跑合运行；

步骤4：进行有载荷高速跑合实验，试验载荷均高于滚珠丝杠副正常使用时的负载，即超过最大额定动载荷10％；

步骤5：根据上述步骤得到的检测数据进行分析，得出机床直线导轨副加速磨损退化相关规律。

另外，利用本发明试验台可以做干摩擦实验即轨道间无任何润滑介质的干摩擦实验，也可以做油润滑介质水或者油膜的湿摩擦实验。

经试验检测，本装置解决了直线导轨副磨损试验中加载器件不能和工作台同步运行导致检测数据误差大的缺陷，使用本发明的装置不仅操作简便，较好的反应机床直线导轨副的磨损规律，对实际生产具有较好的指导意义。

本发明其他技术方案也具有相类似的使用效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置，其特征在于，包括基座、轴向加载梁、双侧滑块导轨副、驱动电机及齿轮、左侧限位开关、右侧限位开关、垂直加载梁、齿条、垂直加载气缸、工作平台、径向加载气缸、右侧限位开关、轴向加载气缸、三方向力传感器；

所述双侧滑块导轨副包括上组滑块、下组滑块和八根滑道导轨；双侧滑块导轨副成日字形，中间安设有齿条；所述上组滑块连接所述三方向力传感器，三方向力传感器连接到工作平台，下组滑块连接基座；

所述驱动电机为具有变速和换向功能的电机，包括步进电动机或者交流伺服电机；

所述齿条与齿轮配合，带动滑道导轨沿着轴向方向往复运行；

所述工作平台通过导轨与基座固定连接，两者之间没有相对位移变化；

所述滑道导轨的移动距离由轴向加载梁两侧的限位开关限制；

所述检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置运行时，分别通过垂直加载气缸、径向加载气缸、轴向加载气缸对工作台进行加载，加载时工作平台与加载气缸活塞无相对移动；工作平台进行无载荷试验、单向加载试验或两个方向同时施加载荷试验；工作平台相对于基座是固定连接的，且两者之间没有相对位移变化，三方向力传感器用于检测四个双侧滑块在运行时的受力情况，通过检测结果数据建立直线导轨副的磨损模型；

基座的刚性大于被测试直线导轨副的刚性，驱动电机及齿轮采用步进电动机或者交流伺服电机，左侧限位开关和右侧限位开关采用机械限位开关或者电子限位开关，齿条与齿轮配合带动双侧导轨往复运行，工作平台固定不动，轴向加载气缸的作用力为零；

所述检测机床直线导轨副加速磨损退化规律的装置进行有载荷高速跑和实验，试验载荷均高于正常使用时的负载，即超过最大额定动载荷10％。

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