[发明专利]加工中心直线导轨结合面动态特性测试设备及分析方法

说明书

技术领域：

本发明属于机械领域，特别涉及一种加工中心直线导轨结合面动态特性测试设备及分析方法。

背景技术：

通常我们对新开发的加工中心整机需要做动态的理论分析，主要分析其受力和模态。分析方法主要用ANSYS等有限元分析软件对整机三维模型进行分析。整机三维模型是由众多部件组装而成，各个部件在软件里组装时均有结合面；如果将结合面特性(弹性模量、泊松比等)设置与部件相同，则相当于两个部件固联在一起；然而在加工中心工作时，滑块中的滚珠和导轨间将产生动压润滑油膜，油膜的特性(弹性模量、泊松比等)明显与部件不同，而且油膜的存在使结合面间存在阻尼。油膜对整机的动态特性(刚度系数、模态等)产生了重大影响，因此在进行动态分析时必须对结合面特性进行设置。

结合面的动态特性与结合面两表面表面粗糙度、运动速度、载荷均有较大关系，因此，在实际分析中必须对其进行实验方能确定结合面相关参数。

发明内容：

本发明利用油膜的动态特性与结合面两表面表面粗糙度、运动速度、载荷间存在的关系，发明一种加工中心直线导轨结合面动态特性测试设备及分析方法。

本发明技术方案是这样实现的：一种加工中心直线导轨结合面动态特性测试设备，其特征在于：测试设备包括平台、丝杆丝母、滑块、电机、传感器、导轨座和待测导轨；导轨座固定在平台上，其上面设有两条平行和等高的导轨槽，两条待测导轨分别固定在导轨槽上，所述两条待测导轨的两端分别各设一个力传感器；丝杆处于两条导轨槽的中心面上，其两端通过支撑轴座定位在平台上，其中一端与电机输出轴轴接；待测导轨分别配设有一滑块，两滑块通过一连接板固定成一体，该连接板中央位置朝上凸设有一心轴，在该心轴上能叠加载荷块，所述滑块的三个面上装设有加速度传感器，而在滑块行程的两端也分别设有加速度传感器；旋接在丝杆上的丝母与连接板间设有一连接片。

所述平台表面加工有复数道平行的倒T形槽；导轨座通过螺栓锁固在所述平台表面的倒T形槽上。

所述导轨座截面成凹形结构，导轨槽设在两侧的凸脊部，待测导轨与导轨槽间设有对应的螺栓孔，通过螺栓将待测导轨锁固在导轨槽中；导轨槽的一侧还设有水平调整块，该水平调整块通过螺栓锁定在导轨槽底部；丝杆处于导轨座凹部。

加工中心直线导轨结合面动态特性的分析方法：

一、用表面轮廓测量仪测量待测导轨与滑块表面粗糙度，根据测量结果轮廓测量仪测试软件可计算出两表面的最小间距和微观不平度十点高度；

二、在测试设备上安装待测导轨和对应的滑块，并在滑块和待测导轨间上有油润滑；

三、开启电机，使丝杆驱动滑块运动；运用油膜厚度测试仪与薄膜测试系统测量滑块中滚珠与待测导轨间的油膜厚度；并对比油膜厚度与步骤一计算出的最小间距，如果油膜厚度比最小间距小则无法形成动压润滑油膜；是否有油膜存在对滑块与导轨结合面的动态特性，也即比例阻尼和刚度系数影响很大；

四、PV值测试，通过电机改变丝杆转动速度，以此改变载荷状态滑块的移动速度，用V表示，单位m/s；通过改变载荷块的数量来改变滑块及待测导轨承载力，用P表示，单位N；测试在不同载荷下的油膜厚度，并与步骤一计算出的最小间距对比，看是否存在动压润滑油膜；最终得到不存在动压润滑油膜的PV极限最小值，也即承载力P与速度V的乘积；

五、比例阻尼测试，在第四步骤测试的同时，通过待测导轨两端的力传感器，测试待测导轨在不同载荷下，实际承载力大小，计算出载荷损失，并通过有限元分析软件计算出比例阻尼；

六、刚度系数测试，在第四步骤测试的同时，利用滑块上的三个加速度传感器和滑块行程两端的加速度传感器，测量出滑块的加速度，并由模态分析软件计算出结合面的刚度系数；

七、改变第四步骤中的PV值，得到不同状态下的比例阻尼和刚度系数，对比各不同计算结果，得出存在动压润滑油膜时的结合面特性，以及不存在动压润滑油膜时结合面特性；同时也可得到能否形成动压润滑油膜的边界条件，也即PV值；

八、将测试分析结果对比拟分析的加工中心的工作条件，分析其在工作条件下的PV值，是否能形成动压润滑油膜；不同的工作条件将对应不同的动态特性；

九、将步骤七的计算结果代入整机有限元模型中，运用有限元分析软件可得到准确的整机动态特性和受力分析结果。