[发明专利]直线进给单元加速性能退化试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线进给单元加速性能退化试验方法，属于数控机床制造及检测技术领域。

背景技术

滚珠丝杠副和直线导轨副是数控机床进给系统的主要移动部件，其精度和刚度决定了数控机床工作台的精度和刚度。实际工况下为了提高滚珠丝杠副和直线导轨副的刚度，常采用增加滚珠丝杠副和直线导轨副预紧力的方法。随滚珠丝杠副和直线导轨副反复的运行，运动副的滚动体与滚道的磨损，运动副的预紧力下降导致其精度下降、刚度降低，如何准确的得知精度下降的机理和如何预测工作台的精度退化成为了难题，滚珠丝杠副和直线导轨副的传动精度与很多因素息息相关，如预紧力，加载方式，运动方式，摩擦力矩等。国内滚珠丝杠和直线导轨制造企业和相关研究单位对滚珠丝杠及直线导轨已经做了很多研究，但工作台和机床本体之间的综合性能的退化过程和多因素综合对直线进给单元性能的影响鲜有人研究。

本专利提出利用加速退化试验原理设计退化试验装置，并采用气缸对工作台进行三个方向加载，在运动副连接处设置多个传感器，用于检测各个参数数据。借助激光干涉仪对直线单元进行精度测量，借助振动仪对直线单元进行刚度测量。研究滚珠丝杠副和直线运动副精度退化和刚度退化对工作台综合性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于利用激光干涉仪检测加速运行后的工作台综合性能，包括工作台的刚度和轴向、径向、垂直，三个方向的转角误差和径向、垂直，两个方向的直线误差，利用直线光栅尺和圆光栅尺的数据测出工作台或者滚珠丝杠轴向的定位误差，以研究滚珠丝杠和直线导轨副的精度退化和刚度退化对工作台综合性能的影响。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种直线进给单元加速性能退化试验方法，该方法的实施步骤如下，步骤1：丝杠伺服电动机2与滚珠丝杠副5之间设有扭矩传感器15，传感器最大量程大于工作台6总负载的1.1倍；工作台6与滚珠丝杠副5之间设有三方向力传感器，其量程均大于三方向总载荷(包括外加载荷)，伺服电动机尾部同轴装有圆光栅，工作台6与直线滚动导轨副4之间装有直线光栅尺16。

步骤2：调整伺服电动机2运行模式为，每间隔100mm停止2秒，总行程为600mm，工作台6设有反复运行限位，可以反复测量。轴向双气缸12以恒定力作用在工作台6上。

步骤3：工作台6和滚珠丝杠副5的螺母座之间安装力矩传感器，力矩传感器保持螺母座上表面与工作台平面平行；该装置用于测量滚珠丝杠副5的摩擦力矩。工作台6和滚珠丝杠副5的螺母座之间安装三方向力传感器，可以得到直线滚动导轨4的摩擦力。

步骤4：进行加速试验运行，丝杠伺服电机2与气动加载可实现单程加载、往复加载，单方向加载和多方向加载多种方式对工况进行模拟；工作台6通过丝杠伺服电机2实现往复运行，轴向加载方式也为往复式，单方向加载是指工作台6远离丝杠伺服电机2时轴向双气缸12对工作台施加载荷，工作台6靠近丝杠伺服电机2时，轴向双气缸12对工作台不施加载荷。往复加载是指工作台往复运行始终受轴向气缸加载。

步骤5：架设激光干涉仪，将动镜放置在工作台上，按照步骤1的方法测量工作台的三个角度误差和两个直线度误差值。单方向加载时采用单方向行程测量，而不采用往复运行测量。往复加载运行时采用往复运行测量。

步骤6：以直线滚动导轨副4为基准，考察工作台6精度的变化，利用激光干涉仪测量误差值，干涉仪一端固定在直线滚动导轨4上，一端随工作台做往复运动，测试工作台6的滚摆、俯仰、偏航的角度和位移量。

步骤7：测量工作台和滚珠丝杠间隙的具体方法为，工作台6运动前，工作台6的位置由光直线光栅尺16设定为零，滚珠丝杠副5的位置由旋转编码器设定为零，运动结束后读出直线光栅尺16的长度数值，滚珠丝杠副5旋转的角度由旋转编码器读出。旋转编码器的数值通过螺距换算成直线位移和光栅尺得到的数值进行比较，得出滚珠丝杠副5的定位精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明装置采用气缸对工作台进行三方向加载，实现了模拟机床工作台实际运动过程。气路结构见附图2。实验装置更接近实际工况。

2)本发明装置及测量方法模拟实际工况的负载，综合考虑滚珠丝杠和直线导轨的磨损误差，将预紧力和摩擦力矩对精度退化的影响考虑到建模当中，并采用重载加速精度退化试验方法。

3)本发明装置采用大流溢流阀配调压阀实现高加载力，并控制气缸动作与伺服电机动作协调配合完成加载试验。

4)本发明装置在传动副间设置多种传感器以检测需要的参数。考虑精度退化的因素比以往更多。