[发明专利]一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法，本发明采用固定被测螺母，对被测丝杠施加力的加载测试方式，使用压力传感器对轴向力进行检测和采集，使用位移传感器分别对螺母和丝杠的位移进行检测和采集，通过对螺母轴向位移和丝杠旋转位移的补偿，即可绘制出被测滚珠丝杠副轴向静刚度曲线，从而实现被测滚珠丝杠副轴向静刚度的测量，与现有技术相比，本发明具有低成本、高精度、结构简单可靠、操作方便快捷等优点。

技术领域

本发明涉及技术测量领域，尤其是涉及一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法。

背景技术

滚珠丝杠副是由丝杠、滚珠、螺母等组成的机械元件，因其传动效率高，传动精度高，结构紧凑，可实现微量及高速进给而广泛使用在精密数控机床中。但由于制造误差，装配误差以及丝杠和滚珠，滚珠和螺母之间的接触作用，滚珠丝杠副结合部丝杠和螺母之间存在一定的柔性。在机床运行过程中，尤其是在高速、高加速的进给系统运动过程中，滚珠丝杠副在惯性力、切削力以及摩擦力作用下产生微小变形，很大程度上影响了进给系统的动态特性和定位性能，甚至会导致进给系统产生振动，损坏进给系统部件。因此滚珠丝杠副轴向静刚度的测量和标定对数控机床加工精度控制和优化具有重大意义。

滚珠丝杠副轴向静刚度表示滚珠丝杠抵抗轴向变形的能力，它定义为在轴向力作用下发生单位轴向变形(Δl＝1um)所需要的轴向力(ΔF，单位：N)。国内现有对滚珠丝杠副轴向刚度的测试方案主要存在以下问题：

(1)加载系统一般采用液压油缸或者由伺服电机拖动，加载机构复杂，组建成本高；

(2)没有修正加载过程中螺母位移及丝杠位移的系统误差，测量结果存在较大误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低成本、高精度、结构简单可靠、操作方便快捷的滚珠丝杠副轴向静刚度测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，该装置包括：

支撑组件：包括基座以及设置在基座上的第一支撑块，所述的基座上从左至右依次开设三个深槽，所述第一支撑块固定在左侧深槽内；

测量数据处理组件：包括力传感器、位移传感器、数据采集卡和计算机，所述的力传感器、位移传感器通过数据采集卡与计算机连接，所述的位移传感器设置在第三支撑块后侧面以及被测丝杠的末端上方；

加载组件：包括第二支撑块、防转板、第一加载螺母、第二加载螺母和加载滚珠，所述的第二支撑块安装在中部深槽中，且能在中部深槽中滑动调整，所述的第一支撑块依次通过第一加载螺母、力传感器、第二加载螺母和加载滚珠与被测丝杠的头端连接，所述被测丝杠的头端穿过第二支撑块上的通孔，并且开设有一与加载滚珠匹配的锥形孔，所述的防转板固定在第二支撑块上，并且嵌入被测丝杠轴肩处的平面内以防止转动；

固定组件：包括固定在右部深槽内的第三支撑块，所述的被测丝杠的末端穿过第三支撑块上的通孔，被测螺母通过螺栓固定在第三支撑块上。

所述的第一支撑块和第三支撑块的一侧端面开有矩形沉孔，另一侧端面与深槽内表面紧靠，并通过部分嵌入矩形沉孔的压块限制轴向翻转，所述的第二支撑块左右两侧面各开设一个矩形沉孔，并通过部分嵌入第二支撑块矩形沉孔的一对压块限制左右翻转。

所述的位移传感器包括第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述的第一位移传感器和第二位移传感器按高低位置依次安装在第三支撑块后侧端面丝杠的正上方，所述的第三位移传感器安装在被测丝杠末端面中心点正上方。

一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量方法，包括以下步骤：

1)在测量装置上安装被测丝杠在连接力传感器、位移传感器、数据采集卡和计算机后对被测丝杠的头端施加轴向压力；