一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，包括床身、工作台、伺服电机、负载装置、光栅尺和丝杠挠度测试装置，床身上表面两侧平行的安装有带有滑块的滚动直线导轨副，所述滑块与所述工作台相连，床身上表面中部安装有由固定端和轴承端组成的滚珠丝杠螺母副，通过所述固定端和轴承端连接有滚珠丝杠，伺服电机安装于滚珠丝杠螺母副的固定端用于驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠螺母副还配置有所述丝杠挠度测试装置，用于实时测量滚珠丝杠在水平和垂直方向的挠度，负载装置安装在床身的尾端用于放置外部负载；光栅尺设置有两处，分别设置在床身左侧面的顶部和上表面的左侧。该试验平台可进行多因素单变量试验、单因素机理探索。

【技术实现步骤摘要】
一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台
本专利技术涉及机床误差测试领域，具体的说，是涉及一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台。
技术介绍
随着现代机床业的发展日益向着自动化、高速化、精密化等方向发展，产品对机床的精度要求越来越高，机床重复定位误差也越来越被人们重视，提高机床综合准确度是提高机床的整体性能的关键。重复定位误差体现了机床定位的稳定性和一致性，是评价机床性能的重要指标之一，目前国际标准用运动偏差的标准差的扩展不确定度来表述重复定位误差：目前关系重复误差影响因素和产生机理相关的研究尚属空白，对影响重复误差的因素系尚不清楚，重复定位误差产生的机理尚不明白，缺乏有效的抑制重复定位误差技术，所以需要一台专用重复定位误差机理研究试验平台。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可以进行多因素单变量试验、单因素机理探索的单轴重复定位误差机理的试验平台。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，包括床身、工作台、伺服电机、负载装置、光栅尺和丝杠挠度测试装置，所述床身上表面两侧平行的安装有带有滑块的滚动直线导轨副，所述滑块与所述工作台相连，床身上表面中部安装有由固定端和轴承端组成的滚珠丝杠螺母副，通过所述固定端和轴承端连接有滚珠丝杠，所述伺服电机安装于所述滚珠丝杠螺母副的固定端用于驱动滚珠丝杠旋转，所述滚珠丝杠螺母副还配置有所述丝杠挠度测试装置，用于实时测量滚珠丝杠在水平和垂直方向的挠度，所述负载装置安装在床身的尾端用于放置外部负载；所述光栅尺设置有两处，分别设置在床身左侧面的顶部和上表面的左侧。所述工作台的两侧设置有与滑块连接的连接孔，用于调整工作台的支撑距离。所述滚珠丝杠螺母副的轴承端的端盖和轴承之间设置有调整垫片，通过调整所述垫片的厚度实现滚珠丝杠即支撑轴刚度的调整。所述床身的长宽高分别为2245mm、800mm、700mm，床身的内部设置有井字型筋板，床身前后两端的筋板上设有圆形或方形的开孔用于提升刚度。所述工作台内部设有米字型筋板，以提升高度；工作台的上表面还设置有用于固定工件的T型槽。所述负载装置由底座、滑轮座和滑轮构成。所述光栅尺的分辨率为0.1μm，精度为3μm。所述光栅尺的工作行程为1000mm，最大进给速度为40m/min。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术试验平台由床身、滚动直线导轨副、工作台、滚珠丝杠螺母副、光栅尺等组成，工作台由一条滚珠丝杠驱动且支撑距离可调；滚珠丝杠轴承端支撑刚度具有可调功能；具有两处光栅安装位置，具有光栅安装位置可调功能，且两处安装位置在运动轴线的同一侧；具有丝杠挠度测试装置，可实时测试滚珠丝杠挠度；具有施加沿运动轴线方向的外部载荷功能。因此该试验平台能够满足工作台支撑距离对重复定位误差的影响、滚珠丝杠作为支撑轴承其刚度对重复定位误差的影响、光栅尺安装位置对重复定位误差的影响、外部负载对重复定位误差的影响、丝杠挠度变化与重复定位误差的变化规律、工作台应变与重复定位误差的变化规律、滑块应变/应力与重复定位误差的变化规律、关键点温度与重复定位误差的变化规律等试验需求。附图说明图1是本专利技术的三维结构示意图。图2是工作台的三维结构示意图。图3是丝杠挠度测试装置的连接状态结构示意图。图4是滚珠丝杠螺母副的轴承端的结构示意图。图5是负载装置的结构示意图。附图标记：1-床身，2-工作台，3-滚动直线导轨副，4-滚珠丝杠，5-丝杠挠度测试装置，6-伺服电机，7-负载装置，8-光栅尺，9-T型槽，10-连接孔，11-轴承，12-端盖，13-调整垫片，14-底座，15-滑轮座，16-滑轮具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述：如图1所示，一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，包括床身1、工作台2、伺服电机6、负载装置7、光栅尺8和丝杠挠度测试装置5，床身1底面固定在地面上，两条滚动直线导轨副3平行安装在床身1上表面的两侧，滚珠丝杠螺母副安装在床身1上表面的中间，工作台2的两侧通过紧固螺钉与滚动直线导轨副3的滑块连接，工作台2中间通过丝杠螺母与滚珠丝杠4连接，伺服电机6安装在滚珠丝杠螺母副的前端(固定端)，用于驱动滚珠丝杠4旋转，滚珠丝杠螺母副配置有丝杠挠度测试装置5，用于实时测量滚珠丝杠的在水平和垂直方向的挠度，在床身1的尾端设置有外部负载装置7，用于放置外部负载；本实施例中两处光栅尺8安装位置分别在床身1左侧侧面和上表面左侧。工作台2两侧设置了两组与滑块连接的连接孔10，可实现工作台2距离可调，本实施例中连接孔10为螺钉孔。本实施例中床身1的外形尺寸为2245mm(长)×800mm(宽)×700mm(高)，内部采用井字形筋板，并在筋板上开圆形孔，具有较好的刚度，滚动直线导轨副安装基面设置在床身两侧沿长度方向筋板的正上方，以保证导轨安装后的变形最小；预留两处光栅尺8安装位置，且在运动轴线的同一侧，分别在床身左侧侧面和上表面左侧；床身底部有地脚螺钉固定孔。本实施例中滚动直线导轨副选用THK型号：SHS45LC2SSC1+2100LP-11，每条导轨上有两个支撑滑块，具体参数为：本实施例中滚珠丝杠螺母副选用THK型号：SBN4016-5RRG0+1930LC2，具体参数为：如图2所示，本实施例中工作台2内部采用米字型筋板，以保证工作台具有较好的刚度，表面设计有T型槽9，以方便固定工件；工作台2通过螺钉与滚动直线导轨副3的滑块连接，每条导轨副上有两个支撑滑块，每个支撑滑块通过四个螺钉连接工作台2，在工作台2上预留了两组与导轨滑块连接的螺纹孔，实现工作台支撑距离可调整。如图3所示，滚珠丝杠弯曲挠度测试装置在卡盘位置处布置四个力传感器，滚珠丝杠在运动过程中四个力传感器会测得两丝杠螺母之间的作用力，将信号传递到采集器中，采集器读出传感器示数。力传感器可选用interfaceWMC1000LBF(4450N)。其检测精度为0.05％。当滚珠丝杠发生弯曲变形时四个力传感器的示数会发生变化，根据传感器的示数变化值来计算丝杠弯曲挠度。如图4所示，滚珠丝杠螺母副的轴承端的端盖12和轴承11之间设置有调整垫片13，不同的调整垫片13厚度产生不同的轴承压缩量，进而产生不同的轴承刚度，该试验台设计了一组(5个)不同厚度的调整垫片13，可以通过改变图中调整垫片13的厚度，实现支撑轴承刚度的调整。如图5所示负载装置由底座14、滑轮座15和滑轮16构成，其中底座14通过螺钉固定在床身1尾端，滑轮座15安装在底座14上，滑轮16通过销钉固定在滑轮座15上，滑轮16顶端切向方向与工作运动轴线方向一致，其工作原理为在工作台的尾端引出一条钢丝线，钢丝线的另一端绕过滑轮连接配重物块，工作台往复直线运动时，带动配重物块上下运动，实现外部加载。另，本实施例中光栅尺8选用海德汉绝对式光栅尺，型号：LC195F-ML1240(±3μm)线缆10m，分辨率0.1um，精度3um；伺服电机6的转矩为22Nm，电机最大转速3000r/min，功率4KW。通过本专利技术试验平台可实现：工作台支撑距离对重复定位误差的影响、丝杠支撑轴承刚度对重复定位误差的影响、光栅尺安装位置对重复定位误差的影响、光栅尺安装精度对重复定位精度的影响、外部负载对重复定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，其特征在于，包括床身、工作台、伺服电机、负载装置、光栅尺和丝杠挠度测试装置，所述床身上表面两侧平行的安装有带有滑块的滚动直线导轨副，所述滑块与所述工作台相连，床身上表面中部安装有由固定端和轴承端组成的滚珠丝杠螺母副，通过所述固定端和轴承端连接有滚珠丝杠，所述伺服电机安装于所述滚珠丝杠螺母副的固定端用于驱动滚珠丝杠旋转，所述滚珠丝杠螺母副还配置有所述丝杠挠度测试装置，用于实时测量滚珠丝杠在水平和垂直方向的挠度，所述负载装置安装在床身的尾端用于放置外部负载；所述光栅尺设置有两处，分别设置在床身左侧面的顶部和上表面的左侧。

【技术特征摘要】
1.一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，其特征在于，包括床身、工作台、伺服电机、负载装置、光栅尺和丝杠挠度测试装置，所述床身上表面两侧平行的安装有带有滑块的滚动直线导轨副，所述滑块与所述工作台相连，床身上表面中部安装有由固定端和轴承端组成的滚珠丝杠螺母副，通过所述固定端和轴承端连接有滚珠丝杠，所述伺服电机安装于所述滚珠丝杠螺母副的固定端用于驱动滚珠丝杠旋转，所述滚珠丝杠螺母副还配置有所述丝杠挠度测试装置，用于实时测量滚珠丝杠在水平和垂直方向的挠度，所述负载装置安装在床身的尾端用于放置外部负载；所述光栅尺设置有两处，分别设置在床身左侧面的顶部和上表面的左侧。2.根据权利要求1所述一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，其特征在于，所述工作台的两侧设置有与滑块连接的连接孔，用于调整工作台的支撑距离。3.根据权利要求1所述一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台，其特征在于，所述滚珠丝杠螺母副的轴承端的端盖和...

【专利技术属性】
技术研发人员：何改云，孙光明，黄灿，张贺帅，张大卫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12