评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及测试方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种数控机床进给系统动态性能测试系统。特别是涉及一种评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及测试方法。
技术介绍
为了确保数控机床的加工精度及效率，需要对进给系统的动态性能进行在线测量。而在进给系统机械结构和伺服系统参数给定的情况下，进给系统滚珠丝杠预拉伸力大小成为影响其动态特性的主要因素。为了提高滚珠丝杠进给系统的刚性和补偿丝杠热变对进给系统定位精度的影响，通常要对滚珠丝杠进行预拉伸，即通过对丝杠一端锁紧螺母的预紧来完成。滚珠丝杠预拉伸力对进给系统动态性能产生影响，预拉伸力过大会导致丝杠轴承发热严重从而影响寿命，预拉伸力过小会导致系统刚性不足，影响进给系统的定位精度。因此对于滚珠丝杠预拉伸力必须进行合理的选取。而在实际情况下，对进给系统滚珠丝杠预拉伸力状态的评估主要是依靠工程师的经验来完成，缺乏相应的量化指标，导致进给系统的动态性能达不到最优。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够完成对丝杠预拉伸力和进给系统动态性能测试数据采集和处理的用于评估进给系统丝杠预拉伸力动态性能测试系统及测试方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座、设置在底座上的电机、通过联轴器连接电机输出轴的丝杠、设置在丝杠上的能够随丝杠的旋转而水平直线移动的螺母，通过底部的螺母座固定连接螺母的工作台，所述的底座上通过导轨支撑架设置有用于引导工作台移动的导轨，所述的丝杠分别通过固定在底座上的前端轴承机构和尾端轴承机构进行定位，对应所述的工作台分别设置有：用于测量工作台运动过程中进给系统...
【技术保护点】
一种评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座(1)、设置在底座(1)上的电机(2)、通过联轴器(3)连接电机(2)输出轴的丝杠(5)、设置在丝杠(5)上的能够随丝杠(5)的旋转而水平直线移动的螺母(6)，通过底部的螺母座(27)固定连接螺母(6)的工作台(8)，所述的底座(1)上通过导轨支撑架(42)设置有用于引导工作台(8)移动的导轨(7)，其特征在于，所述的丝杠(5)分别通过固定在底座(1)上的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)进行定位，对应所述的工作台(8)分别设置有：用于测量工作台(8)运动过程中进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量对工作台(8)施加激励时进给系统动态特性的模态测试系统，对应所述的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)设置有用于测量丝杠(5)运动过程中热特性的热特性测试系统，所述的激光干涉测试系统、模态测试系统和热特性测试系统分别连接工控机(17)。
【技术特征摘要】
1.一种评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，包括数控机床进给系统中的底座(1)、设置在底座(1)上的电机(2)、通过联轴器(3)连接电机(2)输出轴的丝杠(5)、设置在丝杠(5)上的能够随丝杠(5)的旋转而水平直线移动的螺母(6)，通过底部的螺母座(27)固定连接螺母(6)的工作台(8)，所述的底座(1)上通过导轨支撑架(42)设置有用于引导工作台(8)移动的导轨(7)，其特征在于，所述的丝杠(5)分别通过固定在底座(1)上的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)进行定位，对应所述的工作台(8)分别设置有：用于测量工作台(8)运动过程中进给系统运动性能指标的激光干涉测试系统，用于测量对工作台(8)施加激励时进给系统动态特性的模态测试系统，对应所述的前端轴承机构(4)和尾端轴承机构(26)设置有用于测量丝杠(5)运动过程中热特性的热特性测试系统，所述的激光干涉测试系统、模态测试系统和热特性测试系统分别连接工控机(17)。2.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的尾端轴承机构(26)包括有：包括有轴承座(18)，位于轴承座(18)内的用于支撑固定丝杠(5)且以背靠背的形式装入的两组串联轴承组(28)，两组串联轴承组(28)之间设置有内轴套(19)，两组串联轴承组(28)的位于丝杠(5)端部一侧设置有弹性轴套(20)，远离丝杠(5)端部一侧设置有外轴套(29)，所述外轴套(29)和弹性轴套(20)的外周分别设置有挡圈(22)，其中，所述轴承座(18)的两端分别通过螺钉设置有用于定位轴承组(28)和挡圈(22)的端盖(24)，所述端盖(24)的中心形成有能够贯穿丝杠(5)的贯通孔，所述丝杠(5)的端部螺纹连接有用于对丝杠(5)施加轴向预拉伸力的预紧螺母(21)，所述弹性轴套(20)的外周均匀设置有3～4个用于测定丝杠(5)轴向变形的应变片(23)，所述应变片(23)的信号输出端连接静态应变测试系统中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机(17)，所述丝杠(5)位于外轴套(29)的一侧设置有定位螺母(25)。3.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的激光干涉测试系统中：激光器(12)设置在所述工作台(8)远离电机(2)一侧，干涉镜(13)固定在底座(1)上，反射镜(14)固定在工作台(8)上，所述激光器(12)、干涉镜(13)和反射镜(14)位于同一光路上，所述激光器(12)的信号输出端连接激光干涉测试系统中测试信号采集单元(30)的信号输入端，所述测试信号采集单元(30)连接工控机(17)。4.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的模态测试系统中：控制及测试信号采集单元(31)连接工控机(17)，分别连接控制及测试信号采集单元(31)的控制信号输出端和采集信号输入端用于产生激振力的激振器(10)设置在工作台(8)的一侧，连接控制及测试信号采集单元(31)的采集信号输入端的力锤(9)对应敲击工作台(8)上的测试点，连接控制及测试信号采集单元(31)信号输入端的12～24个加速度传感器(11)分别布设在：螺母座(27)上设置有2～4个，在前端轴承机构(4)上设置有1～2个，尾端轴承机构(26)上设置有1～2个，工作台(8)上设
\t置有8～16个。5.根据权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统，其特征在于，所述的热特性测试系统中：数据采集单元(32)连接工控机(17)，连接数据采集单元(32)的2～4个温度传感器(15)分别布设在前端轴承机构(4)的轴承座上1～2个，尾端轴承机构(26)的轴承座上1～2个，连接数据采集单元(32)的电涡流位移传感器(16)固定在底座(1)上并对应于进行预拉伸的丝杠(5)的伸出端。所述的电涡流位移传感器(16)的测试端面与所述的丝杠(5)伸出端的端面平行设置，且相距0.5～1mm。6.一种用于权利要求2所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中弹性轴套的标定装置，其特征在于，包括有形成有T型凹槽(33)的标定工作台(34)，通过T型槽螺栓(35)固定在所述标定工作台(34)上的标定底座(36)，所述标定底座(36)上通过双头螺柱(38)由下至上依次设置有定位夹盖(41)和顶盖(40)，其中，所述的定位夹盖(41)和标定底座(36)之间用于设置被标定的弹性轴套(20)，所述弹性轴套(20)上设置有应变片(23)，所述应变片(23)的信号输出端连接静态应变测试系统中测试信号采集单元的信号输入端，所述测试信号采集单元连接工控机(17)，所述定位夹盖(41)和顶盖(40)之间设置有用于采集标定压力的压力传感器(43)，所述双头螺柱(38)上端通过螺纹连接有用于施加标定压力的施力螺母(39)，所述的标定底座(36)上还设置有用于对所述的定位夹盖(41)和顶盖(40)进行导向的导向柱(37)。7.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述的导向柱(37)和双头螺柱(38)各设置有2个，在标定底座(36)的上端面以中心为圆心，以弹性轴套(20)外直径的2～2.5倍为直径的圆周上形成有2个用于固定导向柱(37)的导向孔槽和2个用于连接双头螺柱(38)的螺孔槽，所述的导向孔槽和螺孔槽为间隔设置，在定位夹盖(41)和顶盖(40)上以各自中心为圆心，以弹性轴套(20)外直径的2～2.5倍为直径的圆周上均形成有2个用于贯穿导向柱(37)的导向孔和2个用于贯穿双头螺柱(38)的螺柱孔，所述的导向孔和螺柱孔间隔设置，所述的导向柱(37)和双头螺柱(38)的底端依次贯穿顶盖(40)和定位夹盖(41)上相对应的导向孔和螺柱孔固定在所述标定底座(36)的导向孔槽和螺孔槽内；所述导向柱(37)的底端与所述的标定底座(36)上的导向孔槽为过渡配合，所述导向柱(37)与定位夹盖(41)和顶盖(40)上的导向孔均采用间隙配合。8.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述的定位夹盖(41)的上端面形成有直径大于压力传感器(43)直径1～2mm、深度为2～3mm的用于固定压力传感器(43)的上端圆柱形定位槽，所述的定位夹盖(41)的下端面形成有直径大于弹性轴套(20)直径1～2mm、深度为2～3mm的用于固定弹性轴套(20)的下端圆柱形定位槽，所述的上端圆柱形定位槽和下端圆柱形定位槽为同轴设置。9.一种用于权利要求1所述的评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：1)利用评估进给系统丝杠预拉伸力的动态性能测试系统中弹性轴套的标定装置对弹性轴套进行标定，获得弹性轴套的标定线性关系式F＝a△x+b，其中，a...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛郁楠，牛文铁，李宝宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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