高精度直线导轨副静刚度综合测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可高效高精测量直线导轨副垂直、俯仰、倾斜、偏摆静刚度的测量装置及方法，本发明专利技术装置固定座固定在水平的台面板上，导轨副、基准板固定在固定座上，用于测量导轨副变形量的位移传感器组安装在滑动块上；压力传感器与压块连接；加载装置带动压块下降，分别通过圆柱体在滑动块上施加线载荷F1与F2；本发明专利技术测量方法将载荷F1与F2分解为四个方向的等效载荷，位移传感器组测得的变形量亦换算为四个方向的等效变形量。本发明专利技术在保证高效测量滚动直线导轨副静刚度的同时，大大提高了测量结果的准确性与可靠性，对导轨副综合静刚度的测评具有重要意义。

Comprehensive measuring device and method for static stiffness of high-precision linear guide pair

The invention discloses a measuring device and a method for measuring the vertical, pitching, tilting and yawing static stiffness of a linear guide pair with high efficiency and precision. The fixing seat of the device is fixed on a horizontal table panel, the guide rail pair and the reference plate are fixed on a fixed seat, and the displacement sensor group for measuring the deformation of the guide rail pair is installed on a sliding table. On the block, the pressure sensor is connected with the pressure block; the loading device drives the pressure block to drop, and the linear loads F1 and F2 are applied on the sliding block through the cylinder; the measuring method of the present invention divides the load F1 and F2 into four directions of equivalent loads, and the deformation measured by the displacement sensor group is also converted into four directions of equivalent deformation. The invention not only guarantees the high-efficiency measurement of the static stiffness of the rolling linear guide pair, but also greatly improves the accuracy and reliability of the measurement results, which is of great significance for the comprehensive static stiffness evaluation of the guide pair.

【技术实现步骤摘要】
高精度直线导轨副静刚度综合测量装置及方法
本专利技术属于滚动直线导轨副测试领域，特别是一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置及方法。
技术介绍
随着现代化制造技术的蓬勃发展，制造行业对扮演重要角色的数控机床提出了更高的要求，尤其体现在定位精度，导向精度，加工精度三方面。滚动直线导轨副由于具有摩擦阻力小、运动特性好、寿命长、承载能力好、经济性好等优点，被广泛应用于数控机床中。但是长期以来，国外产品牢牢占据着国内中高档滚动直线导轨副的市场，而造成这一局面的根本原因是国内滚动功能部件行业缺少关键基础技术研究和缺乏先进的检测仪器和产品性能试验设备。中国专利技术专利公开号CN105973550A，名称为直线导轨副五种静刚度综合测量装置及其方法，该专利介绍了一种仅通过一套试验工装同时测量出导轨副五种静刚度的装置与方法，该方法加载方式属于点加载，加载力分布不均匀，且没有考虑各个方向变形量之间的干涉与耦合关系，实验结果与理论结果相差较大，实验效果有待进一步提高。中国专利技术专利公开号CN103017992A，名称为直线导轨副静刚度测量装置及方法，该试验装置需要多套夹具组件，测量直线导轨副静刚度时，需要频繁更换夹具，改变装夹方式，实验繁琐效率低。中国专利技术专利公开号CN104075886A，名称为模块化直线导轨副结合部静刚度测试方法与装置，该方法需要不断转换加载装置的方向，导致加载实验台的结构设计较复杂，实验时间较长，效率低。总而言之，关于滚动直线导轨副静刚度的测量，目前一些学者设计的装置及方法均存在一定的不足，还没有一套可靠性高、效率高且操作简单的测量装置及方法，严重阻碍了滚动直线导轨副静刚度的测评效率及其高刚性设计的发展。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置及方法，以解决目前直线导轨副静刚度测评效率低，测量结果不准确的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，包括台面板、固定在台面板上端的固定座、基准板、压块、加压装置、圆柱体、滑动块以及固定在其上的位移传感器组；所述固定座上端面为斜面，用以固定导轨；且导轨滑动方向与固定座的纵剖面的斜边垂直；所述基准板垂直固定在固定座上端斜面；所述滑动块下端与滑块固连；滑块与导轨构成直线导轨副；所述滑动块上端面为斜面，且斜面与水平面齐平；所述位移传感器组包括四个第一位移传感器组、两个第二位移传感器组；所述四个第一位移传感器组测试方向垂直于固定座上端面，且与固定座上端面接触，用于测量导轨副的垂直变形量、倾斜角变形量以及俯仰角变形量；四个第一位移传感器组轨两两对称布置在导轨的左右两侧；两个第二位移传感器垂直于基准板，且与基准板接触，用于测量导轨副的偏摆角变形量；同一侧的两个第一位移传感器组的测试点连线、两个第二位移传感器组的测试点连线均平行于导轨的滑动方向；所述滑动块上设有相互垂直的第一V形槽和第二V形槽；所述第一V形槽长度方向平行于导轨滑动方向，且第一V形槽中心线与导轨中心线的连线垂直于滑块上端面；所述圆柱体设置在第一V形槽或第二V形槽内；所述加压装置设置在滑动块上端，对滑动块进行加压，加压装置与圆柱体实现线接触，并实时获得加压过程的压力。一种高精度直线导轨副静刚度综合测量方法，包括以下步骤：步骤1、测试导轨副垂直静刚度与倾斜静刚度：步骤1.1、将圆柱体放于第一V形槽上，移动滑块使滑动块侧端与第一导向板内侧贴合，使得滑块中心位于压力中心；步骤1.2、对圆柱体先加载然后卸载，实时采集力传感器与位移传感器组上的数据，直到卸载为零；步骤1.3、以导轨副几何中心为坐标原点，建立参考坐标系。X轴垂直于基准板的基准面，Y轴沿导轨纵向，Z轴垂直于滑块上表面，将力传感器采集到的加载力F1在XZ平面内分解为平行于Z轴的轴向力F1Z与平行于X轴的轴向力F1X，由于滑动块上第一V型槽纵向中心线与导轨副纵向中心线之间的距离为T，因而形成倾斜力矩MB，而轴向力F1Z为作用于滑动块上的垂直加载力，如公式(1)所示；将四个第一位移传感器组测量得到的导轨副变形量按式(2)、式(3)分解为垂直与倾斜方向上的变形量；垂直变形量：倾斜变形角：其中，四个第一位移传感器组布置按a、b、c、d矩形顺序依次排列，其中a、b位于高于c、d；△S1、△S2、△S3、△S4分别为位于a、b、c、d四个位置的第一位移传感器测得的变形量，△S5、△S6分别为两个第二位移传感器测得的变形量；D为a、d位置或b、c位置的第一位移传感器组之间的中心距；θ为固定座上表面与水平面间的夹角；步骤2、测试导轨副俯仰与偏摆静刚度：步骤2.1、将圆柱体放于第二V形槽上，移动滑块使滑动块侧端与第二导向板内侧贴合，保证圆柱体中心位于压力中心；步骤2.2、对圆柱体先加载再卸载，过程中实时采集力传感器与第一位移传感器组及第二位移传感器上的数据，直到卸载为零；步骤2.3、将力传感器采集到的加载力F2在第二V形槽的纵向对称面内分解为平行于Z轴的轴向力F2Z与平行于X轴的轴向力F2X，由于滑动块上表面几何中心点到第二V型槽纵向中心线的垂直距离为H，因而形成俯仰力矩MA与偏摆力矩MC，如公式(4)所示；将第一位移传感器组及第二位移传感器测量得到的导轨副变形量按式(5)、式(6)分解为俯仰与偏摆方向上的变形量；俯仰变形角：偏摆变形角：其中，L为两个第二位移传感器之间的中心距；K为a、b位置或c、d位置的第一位移传感器组之间的中心距；步骤4、以载荷为横坐标，变形量为纵坐标，分别将上述分解后的等效载荷以及对应方向的变形量数据绘制在坐标图中，分别得到导轨副的垂直、倾斜、俯仰、偏摆静刚度曲线，各曲线斜率的倒数即为导轨副的各个静刚度值。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术的测试装置，在滑动块上端设有第一V型槽和第二V形槽，将各载荷等效分解到各变形互不干涉的方向上，实现了从结构设计及方法上彻底将垂直、倾斜、俯仰、偏摆静刚度的测量独立开，避免了一套工装测量导轨副多个静刚度时，各方向变形量之间的耦合与干涉问题，提高了滚动直线导轨副静刚度测量的可靠性。(2)通过在固定座、滑动块以及压盘上增加定位基准，可防止实验过程中导轨副侧滑，保证位移传感器组测点中心与滑块中心重合以及压盘施力中心与受力圆柱中心重合，解决了定位因素对实验结果影响的问题。(3)通过对称布置垂直于固定座上端面四个第一位移传感器，垂直于基准板对称布置两个第二传感器，对变形量的测量起到匀化误差的作用，提高了变形量的测量结果。(4)采用线加载方式，使载荷分布均匀，避免了点加载出现的载荷偏载现象，降低了因为加载力分布不均对实验结果造成的影响。(5)在提高滚定直线导轨副垂直、倾斜、俯仰、偏摆静刚度测量精度与准确性的同时，保证了实验效率，垂直、倾斜、俯仰、偏摆四种静刚度可通过本测试装置和测试方法一次性测量得到。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术测试装置的主视示意图。图2为本专利技术测试装置的轴测图。图3为滑动块与固定座的连接示意图。图4(a-c)分别为滑动块的主视、左视、俯视示意图。图5为滑动块上V形槽结构示意图。图6为V形槽横截面形状示意图。图7为圆柱体于第一V型槽上时第一导向板的定位示意图。图8为圆柱体于第二V型槽上时第二导向板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，其特征在于包括台面板(1)、固定在台面板(1)上端的固定座(2)、基准板(3)、加压装置、滑动块(8)、位移传感器夹具(9)、位移传感器组(10)、圆柱体(13)；所述固定座(2)上端面为斜面，用以固定导轨(12)；且导轨(12)滑动方向与固定座(2)的纵剖面的斜边(21)垂直；所述基准板(3)垂直固定在固定座(2)上端斜面；所述滑动块(8)下端与滑块(11)固连；滑块(11)与导轨(12)构成直线导轨副；所述滑动块(8)上端面为斜面，且斜面与水平面齐平；所述位移传感器组(10)包括四个第一位移传感器组(101)、两个第二位移传感器组(102)；所述四个第一位移传感器组(101)测试方向垂直于固定座(2)上端面，且与固定座(2)上端面接触，用于测量导轨副的垂直变形量、倾斜角变形量以及俯仰角变形量，四个第一位移传感器组(101)两两对称布置在导轨(12)的左右两侧；两个第二位移传感器(102)垂直于基准板3，且与基准板(3)接触，用于测量导轨副的偏摆角变形量；同一侧的两个第一位移传感器组(101)的测试点连线、两个第二位移传感器组(102)的测试点连线均平行于导轨(12)的滑动方向；所述滑动块(8)上设有相互垂直的第一V形槽(81)和第二V形槽(82)；所述第一V形槽(81)长度方向平行于导轨(12)滑动方向，且第一V形槽(81)中心线与导轨(12)中心线的连线垂直于滑块(13)上端面；所述圆柱体(13)设置在第一V形槽(81)或第二V形槽(82)内；所述加压装置设置在滑动块(8)上端，对滑动块(8)进行加压，加压装置与圆柱体(13)实现线接触，并实时获得加压过程的压力。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，其特征在于包括台面板(1)、固定在台面板(1)上端的固定座(2)、基准板(3)、加压装置、滑动块(8)、位移传感器夹具(9)、位移传感器组(10)、圆柱体(13)；所述固定座(2)上端面为斜面，用以固定导轨(12)；且导轨(12)滑动方向与固定座(2)的纵剖面的斜边(21)垂直；所述基准板(3)垂直固定在固定座(2)上端斜面；所述滑动块(8)下端与滑块(11)固连；滑块(11)与导轨(12)构成直线导轨副；所述滑动块(8)上端面为斜面，且斜面与水平面齐平；所述位移传感器组(10)包括四个第一位移传感器组(101)、两个第二位移传感器组(102)；所述四个第一位移传感器组(101)测试方向垂直于固定座(2)上端面，且与固定座(2)上端面接触，用于测量导轨副的垂直变形量、倾斜角变形量以及俯仰角变形量，四个第一位移传感器组(101)两两对称布置在导轨(12)的左右两侧；两个第二位移传感器(102)垂直于基准板3，且与基准板(3)接触，用于测量导轨副的偏摆角变形量；同一侧的两个第一位移传感器组(101)的测试点连线、两个第二位移传感器组(102)的测试点连线均平行于导轨(12)的滑动方向；所述滑动块(8)上设有相互垂直的第一V形槽(81)和第二V形槽(82)；所述第一V形槽(81)长度方向平行于导轨(12)滑动方向，且第一V形槽(81)中心线与导轨(12)中心线的连线垂直于滑块(13)上端面；所述圆柱体(13)设置在第一V形槽(81)或第二V形槽(82)内；所述加压装置设置在滑动块(8)上端，对滑动块(8)进行加压，加压装置与圆柱体(13)实现线接触，并实时获得加压过程的压力。2.根据权利要求1所述的一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，所述加压装置包括压块(4)、压力传感器(7)、连接件(6)、加载装置(5)；所述压力传感器(7)通过连接件(6)固定在加载装置(5)下端，所述压块(4)与压力传感器(7)下端相连；加载装置(5)通过压块(4)对滑动块(8)上的圆柱体(13)进行加压。3.根据权利要求1所述的一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，所述加载装置(5)为电动缸、液压缸或伺服电动机带动的滚珠丝杆。4.根据权利要求1所述的一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，所述固定座(2)上端面与水平面的夹角为30°—45°。5.根据权利要求1所述的一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，所述固定座(2)上端斜面为台阶面，包括第一斜面(22)、第二斜面(23)；所述第一斜面(22)平面平行于第二斜面(23)平面，第一斜面(22)位于第二斜面(23)上端，且第一斜面(22)相对第二斜面(23)下沉，两个斜面之间形成第一凸台；所述导轨(12)固定在第一斜面(22)上，且导轨(12)侧面与第一凸台接触，所述基准板(3)固定在第二斜面(23)上。6.根据权利要求1所述的一种高精度直线导轨副静刚度综合测量装置，其特征在于，所述滑动块(8)为台阶面，包括第一平面(83)、第二平面(84)；所述第一平面(83)位于第二平面(84)上端，且第二平面(84)平行于第一斜面(22)；所述第二平面(84)相对第一平面下沉，两个平面之间形成第二凸台；所述滑块(11)固定在第二平面(84)下端，且与第二凸台接触，第二凸台对滑块进行支撑和定位。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王禹林，叶祖坤，李作康，欧屹，刘璐，仇进生，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32