直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置制造方法
【專利摘要】一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，主要包括直線進給系統(tǒng)、導(dǎo)軌滑塊摩擦力測量裝置、導(dǎo)軌直線度誤差測量裝置、導(dǎo)軌安裝平行度誤差測量裝置。導(dǎo)軌滑塊摩擦力測量裝置通過伺服電機驅(qū)動滑塊的運動，實現(xiàn)不同運行速度及不同受載作用下的滑塊動態(tài)摩擦力的測量，利用拉壓力傳感器獲取摩擦力值；導(dǎo)軌安裝平行度誤差測量裝置將導(dǎo)軌間的平行度誤差轉(zhuǎn)換為連接桿的內(nèi)應(yīng)力，通過拉壓力傳感器測量后再進行處理獲得平行度誤差值；導(dǎo)軌直線度誤差測量裝置利用標準直線量塊作為測量的參照，將導(dǎo)軌的直線度誤差轉(zhuǎn)換為彈簧壓縮量的變化，并利用最小二乘法進行處理，測量方便，測量精度高。
【專利說明】直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測
量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]直線導(dǎo)軌目前已被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床直線進給系統(tǒng)中，起著支撐運動平臺和導(dǎo)向的作用，是直線進給系統(tǒng)的相對位置基準和運動基準，其性能對機床的加工精度和使用壽命有很大的影響。隨著加工制造向著高效、高精、高速的方向發(fā)展，這就需要直線導(dǎo)軌具有導(dǎo)向精度高，運行靈敏度高，摩擦力小，精度保持性好等優(yōu)點。由于直線導(dǎo)軌對直線進給系統(tǒng)的影響較大，因為在加工制造中和使用過程中保證其具有優(yōu)異的性能，這就首先需要實現(xiàn)直線導(dǎo)軌相關(guān)性能的參數(shù)的高精、高效的可靠測量，這也能夠為進一步研究進給系統(tǒng)的性能提供依據(jù)。在直線導(dǎo)軌的性能中，制造直線度、安裝平行度和摩擦力是最為關(guān)鍵的幾個參數(shù)，其中，直線導(dǎo)軌的摩擦力特性是進給系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)性的直接影響因素，直線導(dǎo)軌的直線度和平行度將直接影響直線進給系統(tǒng)的導(dǎo)向精度。
[0003]直線導(dǎo)軌滑塊運行過程中的摩擦力能夠間接反映導(dǎo)軌的加工制造和裝配狀況，在一定的程度上有助于進行直線導(dǎo)軌的工藝性分析。由于直線導(dǎo)軌摩擦阻力會隨著載荷、預(yù)緊力、潤滑劑粘度的不同而變形，影響機理較為復(fù)雜，因此從理論進行準確建模分析較為困難，而且由于缺少相關(guān)的參數(shù)，計算結(jié)果準確性不夠。在實際應(yīng)用過程中，一般都會采用專門的測量裝置直接對摩擦力進行測量。目前已有的直線導(dǎo)軌滑塊摩擦力測量裝置主要用于靜態(tài)摩擦力的測量，或者手動控制速度下的動態(tài)摩擦力測量，難以實現(xiàn)不同速度、穩(wěn)態(tài)速度、不同載荷作用下的滑塊的摩擦力測量。
[0004]直線導(dǎo)軌加工制造誤差屬于幾何誤差測量，測量的方法較多。常用的導(dǎo)軌直線度測量方法有直尺法、自準直儀法、激光干涉儀等。直尺法和自準直儀法的測量操作方便，成本較低，但是測量成本較低，而且不能對整個直線導(dǎo)軌的直線度進行實時記錄，不便于后續(xù)的校正，一般只適用于對精度較低的直線導(dǎo)軌進行測量。激光干涉儀的測量精度較高，而且能對測量數(shù)據(jù)進行記錄保存，便于后續(xù)的使用，但其操作復(fù)雜，測量效率低，光路容易受到空氣擾動、振動等一系列因素的影響，而且價格昂貴。
[0005]常用的導(dǎo)軌平行度測量方法主要是使用百分表或千分表，具體的操作方法是首先將千分表吸附于一根直線導(dǎo)軌上，將千分表測頭指向另一導(dǎo)軌測量，然后移動推動導(dǎo)軌滑塊，千分表示數(shù)的變化即為兩根導(dǎo)軌的平行度。該測量法操作簡單，但測量結(jié)果受到導(dǎo)軌表明平面度的影響，測量結(jié)果也無法進行實時記錄保存，另外，千分表的測頭移動速度對測量結(jié)果也有一定的影響，測量靈敏度不高。
[0006]因此，目前在直線導(dǎo)軌的摩擦力及制造安裝誤差的測量上，還缺少操作方便、測量精度高、靈敏度高、測量數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r記錄的綜合性測量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:該裝置包括直線進給系統(tǒng)、摩擦力測量裝置、平行度誤差測量裝置和直線度誤差測量裝置。
[0009]所述直線進給系統(tǒng)為:底板上固定設(shè)置兩條相互平行的第一直線導(dǎo)軌和第二直線導(dǎo)軌；在所述的第一直線導(dǎo)軌和第二直線導(dǎo)軌之間平行安裝滾珠絲杠；滾珠絲杠的兩端通過固定在底板上的固定支撐座和浮動支撐座支撐，滾珠絲杠的一端通過聯(lián)軸器與伺服電機的輸出端連接；所述伺服電機固定在底板上；在所述的第一直線導(dǎo)軌上連接有第一滑塊，在所述的第二直線導(dǎo)軌上連接有第二滑塊；在所述的滾珠絲杠上連接有絲杠螺母，在絲杠螺母上固定連接絲杠螺母座；連接板固定連接在所述第一滑塊、第二滑塊和絲杠螺母座的上表面；
[0010]所述的摩擦力測量裝置分為結(jié)構(gòu)相同的兩部分，其中，第一直線導(dǎo)軌上的部分的結(jié)構(gòu)為:所述第一直線導(dǎo)軌上連接有第三滑塊，第三滑塊上安裝第一連接座；所述連接板的位于第一滑塊上方的位置與第一推力桿的一端連接，第二推力桿的一端與第一連接座固定連接；第一拉壓傳感器的兩端分別與所述第一推力桿的終端、第二推力桿的終端固定連接；第二直線導(dǎo)軌上的部分的結(jié)構(gòu)與第一直線導(dǎo)軌上的部分的結(jié)構(gòu)相同；
[0011]所述的平行度誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)為:第一連桿的一端固定連接于所述的第三滑塊上，第二連桿的一端固定連接于所述的第四滑塊上；第三拉壓力傳感器的一端固定連接于所述的第一連桿的終端，另一端固定連接于所述的第二連桿的終端；
[0012]所述的直線度誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)為:連接套一端固定連接于所述的第三滑塊上，另一側(cè)與直線軸承連接；滑動桿插入于所述直線軸承中；彈簧套裝在所述的滑動桿上，其一端與所述的連接套末端接觸，另一端與所述滑動桿末端接觸；所述的滑動桿和萬向球通過第四壓力傳感器相連接；所述萬向球固定在底板上，且與標準直線量塊接觸。
[0013]所述連接套與直線軸承過盈配合連接。
[0014]所述標準直線量塊與所述第一直線導(dǎo)軌、第二直線導(dǎo)軌平行。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016](I)本發(fā)明所述的直線導(dǎo)軌摩擦力測量裝置的滑塊運動是通過伺服電機進行控制的，可以實現(xiàn)不同速度范圍下的滑塊動態(tài)摩擦力測量，而且可以保證滑塊的運動速度穩(wěn)定，
測量結(jié)果可靠；
[0017](2)本發(fā)明所述的直線導(dǎo)軌摩擦力測量及直線度和平行度誤差測量裝置，都是通過拉壓力傳感器或壓力傳感器進行測量信號的采集，可以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時記錄和保存，以便后續(xù)的處理和使用；
[0018](3)本發(fā)明所述的直線導(dǎo)軌平行度誤差測量裝置，將導(dǎo)軌的平行度誤差通過連桿的變形轉(zhuǎn)換為力信號，由于微小的變形可以產(chǎn)生較大的桿件內(nèi)力，因此可以實現(xiàn)平行度誤差的高精度、高靈敏性測測量；
[0019](4)本發(fā)明所述的直線導(dǎo)軌直線度誤差測量裝置，采用了萬向球與標準直線量塊進行接觸，可以消除該測量裝置安裝的垂直度誤差對測量結(jié)果的影響，而且通過直線軸承進行導(dǎo)向，保證滑動桿運動摩擦力小，提高了測量的靈敏度；
[0020](5)本發(fā)明所述的綜合測量裝置僅需通過一次運行便可實現(xiàn)所需的導(dǎo)軌摩擦力，直線導(dǎo)軌直線度誤差或直線導(dǎo)軌平行度的測量，操作方便，測量效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述綜合測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明所述直線導(dǎo)軌直線度誤差測量裝置的主體結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0023]圖中標號:
[0024]1-底板；2_第一直線導(dǎo)軌；3_第二直線導(dǎo)軌；4_滾珠絲杠；5_固定支撐座；6_浮動支撐座聯(lián)軸器；8_伺服電機；9_電機座；10_第一滑塊；11_第二滑塊；12_絲杠螺母；13-絲杠螺母座；14_連接板；15-第三滑塊；16-第四滑塊；17-第一推力桿；18-第一拉壓傳感器；19_第二推力桿；20_第一連接座；21_第三推力桿；22_第二拉壓傳感器；23_第四推力桿；24_第二連接座；25_第一連桿；26_第二連桿；27_第三拉壓力傳感器；28_連接套；29_直線軸承；30_滑動桿；31_彈簧；32_萬向球；33_壓力傳感器；34_標準直線量塊。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明所提出的一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置做詳細的說明。
[0026]如圖1所示，該裝置包括直線進給系統(tǒng)、摩擦力測量裝置、平行度誤差測量裝置和直線度誤差測量裝置。
[0027]本發(fā)明所述的直線進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是:底板I上固定有兩條相互平行的第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3 ;在第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3中間平行安裝有滾珠絲杠4 ;滾珠絲杠4通過固定在底板I上的固定支撐座5和浮動支撐座6進行支撐，并在固定支撐座5的伸出端通過聯(lián)軸器7與伺服電機8連接；伺服電機8通過電機座9固定在底板I上；在第一直線導(dǎo)軌2上連接有第一滑塊10，在第二直線導(dǎo)軌3上連接有第二滑塊11 ;在滾珠絲杠4上連接有絲杠螺母12 ;絲杠螺母12上固定連接有絲杠螺母座13 ;連接板14固定連接在第一滑塊10、第二滑塊11和絲杠螺母座13的上部。
[0028]本發(fā)明所述的摩擦力測量裝置的結(jié)構(gòu)是:第一直線導(dǎo)軌2上連接有第三滑塊15，第二直線導(dǎo)軌3上連接有第四滑塊16 ;連接板14在位于所述第一滑塊10的一側(cè)的上端固定連接有第一推力桿17 ;第一推力桿17的終端固定連接有第一拉壓傳感器18,第一拉壓傳感器18的另一端固定連接有第二推力桿19 ;第二推力桿19通過固定于其一端的第一連接座20固定連接于第三滑塊15上；連接板14在位于第二滑塊11的一側(cè)的上端固定連接有第三推力桿21 ;第三推力桿21的終端固定連接有第二拉壓傳感器22，第二拉壓傳感器22的另一端固定連接有第四推力桿23 ;第四推力桿23通過固定于其一端的第二連接座24固定連接于第四滑塊16上。
[0029]本發(fā)明所述的平行度誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)是:第一連桿25的一端固定連接于第三滑塊15上，第二連桿26的一端固定連接于第四滑塊16上；第三拉壓力傳感器27的一端固定連接于第一連桿25的終端，另一端固定連接于第二連桿26的終端。
[0030]本發(fā)明所述的直線度誤差測量裝置結(jié)構(gòu)是:連接套28 —端固定連接于第三滑塊15上，另一側(cè)內(nèi)部通過過盈配合連接有直線軸承29 ;滑動桿30插入于直線軸承29中；彈簧31套裝在滑動桿30上，其一端與連接套28末端接觸，另一端與滑動桿30末端接觸；滑動桿30和萬向球32通過壓力傳感器33相連接；萬向球32固定在底板I上，且與標準直線量塊34接觸，標準直線量塊34與第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3平行。
[0031]本發(fā)明所述的一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置的工作過程詳述如下:
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的直線導(dǎo)軌摩擦力測量裝置用于測量第三滑塊15和第四滑塊16分別在第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3上運動時的摩擦力；其摩擦力大小分別是通過第一拉壓傳感器18和第二拉壓傳感器22進行測量的；具體的工作過程為:為了避免導(dǎo)軌直線度和平行度誤差測量裝置對導(dǎo)軌摩擦力測量的影響，首先將這兩個裝置拆下；根據(jù)第三滑塊15和第四滑塊16所需的運行速度，可以轉(zhuǎn)換為伺服電機8的控制指令，伺服電機8根據(jù)該控制指令驅(qū)動電機軸旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器7帶動滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠4的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動連接其上的絲杠螺母12的軸向運動，通過固定連接在絲杠螺母12上的絲杠螺母座13帶動連接板14沿著滾珠絲杠4的軸向運動，固定連接于連接板14兩端的第一推力桿17和第三推力桿21將隨之運動，第一推力桿17通過串聯(lián)固接的第一拉壓傳感器18、第二推力桿19和第一連接座20帶動第三滑塊15沿著第一直線導(dǎo)軌2移動，第三推力桿21通過串聯(lián)固接的第二拉壓傳感器22、第四推力桿23和第二連接座24帶動第四滑塊16沿著第二直線導(dǎo)軌3移動。在第三滑塊15和第四滑塊16的移動過程中，其所受摩擦力將以反作用力的形式分別傳遞給第一拉壓傳感器18和第二拉壓傳感器22，通過實時采集拉壓傳感器的測量數(shù)據(jù)，即可獲得滑塊在直線導(dǎo)軌上運動的摩擦力。在測量過程中，可以根據(jù)測量的需要調(diào)節(jié)伺服電機8的速度，可以實現(xiàn)不通過速度下的滑塊運動摩擦力的測量；另外，還可以對第三滑塊15和第四滑塊16施加一定的外部載荷，可以實現(xiàn)不同載荷作用下的滑塊運動摩擦力的測量。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明的直線導(dǎo)軌平行度誤差測量裝置用于測量第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3的平行度誤差的測量，具體的工作過程為:第三滑塊15沿著第一直線導(dǎo)軌2的移動會帶動固定連接于其上的第一連桿25的運動，第四滑塊16沿著第二直線導(dǎo)軌3的移動會帶動固定連接于其上的第二連桿26的運動；由于第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3存在著平行度誤差，因此第三滑塊15和第四滑塊16在運動過程中，相互之間會產(chǎn)生垂直于運動方向的誤差，該誤差會導(dǎo)致第一連桿25和第二連桿26的內(nèi)應(yīng)力，從而可以通過與它們固定連接的第三拉壓傳感器27進行測量。為了能夠通過第三拉壓傳感器27所測得的拉壓力值獲取第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3的平行度誤差，可以通過理論計算或?qū)嶒灅硕ǖ姆椒?，獲取第三拉壓傳感器27的拉壓力值與第一連桿25和第二連桿26兩端相對變形量之間的關(guān)系，該相對變形量即為第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌3之間垂直于運動方向的誤差；待獲得直線導(dǎo)軌所有測量點垂直于運動方向的誤差值后，過被測點作平行于理想直線的平行簇，并求出被采樣點到理想直線的距離，最上和最下兩條平行直線即形成所有被測點誤差的最小包容區(qū)域，這兩條平行直線間的縱向距離就是兩條導(dǎo)軌的平行度誤差。
[0034]如圖1和2所示，本發(fā)明的直線導(dǎo)軌直線度誤差測量裝置用于測量第一直線導(dǎo)軌2直線度誤差的測量，具體的工作過程為:第三滑塊15的移動會帶動固定連接于其上的連接套28運動，從而帶動直線軸承29、滑動桿30、彈簧31、壓力傳感器33和萬向球32同步移動，萬向球32與標準直線量塊34以點接觸在其上運動；由于第一直線導(dǎo)軌2存在直線度誤差，該誤差會通過連接套28導(dǎo)致彈簧31壓縮量的變化，從而引起壓力值的變化，通過壓力傳感器33可以實時進行測量；為了保證彈簧31始終保證壓縮狀態(tài)，在初始測量時，首先保證彈簧31具有一定的壓縮量，由于第一直線導(dǎo)軌2的直線度誤差是微米量級，因此彈簧31的壓縮量在整個測量過程中都比較小，此時彈簧31的力與變形可以視為線性關(guān)系，從而可以將壓力傳感器33測得的壓力值轉(zhuǎn)換為彈簧的壓縮量值的變化，該變化值即反映了第一直線導(dǎo)軌2和標準直線量塊34在測量點之間的相對位置誤差；為了消除標準直線量塊34與第一直線導(dǎo)軌2之間的平行度誤差對直線度誤差測量的影響，需要利用最小二乘法對結(jié)果進行處理，以獲得直線導(dǎo)軌的直線度誤差值，具體的計算過程如下:
[0035]第一直線導(dǎo)軌2上的測量點Xi相對于理想直線的誤差值可以表示為:
[0036]Xi = A1X^Zi(I)
[0037]其中，A1為第一直線導(dǎo)軌2中心線的斜率，Zi為測量點處直線度誤差；
[0038]標準直線量塊34的表面可以認為是平整的，因此其上的測量點Xi相對于理想直線的誤差值可以表示為:
[0039]Yi = A2Xi(2)
[0040]其中，A2為標準直線量塊34的安裝平行度；
[0041]因此在測量點Xi處，第一直線導(dǎo)軌2與標準直線量塊34間的誤差值為:
[0042]Li = (A1-A2) Xj+Zj = (C1-C0) /k(3)
[0043]其中，Ci為壓力傳感器33的測量值，C。為壓力傳感器33的初始值，k為彈簧31的剛度；
[0044]由式(3)可以得到測量點Xi處的第一直線導(dǎo)軌2的直線度誤差為:
[0045]Zi = (C1-C0) /k- (A1-A2) Xi(4)
[0046]待測得第一直線導(dǎo)軌2上所有點的值后，利用最小二乘法的思想可以將該問題表述為:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置，其特征在于，包括直線進給系統(tǒng)、摩擦力測量裝置、平行度誤差測量裝置和直線度誤差測量裝置； 所述直線進給系統(tǒng)為:底板(I)上固定設(shè)置兩條相互平行的第一直線導(dǎo)軌(2)和第二直線導(dǎo)軌(3);在所述的第一直線導(dǎo)軌(2)和第二直線導(dǎo)軌(3)之間平行安裝滾珠絲杠(4);滾珠絲杠(4)的兩端通過固定在底板(I)上的固定支撐座(5)和浮動支撐座(6)支撐，滾珠絲杠(4)的一端通過聯(lián)軸器(7)與伺服電機(8)的輸出端連接；所述伺服電機(8)固定在底板(I)上；在所述的第一直線導(dǎo)軌(2)上連接有第一滑塊(10)，在所述的第二直線導(dǎo)軌(3)上連接有第二滑塊(11);在所述的滾珠絲杠(4)上連接有絲杠螺母(12)，在絲杠螺母(12)上固定連接絲杠螺母座(13);連接板(14)固定連接在所述第一滑塊(10)、第二滑塊(11)和絲杠螺母座(13)的上表面； 所述的摩擦力測量裝置分為結(jié)構(gòu)相同的兩部分，其中，第一直線導(dǎo)軌(2)上的部分的結(jié)構(gòu)為:所述第一直線導(dǎo)軌(2)上連接有第三滑塊(15)，第三滑塊(15)上安裝第一連接座(20);所述連接板(14)位于第一滑塊(10)上方的位置與第一推力桿(17)的一端連接，第二推力桿(19)的一端與第一連接座(20)固定連接；第一拉壓傳感器(18)的兩端分別與所述第一推力桿(17)的終端、第二推力桿(19)的終端固定連接；第二直線導(dǎo)軌(3)上的部分的結(jié)構(gòu)與第一直線導(dǎo)軌(2)上的部分的結(jié)構(gòu)相同； 所述的平行度誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)為:第一連桿(25)的一端固定連接于所述的第三滑塊(15)上，第二連桿(26)的一端固定連接于所述的第四滑塊(16)上；第三拉壓力傳感器(27)的一端固定連接于所述的第一連桿(25)的終端，另一端固定連接于所述的第二連桿(26)的終端； 所述的直線度誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)為:連接套(28) —端固定連接于所述的第三滑塊(15)上，另一側(cè)與直線軸承(29)連接；滑動桿(30)插入直線軸承(29)中；彈簧(31)套裝在滑動桿(30)上，其一端與連接套(28)末端接觸，另一端與滑動桿(30)末端接觸；滑動桿(30)和萬向球(32)通過壓力傳感器(33)相連接；所述萬向球(32)固定在底板(I)上，且與標準直線量塊(34)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置，其特征在于，所述連接套(28)與直線軸承(29)過盈配合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線導(dǎo)軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置，其特征在于，所述標準直線量塊(34)與所述第一直線導(dǎo)軌(2)、第二直線導(dǎo)軌(3)平行。
【文檔編號】G01D21/02GK103940471SQ201410165816
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】李鐵民, 姜峣, 杜云松, 李福華, 吳軍, 關(guān)立文 申請人:清華大學