CN108645616A - 基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法，属于机床进给单元的精度检测技术领域。通过进给转速模拟加载系统和预加载荷模拟加载系统，模拟实际工况中滚珠丝杠副所受的速度和载荷变化。利用程序控制施力油缸体对滚珠丝杠副施加随机载荷以模拟其在服役过程中的实际受载工况；利用程序控制交流伺服电机对滚珠丝杠副施加随机转速以模拟其在服役过程中的实际运行工况。借助激光干涉仪、光栅尺等设备测量滚珠丝杠副在运行过程中的精度误差，进而研究两种随机工况对滚珠丝杠副的磨损情况。

Description

基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法

技术领域

本发明提供了一种探究滚珠丝杠副随机磨损的试验方法，具体涉及一种基于预加载荷与进给转速可操控试验装备的滚珠丝杠副随机磨损试验方法，属于机床进给单元的精度检测技术领域。

背景技术

滚珠丝杠副是一种螺旋传动系统，由丝杠、螺母、滚珠、预压片、反向器、防尘器等结构零部件组成。其利用滚珠作为中间传动体，在丝杠和螺母螺旋槽之间构成的闭合回路中循环，从而完成旋转－直线运动的传递。由于滚珠丝杠副具有传动效率高、灵敏度高、传动平稳、可消除轴向间隙、提高轴向刚度等优点，因此被广泛应用于数控机床、伺服机械手、食品加工与包装等各种领域。尤其是在精密数控设备上，滚珠丝杠副进给系统已经成为其重要的组成部分。

滚珠丝杠副作为精密传动系统，其在服役过程中，受丝杠的进给转速动态波动影响，同时受丝杠滚道与滚珠之间以及螺母滚道与滚珠之间的时变接触载荷影响。这些工况因素使滚珠丝杠副的精度保持性呈现时变衰退特性。具体表现为：在丝杠的进给转速、滚道与滚珠之间接触载荷等多因素动态波动工况参数共同影响下，导致滚珠丝杠副的运动误差具有实时波动性，精度保持性呈现动态时变特性。

发明内容

本发明提出用于探究滚珠丝杠副随机磨损的试验方法。利用程序控制施力油缸体对滚珠丝杠副施加随机载荷以模拟其在服役过程中的实际受载工况；利用程序控制交流伺服电机对滚珠丝杠副施加随机转速以模拟其在服役过程中的实际运行工况。借助激光干涉仪、光栅尺等设备测量滚珠丝杠副在运行过程中的精度误差，进而研究两种随机工况对滚珠丝杠副的磨损情况。

本发明的目的是提供一种基于预加载荷与进给转速可操控试验装备的滚珠丝杠副随机磨损试验方法。通过对两种实际工况的模拟以及利用高精度设备的测量，得到滚珠丝杠副的随机磨损情况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法，实现该方法的试验台包括进给转速模拟加载系统1、滚珠丝杠2、工作台3、Z向1号油缸4、Z向2号油缸5、预加载荷模拟加载系统6、基台7和X向1号油缸8；滚珠丝杠2的一端与进给转速模拟加载系统1连接，滚珠丝杠2的另一端与工作台3连接，Z向1号油缸4、Z向2号油缸5并排设置在工作台3上；工作台3的一侧设有X向1号油缸8，预加载荷模拟加载系统6设置在基台7的端部，进给转速模拟加载系统1、滚珠丝杠2、工作台3均安装在基台7上。

本发明具体操作步骤如下：

步骤1：试验台检查。对试验台进行总体检查，确保试验台没有影响使用和精度的外观缺陷，工作面没有锈蚀、碰伤、异物等影响因素，非工作面的防护涂层没有破坏等，确保试验台进行空载跑合以利于后续步骤的进行；

步骤2：空载跑合。对滚珠丝杠副进行涂抹润滑油，以确保在空载跑合过程中传动部件处在最佳润滑状态。启动进给转速模拟加载系统，使试验台在空载状态下运行,同时通过用户操作界面进行进给转速的调节。在充分预热后，进行往复运动，确保试验台各部分正常运转且程序正常运行后停止；

步骤3：初始精度测量。利用激光干涉仪对滚珠丝杠副的初始线性误差进行测量，确保测量用滚珠丝杠副符合精度等级的精度标准，以确保后续实验的数据可靠性；

步骤4：控制变量实验。利用程序控制交流伺服电机的转速在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际进给转速工况。利用程序控制施力油缸体对试验台施加的载荷在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际负载工况。运行时间设定为1000h，期间需保证滚珠丝杠副的温度、润滑、运行情况等处于平稳状态。每间隔10h，利用激光干涉仪对其线性误差进行测量，记录数据以备后续处理；

步骤5：对采集的数据进行处理，得到两种随机工况对滚珠丝杠副的磨损影响结果。

同现有技术相比较，本发明有益之处在于：

1)本发明装置采用单片机、伺服电机配合施力油缸体，可令模拟加载的预加载荷按照程序进行时变变化，并且施力油缸体可对工作台进行X、Y、Z三个方向共五个加载点进行预加载荷的模拟加载，实现对实际工况预加载荷的模拟；

2)本发明装置采用单片机配合伺服电机，可令模拟加载的进给转速按照程序进行时变变化，实现对实际工况进给转速的模拟；

3)本发明使用实时监测的方法确保实验过程中预加载荷和进给转速能按照程序正常加载。

附图说明

图1为试验台整体示意图；

图2为滚珠丝杠副进给转速变化图；

图3为滚珠丝杠副预加载荷变化图。

图中，1为进给转速模拟加载系统；2为滚珠丝杠；3为工作台；4为Z向1号油缸；5为Z向2号油缸；6为预加载荷模拟加载系统；7为基台；8为X向1号油缸。

具体实施方式

进给转速模拟加载系统与滚珠丝杠副通过联轴器相连，通过输入不同转速控制滚珠丝杠副运动，带动工作台作直线位移。预加载荷模拟加载系统与X向1号油缸、X向2号油缸、Y向油缸、Z向1号油缸、Z向2号油缸相连，通过5个油缸向工作台施加不同方向上的载荷。

图2中模拟加载转速为正弦函数式，可根据需要换为其他形式的函数；

图3中模拟加载载荷为正弦函数式，可根据需要换为其他形式的函数。

基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法，实现该方法的试验台包括进给转速模拟加载系统1、滚珠丝杠2、工作台3、Z向1号油缸4、Z向2号油缸5、预加载荷模拟加载系统6、基台7和X向1号油缸8；滚珠丝杠2的一端与进给转速模拟加载系统1连接，滚珠丝杠2的另一端与工作台3连接，Z向1号油缸4、Z向2号油缸5并排设置在工作台3上；工作台3的一侧设有X向1号油缸8，预加载荷模拟加载系统6设置在基台7的端部，进给转速模拟加载系统1、滚珠丝杠2、工作台3均安装在基台7上。

本发明具体操作步骤如下：

步骤1：试验台检查。对试验台进行总体检查，确保试验台没有影响使用和精度的外观缺陷，工作面没有锈蚀、碰伤、异物等影响因素，非工作面的防护涂层没有破坏等，确保试验台进行空载跑合以利于后续步骤的进行；

步骤2：空载跑合。对滚珠丝杠副进行涂抹润滑油，以确保在空载跑合过程中传动部件处在最佳润滑状态。启动进给转速模拟加载系统，使试验台在空载状态下运行,同时通过用户操作界面进行进给转速的调节。在充分预热后，进行往复运动，确保试验台各部分正常运转且程序正常运行后停止；

步骤3：初始精度测量。利用激光干涉仪对滚珠丝杠副的初始线性误差进行测量，确保测量用滚珠丝杠副符合精度等级的精度标准，以确保后续实验的数据可靠性；

步骤4：控制变量实验。利用程序控制交流伺服电机的转速在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际进给转速工况。利用程序控制施力油缸体对试验台施加的载荷在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际负载工况。运行时间设定为1000h，期间需保证滚珠丝杠副的温度、润滑、运行情况等处于平稳状态。每间隔10h，利用激光干涉仪对其线性误差进行测量，记录数据以备后续处理；

步骤5：对采集的数据进行处理，得到两种随机工况对滚珠丝杠副的磨损影响结果。

Claims (1)

1.基于预加载荷与进给转速的滚珠丝杠副随机磨损试验方法，实现该方法的试验台包括进给转速模拟加载系统(1)、滚珠丝杠(2)、工作台(3)、Z向1号油缸(4)、Z向2号油缸(5)、预加载荷模拟加载系统(6)、基台(7)和X向1号油缸(8)；滚珠丝杠(2)的一端与进给转速模拟加载系统(1)连接，滚珠丝杠(2)的另一端与工作台(3)连接，Z向1号油缸(4)、Z向2号油缸(5)并排设置在工作台(3)上；工作台(3)的一侧设有X向1号油缸(8)，预加载荷模拟加载系统(6)设置在基台(7)的端部，进给转速模拟加载系统(1)、滚珠丝杠(2)、工作台(3)均安装在基台(7)上；

其特征在于：本方法的具体操作步骤如下，

步骤1：试验台检查；对试验台进行总体检查，确保试验台没有影响使用和精度的外观缺陷，工作面没有锈蚀、碰伤、异物影响因素，非工作面的防护涂层没有破坏，确保试验台进行空载跑合以利于后续步骤的进行；

步骤2：空载跑合；对滚珠丝杠副进行涂抹润滑油，以确保在空载跑合过程中传动部件处在最佳润滑状态；启动进给转速模拟加载系统，使试验台在空载状态下运行，同时通过用户操作界面进行进给转速的调节；在充分预热后，进行往复运动，确保试验台各部分正常运转且程序正常运行后停止；

步骤3：初始精度测量；利用激光干涉仪对滚珠丝杠副的初始线性误差进行测量，确保测量用滚珠丝杠副符合精度等级的精度标准，以确保后续实验的数据可靠性；

步骤4：控制变量实验；利用程序控制交流伺服电机的转速在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际进给转速工况；利用程序控制施力油缸体对试验台施加的载荷在一定区间内变化以模拟滚珠丝杠副的实际负载工况；运行时间设定为1000h，期间需保证滚珠丝杠副的温度、润滑、运行情况处于平稳状态；每间隔10h，利用激光干涉仪对其线性误差进行测量，记录数据以备后续处理；

步骤5：对采集的数据进行处理，得到两种随机工况对滚珠丝杠副的磨损影响结果。