機床滾動功能部件精度保持性測量方法
【專利摘要】機床滾動功能部件精度保持性測量方法：將被測滾動功能部件安裝在機床滾動功能部件精度保持性測量裝置中，模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況并測試在此受力情況下機床滾動功能部件的精度保持性指標(biāo)；機床實際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合：沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩、機床刀具切削時產(chǎn)生的振動；所述模擬裝置通過單一施力機構(gòu)或者一個以上的施力機構(gòu)的組合模擬機床的實際受力狀況并保證機床受力的綜合效果。本發(fā)明節(jié)省了物資支持，降低了噪聲、廢水污染；且可以避免干擾或者控制干擾實現(xiàn)理想實驗環(huán)境；測量效率和實際效果明顯提高。
【專利說明】機床滾動功能部件精度保持性測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以機床的絲杠和導(dǎo)軌為主的滾動功能部件精度保持性測量方法及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種機床滾動功能部件精度保持性測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，機床絲杠和導(dǎo)軌等滾動功能部件精度保持性測量通常是在實際機床上在加工實踐中進行測量的，這存在很多亟待解決的技術(shù)問題。比較突出的簡介如下:1)機床的實際加工過程必然要求有物料、刀具、切削液以及大量電能的損失；2)機床實際加工過程中必然會有噪聲、廢水等污染；3)機床實際加工過程中的滾動功能部件受力通常都是有干擾和變化的，不易形成較為恒定干擾很少甚至無干擾的理想實驗環(huán)境；4)測量效率和實際效果比較有限。因此，人們期望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的機床滾動功能部件精度保持性測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種技術(shù)效果優(yōu)良的機床滾動功能部件(重點是絲杠和導(dǎo)軌)精度保持性測量方法。本發(fā)明能夠?qū)Ｓ糜谀M機床絲杠和導(dǎo)軌等滾動功能部件受力狀況且避免實際機床工作狀態(tài)下的各種不利于測量的干擾因素影響，是一種實現(xiàn)高效、低成本、數(shù)據(jù)真實可信的精度保持性測量方案。
[0004]采用的技術(shù)方案:
機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:將被測的滾動功能部件(重點是絲杠和導(dǎo)軌)安裝在機床滾動功能部件精度保持性測量裝置中，通過模擬裝置模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況并實現(xiàn)機床按照預(yù)設(shè)要求恒定受力或者按照程序要求受力；并測試在此受力情況下機床滾動功能部件的精度保持性指標(biāo)；
所述機床實際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合:沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩；
所述模擬裝置通過單一施力機構(gòu)或者一個以上的施力機構(gòu)的組合模擬機床的實際受力狀況并保證機床受力的綜合效果。
[0005]以上內(nèi)容對應(yīng)有參見圖1-5的施力情況相關(guān)原理圖。
[0006]機床滾動功能部件精度保持性測量方法的技術(shù)效果關(guān)鍵在于可以是機床受力達到理想狀態(tài)，實現(xiàn)受力過程中無干擾、受力狀態(tài)恒定；指標(biāo)可測性好等效果。另外:相對于直接在實際機床上進行絲杠、導(dǎo)軌精度保持性測量而言，本發(fā)明所述技術(shù)方案可以大大減少刀具、工件材料、切削液等的損耗(基本不再有此方面的損耗)，還可以方便地安裝和使用各種檢測裝置對相關(guān)被測量進行測量。其具有測量精度高、測量效率高、能借助于硬件結(jié)構(gòu)和控制裝置共同模擬各種機床加工的工況，并實現(xiàn)對應(yīng)不同工況或者多種工況組合的指標(biāo)測量。
[0007]所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:所述被測滾動功能部件中，絲杠、導(dǎo)軌均為水平或者豎直或者傾斜(符合一般機床的常見布局要求)布置，通過施加力模擬機床受力的控制單兀施力方案是下述幾種方案之一或其組合:方案一:第一坐標(biāo)軸方向即垂直于被測絲杠所驅(qū)動的工作臺所在平面方向受力:使用2-4個施力部件聯(lián)合作用模擬機床的垂直于被測絲杠所驅(qū)動的工作臺的方向(例如Z向)受力或/和沿該方向(例如Z向)施加繞與該方向兩兩垂直的另兩個坐標(biāo)方向(例如X軸或者Y軸方向)作用的傾覆力矩；方案二:第二坐標(biāo)軸方向受力:在安裝有被測的滾動功能部件(絲杠、導(dǎo)軌)的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向為相對方向；方案三:第三坐標(biāo)軸方向即被測滾動功能部件(重點是絲杠)軸線方向受力:使用伺服電機恒扭矩驅(qū)動或者變扭矩驅(qū)動模擬絲杠受力； 所述機床滾動功能部件精度保持性測量中所使用的驅(qū)動部件具體是以下幾種之一或其組合:伺服電機、氣動裝置、液壓施力裝置、恒轉(zhuǎn)矩電機、借助于電磁力工作的裝置、借助于摩擦力模擬刀具切削受力工作的裝置；模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置中，施力部件7具體的施力方式是:使用原動機通過聯(lián)軸器連接絲杠，并進而帶動由絲杠驅(qū)動的固定在螺母上的單軸滑臺沿絲杠軸向滑動，通過控制伺服電機的轉(zhuǎn)角對應(yīng)換算得到精確的對外施力大小以便精確控制施力大??；
模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置為立式銑床加工受力模擬裝置，其使用下述7套或者9套施力機構(gòu)的組合，具體要求是:其一:第一坐標(biāo)軸方向:使用2個或者4個施力部件單一作用或者聯(lián)合作用于機床工作臺以模擬機床的第一坐標(biāo)軸方向(例如Z向)受力；其二:第二坐標(biāo)軸方向:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向(例如Y向)施加成組的2組作用力共4組施力部件共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向(例如Y向)受力或者繞第一坐標(biāo)軸(例如Z軸)在第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸所組成的平面(例如XOY平面)內(nèi)作用的扭矩；每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向為相對方向；其三:第三坐標(biāo)軸方向:使用伺服電機恒扭矩驅(qū)動或者變扭矩驅(qū)動模擬絲杠受力。
[0008]所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法在雙水平導(dǎo)軌三坐標(biāo)銑床中應(yīng)用的具體要求是:首先以銑削平臺下方布置的共面的4個滾動直線導(dǎo)軌滑塊的中心點為原點建立直角坐標(biāo)系，水平面為XOY平面；
然后在被測絲杠所驅(qū)動的工作臺所在平面方向使用2個施力部件分別施加作用力F5、F6聯(lián)合作用于銑削平臺以模擬機床的Z向受力或/和沿Z向施加繞X軸或者Y軸作用的傾覆力矩；同時，在第二坐標(biāo)軸方向進行受力模擬:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中FpF3以及F2、F4這兩組作用力中每一個作用力都由一個施力部件施加且同一組的二個作用力的施力方向為相對方向；如此，將銑刀銑削時在P (x，y)點產(chǎn)生的三個兩兩相互垂直的作用力即Fe、Ff、FfN由上述的？”^^^、^、^六個作用力的組合進行等效模擬，參見附圖1 ;
如圖1所示建立直角坐標(biāo)系XYZ (X軸、Y軸、Z軸)，P (x，y)點是銑刀銑削時產(chǎn)生三個方向的力分別是F。、Ff、FfN，因刀具半徑所產(chǎn)生扭矩M及X、Y、Z方向的進給力Fxa、Fya, Fz進，我們可以認為，工作臺在加工過程中，X方向受力為Fx=Fc^Fx a，Y方向受力為Fy=Ff+Fy進，Z方向受力為Fz=Fffi+Fza，通過上述受力分析，我們只要可以在工作臺上移動的施加上X、Y、Z三個方向所需大小的力及扭矩M，就可以精確模擬真實切削時工作臺的受力等效力施加如圖！所示為？^^、^、^、^、^;
首先在X-Y平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，X、Y方向的力為Fx、Fy作用效果應(yīng)該與Fp F2、F3、F4所作用效果相同，其中F1包括兩部分力，一部分是等效扭矩M所需的力F11,另一部分是等效Ff、Fe對平臺中心所產(chǎn)生扭矩的力F12 ;參見圖2，對應(yīng)有下述數(shù)學(xué)模型:
把F1分為兩部分力，即F1 = F11 + Fs2
【權(quán)利要求】
1.機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:將被測的滾動功能部件安裝在機床滾動功能部件精度保持性測量裝置中，通過模擬裝置模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況并實現(xiàn)機床按照預(yù)設(shè)要求恒定受力或者按照程序要求受力；并測試在此受力情況下機床滾動功能部件的精度保持性指標(biāo)； 所述機床實際工作狀態(tài)下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合:沿某一坐標(biāo)軸方向的受力、繞某一坐標(biāo)軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩； 所述模擬裝置通過單一施力機構(gòu)或者一個以上的施力機構(gòu)的組合模擬機床的實際受力狀況并保證機床受力的綜合效果。
2.按照權(quán)利要求1所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于: 所述被測滾動功能部件中，絲杠、導(dǎo)軌均為水平或者豎直或者傾斜布置，通過施加力模擬機床受力的控制單兀施力方案是下述幾種方案之一或其組合:方案一:第一坐標(biāo)軸方向即垂直于被測絲杠所驅(qū)動的工作臺所在平面方向受力:使用2-4個施力部件聯(lián)合作用模擬機床的垂直于被測絲杠所驅(qū)動的工作臺的方向受力或/和沿該方向施加繞與該方向兩兩垂直的另兩個坐標(biāo)方向作用的傾覆力矩；方案二:第二坐標(biāo)軸方向受力:在安裝有被測的滾動功能部件的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向為相對方向；方案三:第三坐標(biāo)軸方向即被測滾動功能部件軸線方向受力:使用伺服電機恒扭矩驅(qū)動或者變扭矩驅(qū)動模擬絲杠受力； 所述機床滾動功能部件精度保持性測量中所使用的驅(qū)動部件具體是以下幾種之一或其組合:伺服電機、氣動裝置、液壓施力裝置、恒轉(zhuǎn)矩電機、借助于電磁力工作的裝置、借助于摩擦力模擬刀具切削受力工作的裝置；模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置中，施力部件(7)具體的施力方式是:使用原動機通過聯(lián)軸器連接絲杠，并進而帶動由絲杠驅(qū)動的固定在螺母上的`單軸滑臺沿絲杠軸向滑動，通過控制伺服電機的轉(zhuǎn)角對應(yīng)換算得到精確的對外施力大小以便精確控制施力大??； 模擬機床實際工作狀態(tài)下的受力情況的模擬裝置為立式銑床加工受力模擬裝置，其使用下述7套或者9套施力機構(gòu)的組合，具體要求是:其一:第一坐標(biāo)軸方向:使用2個或者4個施力部件單一作用或者聯(lián)合作用于機床工作臺以模擬機床的第一坐標(biāo)軸方向受力；其二:第二坐標(biāo)軸方向:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力共4組施力部件共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸在第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸所組成的平面內(nèi)作用的扭矩；每一組作用力由兩組施力部件構(gòu)成且二者的施力方向為相對方向；其三:第三坐標(biāo)軸方向:使用伺服電機恒扭矩驅(qū)動或者變扭矩驅(qū)動模擬絲杠受力。
3.按照權(quán)利要求2所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于:所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法在雙水平導(dǎo)軌三坐標(biāo)銑床中應(yīng)用的具體要求是:首先以銑削平臺下方布置的共面的4個滾動直線導(dǎo)軌滑塊的中心點為原點建立直角坐標(biāo)系，水平面為XOY平面； 然后在被測絲杠所驅(qū)動的工作臺所在平面方向使用2個施力部件分別施加作用力F5、F6聯(lián)合作用于銑削平臺以模擬機床的Z向受力或/和沿Z向施加繞X軸或者Y軸作用的傾覆力矩；同時，在第二坐標(biāo)軸方向進行受力模擬:在安裝有絲杠、導(dǎo)軌的工作臺上的第二坐標(biāo)軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標(biāo)軸方向受力或者繞第一坐標(biāo)軸作用的扭矩；其中FpF3以及F2、F4這兩組作用力中每一個作用力都由一個施力部件施加且同一組的二個作用力的施力方向為相對方向；如此，將銑刀銑削時在P (x，y)點產(chǎn)生的三個兩兩相互垂直的作用力即Fe、Ff、FfN由上述的？”^^^、^、^六個作用力的組合進行等效模擬，； 建立直角坐標(biāo)系XYZ，P U，y)點是銑刀銑削時產(chǎn)生三個方向的力分別是Fe、Ff、FfN，因刀具半徑所產(chǎn)生扭矩M及X、Y、Z方向的進給力Fxa、Fy a、Fz a，我們可以認為，工作臺在加工過程中，X方向受力為Fx=Fc^Fxa, Y方向受力為Fy=Ff+Fya，Z方向受力為Fz=Fffi+Fza，通過上述受力分析，我們只要可以在工作臺上移動的施加上X、Y、Z三個方向所需大小的力及扭矩M,就可以精確模擬真實切削時工作臺的受力等效力施加為Fp F2、F3、F4、F5、F6 ； 首先在X-Y平面內(nèi)建立坐標(biāo)系，X、Y方向的力為Fx、Fy作用效果應(yīng)該與Fp F2、F3、F4所作用效果相同，其中F1包括兩部分力，一部分是等效扭矩M所需的力F11,另一部分是等效Ff、Fe對平臺中心所產(chǎn)生扭矩的力F12 ;對應(yīng)有下述數(shù)學(xué)模型: 把F1分為兩部分力,即Fi = F11 + Fs2
【文檔編號】G01M13/02GK103878640SQ201410081774
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】舒啟林, 鑫龍, 王軍, 張玉璞 申請人:沈陽理工大學(xué)