本發(fā)明涉及滾珠絲杠測試裝置及方法，具體的說，是涉及一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在進入21世紀，現(xiàn)代機床日益向著自動化、高速化、精密化、柔性化、智能化的發(fā)展(張伯霖.加工中心的高速化及其應(yīng)用[J].世界制造技術(shù)與裝備市場,2002,01:35-39+8.)。精密化作為機床的重要發(fā)展方向之一，不僅影響機床本身的性能也影響著加工件的質(zhì)量。滾珠絲杠作為數(shù)控機床的主要傳動件之一，其傳動精度直接影響著機床的精度。如圖1所示，絲杠在制造、安裝和工作過程中存在誤差，致使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生彎曲撓度，實際軸線與理想軸線不重合，橫截面形心沿與軸線垂直方向產(chǎn)生線位移。由于滾珠絲杠工作方式的的特殊性，難以直接用精密的測量儀器檢測其工作過程中的撓度，且目前測量滾珠絲杠彎曲撓度的裝置較少。所以，開發(fā)一種間接檢測絲杠撓度變化的裝置是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及其檢測方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置，包括通過螺栓和絲杠螺母相連的第一卡盤和第二卡盤，第一卡盤和第二卡盤中部相對應(yīng)的設(shè)有用于穿設(shè)滾珠絲杠的連接孔，所述第一卡盤上設(shè)有矩形卡槽，所述第二卡盤上設(shè)有與所述矩形卡槽相契合的矩形卡齒，所述連接孔的周圍等間距的環(huán)繞設(shè)置有四個測試孔，所述測試孔內(nèi)固定有用于檢測滾珠絲杠彎曲撓度的應(yīng)力測試柱。

所述應(yīng)力測試柱上設(shè)有四個用于黏貼應(yīng)變片的矩形平面，矩形平面邊緣設(shè)置有用于固定應(yīng)變片連接線的凸出槽。

所述矩形平面的尺寸為18mm×10mm。

所述第一卡盤和第二卡盤的直徑為100mm。

檢測裝置的厚度為42mm。

所述一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：

(1)四個應(yīng)力測試柱分別為第一應(yīng)力測試柱、第二應(yīng)力測試柱、第三應(yīng)力測試柱和第四應(yīng)力測試柱，其中第一應(yīng)力測試柱和第三應(yīng)力測試柱布置在Y方向上，第二應(yīng)力測試柱和第四應(yīng)力測試柱布置在X方向上，應(yīng)力測試柱上、下表面的應(yīng)變片的應(yīng)變反映滾珠絲杠在Y方向上的彎曲撓度，應(yīng)力測試柱的左、右表面應(yīng)變片的應(yīng)變反映滾珠絲杠在X方向上的彎曲撓度；

(2)四個應(yīng)力測試柱上的應(yīng)變片布置為全橋形式，當四個應(yīng)力測試柱全接應(yīng)變片時稱為全橋；此時電橋的輸出電壓是單橋輸出電壓的4倍，靈敏度也是單橋的4倍；

(3)Y向的絲杠彎曲撓度通過第一應(yīng)力測試柱和第三應(yīng)力測試柱的上下表面應(yīng)變值計算，X向的絲杠彎曲撓度通過第二應(yīng)力測試柱和第四應(yīng)力測試柱的左右表面應(yīng)變值計算。

步驟(2)應(yīng)力測試柱中采用電路補償法來補償環(huán)境溫度對應(yīng)變片阻值變化帶來的影響，并在全橋形式下的應(yīng)變片上貼有溫度補償片，用于消除由于溫度變化帶來的應(yīng)變。

步驟(3)中假設(shè)絲杠向上發(fā)生彎曲，應(yīng)力測試柱長度為L，應(yīng)力測試柱之間的距離為L1，絲杠上方應(yīng)力測試柱的應(yīng)變?yōu)棣?sub>1，絲杠下方應(yīng)力測試柱的應(yīng)變?yōu)棣?sub>2，溫度補償片的應(yīng)變?yōu)棣う?，則絲杠的彎曲撓度計算過程如下：

ΔL1＝L(ε₁-Δε) (3-1)

ΔL2＝L(ε₂-Δε) (3-2)

式中CD即為所求的滾珠絲杠彎曲撓度。

在測得X方向和Y方向的應(yīng)變之后，可利用勾股定理計算出絲杠發(fā)生的綜合應(yīng)變及方向，設(shè)絲杠在X方向發(fā)生的變形為Δx在Y方向發(fā)生的變形為Δy，則絲杠的綜合變形為：

與X方向夾角為：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

本發(fā)明中的檢測裝置利用裝卡在卡盤上的四個應(yīng)力測試柱的變形間接計算出滾珠絲杠的變形，應(yīng)力測試柱的變形通過柱體上粘貼的全橋應(yīng)變片來測量出來，檢測裝置的軟件系統(tǒng)通過對應(yīng)變片的變形數(shù)據(jù)處理，可實時評價出滾珠絲杠的彎曲撓度值。該發(fā)明不僅能夠?qū)崟r反應(yīng)滾珠絲杠的彎曲撓度，還能節(jié)約大量的成本，且測量結(jié)果具有高度的真實性。

附圖說明

圖1是滾珠絲杠彎曲的二維示意圖。

圖2是本發(fā)明裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a和圖3b分別是本發(fā)明裝置具體實施例的二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a、4b和4c分別是具體實施例中第一卡盤的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5a、5b和5c分別是具體實施例中第二卡盤的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6a、6b和6c分別是具體實施例中應(yīng)力測試柱的三維、二維及其剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是應(yīng)力測試柱的安裝位置示意圖。

圖8是應(yīng)力片的全橋貼片示意圖。

圖9a和圖9b均是絲杠彎曲撓度計算示意圖。

圖10滾珠絲杠彎曲撓度檢測流程圖。

圖11滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)界面圖。

附圖標記：1-第一卡盤，2-第二卡盤，3-緊固螺栓，4-應(yīng)力測試柱，5-連接孔，6-矩形卡槽，7-測試孔，8-緊固螺栓，9-矩形卡齒

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述：

如圖2所示，一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置，包括第一卡盤1和第二卡盤2，第一卡盤1和第二卡盤2通過緊固螺栓3與絲杠螺母副相連，第一卡盤1和第二卡盤2中部相對應(yīng)的設(shè)有用于穿設(shè)滾珠絲杠的連接孔5，第一卡盤1上設(shè)有矩形卡槽6，第二卡盤上設(shè)有與矩形卡槽6相契合的矩形卡齒9，連接孔5的周圍等間距的環(huán)繞設(shè)置有四個測試孔7，測試孔7內(nèi)固定有用于檢測滾珠絲杠彎曲撓度的應(yīng)力測試柱4。應(yīng)力測試柱上設(shè)有四個用于黏貼應(yīng)變片的矩形平面，四個矩形平面中兩個平面平行于XZ平面，同時另外兩個平面平行于YZ平面。

如圖3a和圖3b所示，本實施例中滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置外形尺寸為φ100mm×42mm，將應(yīng)力測試柱4固定在測試孔7上，矩形卡槽6和矩形卡齒9想接合形成矩形爪盤，防止應(yīng)力測試柱在絲杠進給過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。應(yīng)力測試柱4中間銑出四個18mm×10mm的矩形平面用于粘貼應(yīng)變片，矩形平面邊緣設(shè)置四個固定應(yīng)變片連接線的凸出槽，以至于在絲杠運動過程中應(yīng)變片的連接線不受到影響。

圖4a是本實施例中第一卡盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖4b和4c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

圖5a是本實施例中第二卡盤的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖5b和5c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

圖6a是本實施例中應(yīng)力測試柱的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖6b和6c分別是其二維結(jié)構(gòu)示意圖和剖視結(jié)構(gòu)示意圖，并附有具體尺寸。

如圖7所示，滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置在卡盤位置處布置四個應(yīng)力測試柱，其中第一、第三應(yīng)力測試柱布置在Y向上，第二、第四應(yīng)力測試柱布置在X向。應(yīng)力測試柱的上、下表面的應(yīng)變片的應(yīng)變主要反映滾珠絲杠在Y方向上的彎曲撓度，測試柱的左、右表面的應(yīng)變片的應(yīng)變主要反映滾珠絲杠在X方向上的彎曲撓度。

本發(fā)明檢測裝置四個應(yīng)力測試柱應(yīng)變片的粘貼方式布置為全橋形式，其布局如圖8所示。當四個橋臂全接應(yīng)變片時稱為全橋，其中R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，都是工作臂ΔR₁＝ΔR₃＝ΔR,ΔR₂＝ΔR₄＝-ΔR,ΔU＝4[0.25U₀(ΔR/R)]

此時電橋的輸出電壓是單橋輸出電壓的4倍，靈敏度也是單橋的4倍。采用全橋的應(yīng)變片粘貼方式可以測量應(yīng)力測試柱的微小變形，使測量結(jié)果更精確。該裝置中所選用的應(yīng)變片型號為BX120-3AA，其性能參數(shù)如表1所示：

表1 BX120-3AA應(yīng)變片性能參數(shù)

該裝置的應(yīng)變采集系統(tǒng)選用通過東華DH3817F-NET動靜態(tài)應(yīng)變測試儀。測試儀分辨率為0.1個應(yīng)變。測試儀使用時可根據(jù)需求選擇采樣速率為1、2、5、10(次/秒)，且零漂為3με/2h。

Y向的絲杠彎曲撓度通過第一、第三應(yīng)力測試柱的上下表面應(yīng)變值來計算，X向的絲杠彎曲撓度通過第二、第四測試柱的左右表面應(yīng)變值來計算。假設(shè)絲杠向上發(fā)生彎曲，其計算方式為：如圖9a和圖9b所示，已知：絲杠應(yīng)力測試柱長度為L，兩應(yīng)力測試柱之間的距離為L1，絲杠上方應(yīng)力測試柱的應(yīng)變?yōu)棣?sub>1，絲杠下方應(yīng)力測試柱的應(yīng)變?yōu)棣?sub>2，溫度補償片的應(yīng)變?yōu)棣う?，則絲杠的彎曲撓度計算過程如下：

ΔL1＝Lε₁ (3-1)

ΔL2＝Lε₂ (3-2)

式中CD即為所求的絲杠彎曲撓度。Y向向下彎曲變形以及X向的彎曲變形計算方式和上述計算方式相同。

在測得X方向和Y方向的應(yīng)變之后，可利用勾股定理計算出絲杠發(fā)生的綜合應(yīng)變及方向。設(shè)絲杠在X方向發(fā)生的變形為Δx在Y方向發(fā)生的變形為Δy，則絲杠的綜合變形為：

與X方向夾角為：

滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)開發(fā)：

根據(jù)圖10滾珠絲杠彎曲撓度測試流程所示，需要開發(fā)一套完整的滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統(tǒng)必須能實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀入功能、方向選擇功能、測試點篩選功能、彎曲變形量計算功能、彎曲圖形繪制功能、彎曲量最大、最小值及彎曲度顯示功能并且擁有良好的用戶操作界面。

所以具體實施過程中開發(fā)出了一款符合上述要求的滾珠絲杠彎曲撓度測試系統(tǒng)軟件，用戶界面如圖11所示。

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。