一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及方法與流程

本發明涉及滾珠絲杠測試裝置及方法，具體的說，是涉及機床滾珠絲杠彎曲撓度檢測以及絲杠在空間中的彎曲程度檢測的裝置和方法。

背景技術：

隨著制造業的發展，人們對機床的精度要求越來越高。滾珠絲杠作為機床的傳動部件，其傳動精度直接影響機床工作臺的精度。絲杠在制造、安裝過程中存在誤差，致使絲杠發生彎曲變形，實際軸線與理想軸線不重合。由于滾珠絲杠的特殊性，難以直接用精密的測量儀器去檢測其工作過程中的撓度，因此，開發一種間接檢測絲杠撓度變化的裝置是非常有必要的。

參考文獻：

[1]S.Frey·M.Walther·A.Verl.Periodicvariation of preloading in ball screws.Machine Tool,DOI 10.1007/s11740-010-0207-8,2010.

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置，包括通過緊固螺栓和絲杠螺母相連的第一卡盤和第二卡盤，所述的第一卡盤和第二卡盤均為分離式卡盤，所述第一卡盤上等間距的設置有四個位移傳感器，分別為第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器和第四位移傳感器；第一卡盤和第二卡盤中部相對應的設有用于連接滾珠絲杠的連接孔，所述第一卡盤上設有矩形齒槽，所述第二卡盤上設有與所述矩形齒槽相契合的矩形齒牙。

所述第一卡盤和第二卡盤的直徑為100mm。

所述第一卡盤和第二卡盤分別由兩個半圓盤相互嵌固構成。

檢測裝置的厚度為42mm。

所述位移傳感器的精度為0.1微米。

所述絲杠螺母之間還設有連接螺釘。

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)檢測時，絲杠在運動過程中位移傳感器會檢測到絲杠螺母之間的位置變化，并將信號傳遞至采集器中；

(2)第一卡盤和第二卡盤之間的距離為L，在Z-Y方向上，通過第一位移傳感器和第二位移傳感器測量出第一位移傳感器和第二位移傳感器的距離變化值ΔL1和ΔL2:

式中CD即為所求的絲杠在Z方向的彎曲撓度ω_z；

同樣，根據X-Y方向上第三位移傳感器和第四位移傳感器的距離變化值ΔL3和ΔL4計算出絲杠在X方向的彎曲撓度ω_x；

根據ω_z和ω_x進一步計算出絲杠的總彎曲撓度ω及其與X方向的夾角θ:

式中，r1為絲杠彎曲內圓距絲杠曲率中心的距離，A為絲杠長度局部長度L范圍內絲杠彎曲的圓心角，L1為絲杠公稱直徑。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

由于滾珠絲杠工作方式的特殊性，工作過程中滾珠絲杠的彎曲撓度不方便直接測出，本發明在現有檢測絲杠彎曲撓度裝置的基礎上，將第一卡盤、第二卡盤設計為分離式，便于安裝；并通過位移傳感器的布局，提高了對應變的靈敏度，從而通過計算方法計算出彎曲撓度，檢測裝置的軟件系統通過對位移傳感器的測量數據處理，可實時評價出滾珠絲杠的彎曲撓度值，具有精度高，計算簡單的優點，并且結果具有較高的可靠性。

附圖說明

圖1a是本發明裝置的三維結構示意圖，圖1b是本發明裝置使用狀態示意圖。

圖2a、2b和2c分別是具體實施例中第一卡盤的三維、二維及其側視結構示意圖。

圖3a、3b和3c分別是具體實施例中第二卡盤的三維、二維及其側視結構示意圖。

圖4是位移傳感器的布置位置示意圖。

圖5a和圖5b均是絲杠彎曲撓度計算示意圖。

圖6滾珠絲杠彎曲撓度檢測流程圖。

圖7針對本發明實施例檢測裝置配套的軟件系統界面圖。

附圖標記：1-第一卡盤，2-第二卡盤，3-位移傳感器，4-矩形齒槽，5-矩形齒牙

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的描述：

如圖1a和1b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通過緊固螺栓與絲杠螺母副相連，第一卡盤1和第二卡盤2中部相對應的設有用于穿設滾珠絲杠的連接孔，第一卡盤1上設有矩形齒槽4，第二卡盤2上設有與矩形齒槽4相契合的矩形齒牙5，連接孔的周圍等間距的環繞設置有四個位移傳感器3，本實施例中檢測裝置外形尺寸為φ100mm×42mm，矩形齒槽4和矩形齒牙5想接合形成矩形爪盤，防止應力測試柱在絲杠進給過程中產生扭轉變形。具體實施過程中絲杠螺母之間還設有連接螺釘，連接螺釘起到力的傳遞作用，其中矩形齒槽4和矩形齒牙5承受大部分的扭矩，

圖2a是本實施例中第一卡盤的三維結構示意圖，圖2b和2c分別是其二維結構示意圖和剖視結構示意圖。

圖3a是本實施例中第二卡盤的三維結構示意圖，圖3b和3c分別是其二維結構示意圖和剖視結構示意圖。

如圖4所示，本實施例中第一卡盤1上均勻布置四個位移傳感器3，分別為第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器和第四位移傳感器。絲杠在運動過程中四個位移傳感器會感受到兩絲杠螺母之間的位置變化，將信號傳遞到采集其中，采集器讀出傳感器示數。本實施例中位移傳感器3選用杰諾LM12-3004NA LM12-3004PA，其檢測精度為0.1微米。當絲杠發生彎曲變形時四個位移傳感器的示數會發生變化，根據傳感器的示

如圖5a和圖5b所示，已知兩卡盤之間的距離為L。在Z-Y截面內，通過第一位移傳感器和第二位移傳感器可以測量出位移傳感器的距離變化值ΔL1和ΔL2。

式中CD即為所求的絲杠在z方向的彎曲撓度ω_z。

同樣，根據X-Y方向上第三位移傳感器和第四位移傳感器的距離變化值ΔL3和ΔL4計算出X方向的彎曲撓度ω_x；

根據計算出的ω_z和ω_x可以進一步計算出絲杠的總彎曲撓度ω及其與X向的夾角θ。

根據圖6滾珠絲杠彎曲撓度測試流程所示，需要開發一套完整的滾珠絲杠彎曲撓度檢測裝置軟件系統必須能實現數據讀入功能、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出了一款符合上述要求的滾珠絲杠彎曲撓度測試系統軟件，用戶界面如圖7所示。

本發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明的技術方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。