專利名稱：一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
滾珠絲桿副由滾動(dòng)摩擦來(lái)代替滑動(dòng)摩擦，因而具有傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、回程誤差小等特點(diǎn)，在航空、汽車、機(jī)床等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，人們對(duì)滾珠絲桿的需求越來(lái)越大，對(duì)絲桿的定位精確度要求也越來(lái)越高。滾珠絲桿的螺旋線對(duì)絲桿的定位起著主要作用，其精度決定了滾珠絲桿的質(zhì)量，這就要求絲桿螺旋線有較高的精度。滾珠絲桿副工作時(shí)與滾道接觸的滾珠分為左右兩部分，傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量方法在測(cè)量時(shí)，如果分別以左右牙面的原始數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，由于絲桿副傳動(dòng)過(guò)程中左右面同時(shí)起定位作用，這樣計(jì)算的方法就缺乏合理性，必然存在原理上的誤差。另一方面，絲桿測(cè)量?jī)x器獨(dú)立于機(jī)床，測(cè)量時(shí)需將絲桿從機(jī)床上卸下，而且由于安裝誤差等原因?qū)е陆z桿的測(cè)量基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)不一致，因此不利于及時(shí)在加工過(guò)程中對(duì)螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償。而采用在線動(dòng)態(tài)測(cè)量，可以真實(shí)反映螺距誤差，且能夠?qū)崿F(xiàn)加工、測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一，有利于及時(shí)在磨削過(guò)程中修正螺距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)加工、測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一，有利于在磨削過(guò)程中修正螺距。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:滾珠絲桿螺紋磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置及方法，需要在數(shù)控磨床上安裝測(cè)量平臺(tái)、測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌、高精度直線光柵位移傳感器和圓光柵角位移傳感器、測(cè)量工作架、測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)絲桿副、測(cè)量工作架橫向運(yùn)動(dòng)鎖緊螺母以及測(cè)頭。測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌與絲桿軸線平行，測(cè)頭的中心與頂尖中心等高，測(cè)頭的直徑與滾珠絲桿的滾珠直徑相同，并可根據(jù)滾珠絲桿的不同規(guī)格更換相應(yīng)的測(cè)頭。測(cè)量時(shí)，通過(guò)手輪搖出測(cè)頭并使之始終與絲桿螺紋滾道充分接觸，由磨床頭架驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)測(cè)頭帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)沿縱向直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿螺距的在線測(cè)量。該裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需對(duì)滾珠絲桿磨床稍作修改便可以實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿螺紋 磨削螺距誤差的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量。本發(fā)明利用滾珠絲桿螺紋磨床頭架主軸帶動(dòng)圓光柵角位移傳感器和絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲桿驅(qū)動(dòng)測(cè)頭帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)沿縱向直線導(dǎo)軌移動(dòng)。即當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓光柵同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使圓光柵尺相對(duì)于圓光柵讀數(shù)頭作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)絲桿驅(qū)動(dòng)球形測(cè)頭并帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)沿縱向直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，使光柵讀數(shù)頭相對(duì)直線光柵尺作直線運(yùn)動(dòng)，從而分別產(chǎn)生磨床頭架主軸(即絲桿)的角位移和測(cè)量平臺(tái)的直線位移數(shù)據(jù)。測(cè)量起始與終止時(shí)，計(jì)算機(jī)記錄磨床頭架主軸圓光柵轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)
4和a,以及測(cè)量平臺(tái)縱向直線光柵位移數(shù)據(jù)#和^ ,由螺距誤差計(jì)算公式求得絲桿在該段距離內(nèi)的螺距誤差值。根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量方法，采用下述測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其操作步驟
為:
1)將測(cè)量平臺(tái)沿縱向直線導(dǎo)軌手動(dòng)推出，達(dá)到絲桿測(cè)量起始位置；
2)利用橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪將測(cè)量工作架沿橫向直線導(dǎo)軌搖出，直至測(cè)頭與絲桿滾道充分接觸，擰緊橫向鎖緊螺母固定測(cè)量工作臺(tái)在橫向直線導(dǎo)軌上的位置，使測(cè)頭在測(cè)量過(guò)程中始終與絲桿滾道保持接觸；
3)計(jì)算機(jī)記錄測(cè)量起始位置數(shù)據(jù):測(cè)量平臺(tái)縱向直線光柵位移數(shù)據(jù)Zi,以及磨床頭
架主軸圓光柵的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)at0 ；
4)驅(qū)動(dòng)磨床頭架主軸，帶動(dòng)加工完畢的絲桿旋轉(zhuǎn)，由絲桿驅(qū)動(dòng)測(cè)頭帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)沿縱向直線導(dǎo)軌移動(dòng)，直到測(cè)頭到達(dá)絲桿測(cè)量終止位置；
5)計(jì)算機(jī)記錄測(cè)量終止位置數(shù)據(jù):測(cè)量平臺(tái)縱向直線光柵位移數(shù)據(jù)Z”，以及磨床頭架
主軸圓光柵轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)；
6)計(jì)算機(jī)根據(jù)公式求得該段區(qū)間內(nèi)絲桿的螺距誤差A(yù)，并輸出結(jié)果:
A=實(shí)際軸向位移-理論軸向位移
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置，包括:磨床、測(cè)量平臺(tái)(11)、測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)、高精度直線光柵位移傳感器(6)、圓光柵角位移傳感器(2)、測(cè)量工作架(5)、測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪(10)、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)絲桿副(9)、測(cè)量工作架橫向運(yùn)動(dòng)鎖緊螺母(7)以及測(cè)頭(4)，其特征在于: 所述圓光柵角位移傳感器(2)安裝在磨床頭架主軸上；所述測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)與高精度直線光柵位移傳感器(6)相互平行固定安裝在磨床床身上；所述測(cè)量平臺(tái)(11)安裝在測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)滑配的滑塊上，并同時(shí)與高精度直線光柵位移傳感器(6)的讀數(shù)頭緊固連接；測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)安裝在測(cè)量平臺(tái)(11)上，測(cè)量工作架(5)則安裝在測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)滑配的滑塊上，并與測(cè)量工作架橫向移動(dòng)絲桿副(9)的螺母緊固連接；所述測(cè)頭(4)則安裝在測(cè)量工作架(5)前端； 在機(jī)床進(jìn)行絲桿磨削加工時(shí)，測(cè)量工作架(5)沿測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)縮回，對(duì)正常的磨削加工過(guò)程不產(chǎn)生影響；當(dāng)進(jìn)行絲桿螺距誤差測(cè)量時(shí)，測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)移出，到達(dá)測(cè)量起始位置時(shí)，利用測(cè)量工作架橫向移動(dòng)驅(qū)手輪(10)將測(cè)量工作架(5)沿測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)搖出，直到測(cè)頭(4)與絲桿滾道充分接觸，再用橫向運(yùn)動(dòng)鎖緊螺母固定測(cè)量工作架(5)在測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)上的位置，使測(cè)頭(4)在測(cè)量過(guò)程中始終與絲桿滾道保持接觸； 在進(jìn)行絲桿螺距誤差測(cè)量時(shí)，利用滾珠絲桿螺紋磨床頭架主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)圓光柵角位移傳感器(2)和絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲桿驅(qū)動(dòng)測(cè)頭(4)帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(2)移動(dòng)；即當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓光柵角位移傳感器(2)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使圓光柵尺相對(duì)于圓光柵讀數(shù)頭作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)絲桿驅(qū)動(dòng)球形測(cè)頭(4)并帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)運(yùn)動(dòng)，使直線光柵讀數(shù)頭相對(duì)直線光柵尺作直線運(yùn)動(dòng)，從而分別產(chǎn)生磨床頭架主軸，即絲桿的 角位移和測(cè)量平臺(tái)(11)的直線位移數(shù)據(jù)。
2.一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其特征在于:操作步驟如下: 1)將測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)手動(dòng)推出，達(dá)到絲桿測(cè)量起始位置； 2)利用測(cè)量工作架橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪(10)將測(cè)量工作架(5)沿測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)搖出，直至測(cè)頭(4)與絲桿滾道充分接觸，擰緊橫向鎖緊螺母固定測(cè)量工作臺(tái)(11)在測(cè)量工作臺(tái)橫向直線導(dǎo)軌(12)上的位置，使測(cè)頭(4)在測(cè)量過(guò)程中始終與絲桿滾道保持接觸； 3)計(jì)算機(jī)記錄測(cè)量起始位置數(shù)據(jù):測(cè)量平臺(tái)縱向直線光柵位移數(shù)據(jù)Zi,以及磨床頭架主軸圓光柵的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)04 ; 4)驅(qū)動(dòng)磨床頭架主軸，帶動(dòng)加工完畢的絲桿旋轉(zhuǎn)，由絲桿驅(qū)動(dòng)測(cè)頭(4)帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)移動(dòng)，直到測(cè)頭(4)到達(dá)絲桿測(cè)量終止位置； 5)計(jì)算機(jī)記錄測(cè)量終止位置數(shù)據(jù):測(cè)量平臺(tái)縱向直線光柵位移數(shù)據(jù)r,以及磨床頭架主軸圓光柵轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)Cf ； 6)計(jì)算機(jī)根據(jù)公式求得該段區(qū)間內(nèi)絲桿的螺距誤差△，并輸出結(jié)果:螺距誤差△=實(shí)際軸向位移-理論軸向位移=(z, — Z￡)_其中，T為絲桿導(dǎo)程； 7)放松橫向鎖緊螺母，利用橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪(10)將測(cè)量工作架(5)沿測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌(8)搖回，直到測(cè)頭(4)到達(dá)不干擾磨削的非測(cè)量位置，再擰緊橫向鎖緊螺母固定測(cè)量工作臺(tái)(10)在測(cè)量平臺(tái)橫向直線導(dǎo)軌(12)上的位置； 8)將測(cè)量平臺(tái)(11)沿測(cè) 量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌(12)手動(dòng)推回至磨床尾架端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滾珠絲桿磨削的動(dòng)態(tài)在線測(cè)量裝置及方法。該裝置包括磨床、測(cè)量平臺(tái)、測(cè)量平臺(tái)縱向直線導(dǎo)軌、高精度直線光柵位移傳感器和圓光柵角位移傳感器、測(cè)量工作架、測(cè)量工作架橫向直線導(dǎo)軌、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)手輪、測(cè)量工作架橫向移動(dòng)絲桿副、測(cè)量工作架橫向運(yùn)動(dòng)鎖緊螺母以及測(cè)頭。該方法利用絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)由測(cè)頭帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)縱向直線光柵位移傳感器及與主軸同步旋轉(zhuǎn)的圓光柵角位移傳感器返回位移和轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。測(cè)量起始與終止時(shí)刻，記錄轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)和及位移數(shù)據(jù)和，將數(shù)據(jù)代入公式，得到滾珠絲桿的螺距誤差Δ=(-)-，T為絲桿導(dǎo)程。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了滾珠絲桿螺距誤差的動(dòng)態(tài)在線檢測(cè),保障了滾珠絲桿螺距的加工精度和效率。
文檔編號(hào)B24B49/04GK103182680SQ20131008071
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者沈南燕, 李靜, 吳曉健, 何永義, 邵靖峰, 張偉, 喻志響 申請(qǐng)人:上海大學(xué)