本發(fā)明涉及機床誤差測試領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種研究單軸重復(fù)定位誤差機理的試驗平臺。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代機床業(yè)的發(fā)展日益向著自動化、高速化、精密化等方向發(fā)展，產(chǎn)品對機床的精度要求越來越高，機床重復(fù)定位誤差也越來越被人們重視，提高機床綜合準(zhǔn)確度是提高機床的整體性能的關(guān)鍵。重復(fù)定位誤差體現(xiàn)了機床定位的穩(wěn)定性和一致性，是評價機床性能的重要指標(biāo)之一，目前國際標(biāo)準(zhǔn)用運動偏差的標(biāo)準(zhǔn)差的擴展不確定度來表述重復(fù)定位誤差：

目前關(guān)系重復(fù)誤差影響因素和產(chǎn)生機理相關(guān)的研究尚屬空白，對影響重復(fù)誤差的因素系尚不清楚，重復(fù)定位誤差產(chǎn)生的機理尚不明白，缺乏有效的抑制重復(fù)定位誤差技術(shù)，所以需要一臺專用重復(fù)定位誤差機理研究試驗平臺。

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，提供一種可以進行多因素單變量試驗、單因素機理探索的單軸重復(fù)定位誤差機理的試驗平臺。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種研究單軸重復(fù)定位誤差機理的試驗平臺，包括床身、工作臺、伺服電機、負(fù)載裝置、光柵尺和絲杠撓度測試裝置，所述床身上表面兩側(cè)平行的安裝有帶有滑塊的滾動直線導(dǎo)軌副，所述滑塊與所述工作臺相連，床身上表面中部安裝有由固定端和軸承端組成的滾珠絲杠螺母副，通過所述固定端和軸承端連接有滾珠絲杠，所述伺服電機安裝于所述滾珠絲杠螺母副的固定端用于驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，所述滾珠絲杠螺母副還配置有所述絲杠撓度測試裝置，用于實時測量滾珠絲杠在水平和垂直方向的撓度，所述負(fù)載裝置安裝在床身的尾端用于放置外部負(fù)載；所述光柵尺設(shè)置有兩處，分別設(shè)置在床身左側(cè)面的頂部和上表面的左側(cè)。

所述工作臺的兩側(cè)設(shè)置有與滑塊連接的連接孔，用于調(diào)整工作臺的支撐距離。

所述滾珠絲杠螺母副的軸承端的端蓋和軸承之間設(shè)置有調(diào)整墊片，通過調(diào)整所述墊片的厚度實現(xiàn)滾珠絲杠即支撐軸剛度的調(diào)整。

所述床身的長寬高分別為2245mm、800mm、700mm，床身的內(nèi)部設(shè)置有井字型筋板，床身前后兩端的筋板上設(shè)有圓形或方形的開孔用于提升剛度。

所述工作臺內(nèi)部設(shè)有米字型筋板，以提升高度；工作臺的上表面還設(shè)置有用于固定工件的T型槽。

所述負(fù)載裝置由底座、滑輪座和滑輪構(gòu)成。

所述光柵尺的分辨率為0.1μm，精度為3μm。

所述光柵尺的工作行程為1000mm，最大進給速度為40m/min。

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)明試驗平臺由床身、滾動直線導(dǎo)軌副、工作臺、滾珠絲杠螺母副、光柵尺等組成，工作臺由一條滾珠絲杠驅(qū)動且支撐距離可調(diào)；滾珠絲杠軸承端支撐剛度具有可調(diào)功能；具有兩處光柵安裝位置，具有光柵安裝位置可調(diào)功能，且兩處安裝位置在運動軸線的同一側(cè)；具有絲杠撓度測試裝置，可實時測試滾珠絲杠撓度；具有施加沿運動軸線方向的外部載荷功能。因此該試驗平臺能夠滿足工作臺支撐距離對重復(fù)定位誤差的影響、滾珠絲杠作為支撐軸承其剛度對重復(fù)定位誤差的影響、光柵尺安裝位置對重復(fù)定位誤差的影響、外部負(fù)載對重復(fù)定位誤差的影響、絲杠撓度變化與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、工作臺應(yīng)變與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、滑塊應(yīng)變/應(yīng)力與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、關(guān)鍵點溫度與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律等試驗需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是工作臺的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是絲杠撓度測試裝置的連接狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是滾珠絲杠螺母副的軸承端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是負(fù)載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-床身，2-工作臺，3-滾動直線導(dǎo)軌副，4-滾珠絲杠，5-絲杠撓度測試裝置，6-伺服電機，7-負(fù)載裝置，8-光柵尺，9-T型槽，10-連接孔，11-軸承，12-端蓋，13-調(diào)整墊片，14-底座，15-滑輪座，16-滑輪

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1所示，一種研究單軸重復(fù)定位誤差機理的試驗平臺，包括床身1、工作臺2、伺服電機6、負(fù)載裝置7、光柵尺8和絲杠撓度測試裝置5，床身1底面固定在地面上，兩條滾動直線導(dǎo)軌副3平行安裝在床身1上表面的兩側(cè)，滾珠絲杠螺母副安裝在床身1上表面的中間，工作臺2的兩側(cè)通過緊固螺釘與滾動直線導(dǎo)軌副3的滑塊連接，工作臺2中間通過絲杠螺母與滾珠絲杠4連接，伺服電機6安裝在滾珠絲杠螺母副的前端(固定端)，用于驅(qū)動滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠螺母副配置有絲杠撓度測試裝置5，用于實時測量滾珠絲杠的在水平和垂直方向的撓度，在床身1的尾端設(shè)置有外部負(fù)載裝置7，用于放置外部負(fù)載；本實施例中兩處光柵尺8安裝位置分別在床身1左側(cè)側(cè)面和上表面左側(cè)。工作臺2兩側(cè)設(shè)置了兩組與滑塊連接的連接孔10，可實現(xiàn)工作臺2距離可調(diào)，本實施例中連接孔10為螺釘孔。

本實施例中床身1的外形尺寸為2245mm(長)×800mm(寬)×700mm(高)，內(nèi)部采用井字形筋板，并在筋板上開圓形孔，具有較好的剛度，滾動直線導(dǎo)軌副安裝基面設(shè)置在床身兩側(cè)沿長度方向筋板的正上方，以保證導(dǎo)軌安裝后的變形最小；預(yù)留兩處光柵尺8安裝位置，且在運動軸線的同一側(cè)，分別在床身左側(cè)側(cè)面和上表面左側(cè)；床身底部有地腳螺釘固定孔。

本實施例中滾動直線導(dǎo)軌副選用THK型號：SHS45LC2SSC1+2100LP-11，每條導(dǎo)軌上有兩個支撐滑塊，具體參數(shù)為：

本實施例中滾珠絲杠螺母副選用THK型號：SBN4016-5RRG0+1930LC2，具體參數(shù)為：

如圖2所示，本實施例中工作臺2內(nèi)部采用米字型筋板，以保證工作臺具有較好的剛度，表面設(shè)計有T型槽9，以方便固定工件；工作臺2通過螺釘與滾動直線導(dǎo)軌副3的滑塊連接，每條導(dǎo)軌副上有兩個支撐滑塊，每個支撐滑塊通過四個螺釘連接工作臺2，在工作臺2上預(yù)留了兩組與導(dǎo)軌滑塊連接的螺紋孔，實現(xiàn)工作臺支撐距離可調(diào)整。

如圖3所示，滾珠絲杠彎曲撓度測試裝置在卡盤位置處布置四個力傳感器，滾珠絲杠在運動過程中四個力傳感器會測得兩絲杠螺母之間的作用力，將信號傳遞到采集器中，采集器讀出傳感器示數(shù)。力傳感器可選用interface WMC 1000LBF(4450N)。其檢測精度為0.05％。當(dāng)滾珠絲杠發(fā)生彎曲變形時四個力傳感器的示數(shù)會發(fā)生變化，根據(jù)傳感器的示數(shù)變化值來計算絲杠彎曲撓度。

如圖4所示，滾珠絲杠螺母副的軸承端的端蓋12和軸承11之間設(shè)置有調(diào)整墊片13，不同的調(diào)整墊片13厚度產(chǎn)生不同的軸承壓縮量，進而產(chǎn)生不同的軸承剛度，該試驗臺設(shè)計了一組(5個)不同厚度的調(diào)整墊片13，可以通過改變圖中調(diào)整墊片13的厚度，實現(xiàn)支撐軸承剛度的調(diào)整。

如圖5所示負(fù)載裝置由底座14、滑輪座15和滑輪16構(gòu)成，其中底座14通過螺釘固定在床身1尾端，滑輪座15安裝在底座14上，滑輪16通過銷釘固定在滑輪座15上，滑輪16頂端切向方向與工作運動軸線方向一致，其工作原理為在工作臺的尾端引出一條鋼絲線，鋼絲線的另一端繞過滑輪連接配重物塊，工作臺往復(fù)直線運動時，帶動配重物塊上下運動，實現(xiàn)外部加載。

另，本實施例中光柵尺8選用海德漢絕對式光柵尺，型號：LC195F-ML1240(±3μm)線纜10m，分辨率0.1um，精度3um；伺服電機6的轉(zhuǎn)矩為22Nm，電機最大轉(zhuǎn)速3000r/min，功率4KW。

通過本發(fā)明試驗平臺可實現(xiàn)：工作臺支撐距離對重復(fù)定位誤差的影響、絲杠支撐軸承剛度對重復(fù)定位誤差的影響、光柵尺安裝位置對重復(fù)定位誤差的影響、光柵尺安裝精度對重復(fù)定位精度的影響、外部負(fù)載對重復(fù)定位誤差的影響、絲杠撓度變化與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、工作臺應(yīng)變與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、滑塊應(yīng)變/應(yīng)力與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、關(guān)鍵點溫度與重復(fù)定位誤差的變化規(guī)律、進給速度對重復(fù)定位精度的影響、導(dǎo)軌基面直線度/垂直度對重復(fù)定位精度的影響等試驗需求。

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)。