本发明公开了一种滚动直线导轨副精度保持性试验装置与方法，所述装置的床身中间的凹槽内对称安装两个直线电机定子，每个直线电机定子的外侧安装一个导向直线导轨，直线电机动子位于直线电机定子之间并与动子座相固连，所述动子座安装在一组滑块上，该组滑块的数量为四个并分别安装在两根导向直线导轨上，台架固定在动子座的上方，台架上设置两套加载装置；床身的两侧台面上分别固连垫板,每个垫板上设置一根被测导轨,每根被测导轨上安装一个被测滑块,每个被测滑块上固连一个转接板，每个转接板上设置两个激光位移传感器；本发明的装置可对滚动直线导轨副精度保持性进行试验与检测，操作与检测方便，检测结果可靠。
1.一种精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置，其特征在于，包括床身[1]、直线电机定子[2]、滑块[3]、台架[4]、加载装置[5]、导向直线导轨[6]、后防撞器[7]、被测导轨[8]、第一激光位移传感器[9]、第二激光位移传感器[10]、转接板[11]、被测滑块[12]、动子座[13]、直线电机动子[14]、垫板[15]、前防撞器[16]；
床身[1]的中间设置凹槽，直线电机定子[2]的数量为两个，该两个直线电机定子对称安装在床身[1]中间的凹槽内，导向直线导轨[6]的数量也为两个，每个导向直线导轨[6]对应一个直线电机定子[2]并位于直线电机定子[2]的外侧，所述两个导向直线导轨[6]相互平行并与直线电机定子[2]平行，直线电机动子[14]位于直线电机定子[2]之间并与动子座[13]相固连，所述动子座[13]安装在一组滑块[3]上，该组滑块[3]的数量为四个并分别安装在两根导向直线导轨[6]上，每根导向直线导轨上安装两个滑块，台架[4]固定在动子座[13]的上方，台架[4]上设置两套加载装置[5]，该两套加载装置对称安装在台架[4]的两侧，导向直线导轨[6]的前端和后端分别设置一对前防撞器[16]和后防撞器[7],每根导轨对应一个前防撞器和一个后防撞器；
床身[1]的两侧台面上分别固连垫板[15],每个垫板[15]上设置一根被测导轨[8],每根被测导轨[8]上安装一个被测滑块[12],每个被测滑块[12]上固连一个转接板[11]，每个转接板[11]上设置两个激光位移传感器，该两个激光位移传感器为第一激光位移传感器[9]和第二激光位移传感器[10]，其中第一激光位移传感器[9]对准被测导轨基准侧面，第二激光位移传感器[10]对准被测导轨基准底面。
2.根据权利要求1所述的精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置，其特征在于，所述加载装置[5]包括交流伺服电机[501]、减速器[502]、固定座[503]、联轴器[504]、固定螺母[505]、套筒[506]、推力滚子轴承[507]、梯形丝杠[508]、梯形螺母[509]、连接套[510]、碟簧组[511]、圆板[512]、压力传感器[513]、加载杆[514]、调整螺钉[515]、导向端盖[516]、导向键[517]、导向筒[518]；
交流伺服电机[501]与减速器[502]相连接，该减速器[502]安装在固定座[503]上，所述固定座[503]安装在台架[4]上，所述交流伺服电机[501]的输出轴与减速器[502]的输入轴相连，减速器[502]的输出轴通过联轴器[504]与梯形丝杠[508]的一端相连，所述梯形丝杠[508]穿过台架[4]的通孔内，该梯形丝杠[508]与台架[4]通孔之间设置一对推力滚子轴承[507]，其中靠近联轴器[504]的推力滚子轴承通过固定螺母[505]和套筒[506]定位，台架[4]的另一侧设置导向筒[518]，该导向筒[518]的槽内对称设置一对导向键[517]，梯形丝杠[508]的另一端与梯形螺母[509]相连接，该梯形螺母通过导向键[517]限制转动，梯形螺母[509]的另一端设置连接套[510],连接套[510]的另一端设置碟簧组[511],所述碟簧组[511]叠放在圆板[512]上，所述圆板[512]与压力传感器[513]相接触并通过导向键[517]限制转动，压力传感器[513]安装在加载杆[514]上，所述加载杆[514]通过导向端盖[516]导向，并通过导向键[517]限制转动，所述加载杆[514]与转接板[11]固连，所述导向端盖[516]与导向筒[518]相固连，该导向端盖[516]上对称安装用于调整加载杆[514]上下位置的调整螺钉[515]。
3.根据权利要求2所述的精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置，其特征在于，碟簧组[511]的碟簧数量为十片。
4.一种基于权利要求1所述精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、确定被测滚动直线导轨副的型号和精度保持性丧失时的平行度误差边界值，设定试验中的直线电机和交流伺服电机的转速，将被测滚动直线导轨副和对应的垫板安装在实验台上，完成试验前控制系统与检测系统的准备工作；
步骤2、工业控制计算机驱动交流伺服电机转动，从而带动梯形丝杠转动，梯形螺母受到导向键的限制，不能转动只能向下移动，压紧碟簧组将力作用在压力传感器上，最终通过加载杆对被测滚动直线导轨副进行加载，当加载力符合要求时，交流伺服电机停止转动，梯形丝杠自锁；数控系统驱动直线电机运动，从而带动被测滚动直线导轨副在加载力作用下往复运动；在此过程中第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对被测导轨副的平行度误差进行动态检测；当检测的平行度误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测滚动直线导轨副已丧失精度保持性；数控系统控制直线电机停转，该被测滚动直线导轨副的精度保持性试验完毕；
步骤3、确定该被测滚动直线导轨副的精度保持性指标，打印试验结果。
精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置与方法
技术领域
[0001] 本发明属于检测技术领域，特别是一种精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置与方法。
背景技术
[0002] 滚动直线导轨副主要由导轨、滑块和滚动体组成，在机械传动中起到运动部件的承载及导向作用。滚动直线导轨副由于具有定位精度高，摩擦力小，运动平稳，能提高机床和机械的工作效率，运动精度高等优点，已经成为精密数控设备的关键基础部件之一。滚动直线导轨副精度保持性：是指滚动直线导轨副在工作过程中保持原有精度指标的能力。精度指标：即指滑块在导轨上运动时，滑块与轨道基准面之间的平行度误差，包括垂直平面内和水平平面内的平行度误差。它是评价滚动直线导轨副机械性能的一个重要指标，精度的高低直接影响导轨副的使用寿命和机床的加工精度。滚动直线导轨副的精度保持性主要取决于耐磨性、预紧力和尺寸稳定性。耐磨性与滚动直线导轨的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和安装方式等因素有关。精度保持性低的滚动直线导轨副，机床使用一定时间后，导轨、滑块及滚动体之间会产生磨损和弹性变形，导致滚动体接触角改变及滑块位移，影响机床的加工精度。针对滚动直线导轨副精度保持性进行试验与检测，可以为新产品研发或产品改进提供实际数据依据。
[0003] 目前，国内滚动直线导轨副相关生产厂家已开发了对滚动直线导轨副的精度进行检测的装置，但无法对加载条件下的滚动直线导轨副精度保持性进行试验与检测。对滚动直线导轨副精度保持性多采用理论计算，非常需要试验与检测数据的支撑。从掌握滚动直线导轨副产品精度保持性的具体指标、提高产品使用寿命的竞争力出发，国内相关生产厂家非常需要开发专用的滚动直线导轨副精度保持性试验与检测装置，能在模拟其所受外加载荷和实际工况的情况下了解不同滚动直线导轨副的精度保持性。通过文献检索和资料信息收集，尚未找到对滚动直线导轨副精度保持性进行试验与检测的专用装置。
发明内容
[0004] 本发明所解决的技术问题在于提供一种精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置与方法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置，包括床身、直线电机定子、滑块、台架、加载装置、导向直线导轨、后防撞器、被测导轨、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、转接板、被测滑块、动子座、直线电机动子、垫板、前防撞器；
[0006] 床身的中间设置凹槽，直线电机定子的数量为两个，该两个直线电机定子对称安装在床身中间的凹槽内，导向直线导轨的数量也为两个，每个导向直线导轨对应一个直线电机定子并位于直线电机定子的外侧，所述两个导向直线导轨相互平行并与直线电机定子平行，直线电机动子位于直线电机定子之间并与动子座相固连，所述动子座安装在一组滑块上，该组滑块的数量为四个并分别安装在两根导向直线导轨上，每根导轨上安装两个滑块，台架固定在动子座的上方，台架上设置两套加载装置，该两套加载装置对称安装在台架的两侧，导向直线导轨的前端和后端分别设置一对前防撞器和后防撞器,每根导轨对应一个前防撞器和一个后防撞器；
[0007] 床身的两侧台面上分别固连垫板, 每个垫板上设置一根被测导轨,每根被测导轨上安装一个被测滑块, 每个被测滑块上固连一个转接板，每个转接板上设置两个激光位移传感器，该两个激光位移传感器为第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，其中第一激光位移传感器对准被测导轨基准测面，第二激光位移传感器对准被测导轨基准底面。
[0008] 一种基于上述精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1、确定被测滚动直线导轨副的型号和精度保持性丧失时的平行度误差边界值，设定试验中的直线电机和交流伺服电机的转速，将被测滚动直线导轨副和对应的垫板安装在实验台上，完成试验前控制系统与检测系统的准备工作；
[0010] 步骤2、工业控制计算机驱动交流伺服电机转动，从而带动梯形丝杠转动，梯形螺母受到导向键的限制，不能转动只能向下移动，压紧碟簧组将力作用在压力传感器上，最终通过加载杆对被测导轨副进行加载，当加载力符合要求时，交流伺服电机停止转动，梯形丝杠自锁；数控系统驱动直线电机运动，从而带动被测导轨副在加载力作用下往复运动；在此过程中第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对被测导轨副的平行度误差进行动态检测；当检测的平行度误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测导轨副已丧失精度保持性；数控系统控制直线电机停转，该被测导轨副的精度保持性试验完毕；
[0011] 步骤3、确定该被测滚动直线导轨副的精度保持性指标，打印试验结果。
[0012] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明的装置能模拟实际工况加载方式，通过更换不同上下加载工装来改变上下加载工装接触斜面角度，实现一个加载源同时实施水平和竖直方向的加载，同时进行载荷和翻转力矩的模拟；2）本发明的装置中的加载源选用重载丝杠加载，电机驱动，结构简单，工作稳定且具有自锁功能；3）本发明的装置在精度保持性试验中实时检测被测导轨副精度的变化，最终得到其精度保持性指标，操作方便、测试结果可靠且测量过程具有连续性。
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0014] 图1为滚动直线导轨副精度保持性试验装置的总体三维结构简图。
[0015] 图2为滚动直线导轨副精度保持性试验装置的加载装置剖视图。
[0016] 图3为滚动直线导轨副精度保持性试验装置的控制系统构成图。
具体实施方式
[0017] 结合图1，本发明的一种精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置，包括床身1、直线电机定子2、滑块3、台架4、加载装置5、导向直线导轨6、后防撞器7、被测导轨8、第一激光位移传感器9、第二激光位移传感器10、转接板11、被测滑块12、动子座13、直线电机动子14、垫板15、前防撞器16；
[0018] 床身1的中间设置凹槽，直线电机定子2的数量为两个，该两个直线电机定子对称安装在床身1中间的凹槽内，导向直线导轨6的数量也为两个，每个导向直线导轨6对应一个直线电机定子2并位于直线电机定子2的外侧，所述两个导向直线导轨6相互平行并与直线电机定子2平行，直线电机动子14位于直线电机定子2之间并与动子座13相固连，所述动子座13安装在一组滑块3上，该组滑块3的数量为四个并分别安装在两根导向直线导轨6上，每根导轨上安装两个滑块，台架4固定在动子座13的上方，台架4上设置两套加载装置5，该两套加载装置对称安装在台架4的两侧，导向直线导轨6的前端和后端分别设置一对前防撞器16和后防撞器7,每根导轨对应一个前防撞器和一个后防撞器；
[0019] 床身1的两侧台面上分别固连垫板15, 每个垫板15上设置一根被测导轨8,每根被测导轨8上安装一个被测滑块12, 每个被测滑块12上固连一个转接板11，每个转接板11上设置两个激光位移传感器，该两个激光位移传感器为第一激光位移传感器9和第二激光位移传感器10，其中第一激光位移传感器9对准被测导轨基准测面，第二激光位移传感器10对准被测导轨基准底面。
[0020] 试验时，直线电机动子在直线电机定子之间运动，然后通过动子座带动台架运动，进而通过加载装置带动转接板移动，并最终带动转接板上的第一激光位移传感器9和第二激光位移传感器10一起在被测导轨8上移动。
[0021] 结合图2，所述加载装置5包括交流伺服电机501、减速器502、固定座503、联轴器504、固定螺母505、套筒506、推力滚子轴承507、梯形丝杠508、梯形螺母509、连接套510、碟簧组511、圆板512、压力传感器513、加载杆514、调整螺钉515、导向端盖516、导向键
517、导向筒518；
[0022] 交流伺服电机501与减速器502相连接，该减速器502安装在固定座503上，所述固定座503安装在台架4上，所述交流伺服电机501的输出轴与减速器502的输入轴相连，减速器502的输出轴通过联轴器504与梯形丝杠508的一端相连，所述梯形丝杠508穿过台架4的通孔内，该梯形丝杠508与台架4通孔之间设置一对推力滚子轴承507，其中靠近联轴器504的推力滚子轴承通过圆螺母505和套筒506定位，台架4的另一侧设置导向筒518，该导向筒518的槽内对称设置一对导向键517，梯形丝杠508的另一端与梯形螺母509相连接，该梯形螺母通过导向键517限制转动，梯形螺母509的另一端设置连接套510, 连接套510的另一端设置碟簧组511, 所述碟簧组511叠放在圆板512上，所述圆板512与压力传感器513相接触并通过导向键517限制转动，压力传感器513安装在加载杆514上，所述加载杆514通过导向端盖516导向，并通过导向键517限制转动，所述加载杆514与转接板11固连，所述导向端盖516与导向筒518相固连，该导向端盖516上对称安装用于调整加载杆514上下位置的调整螺钉515。所述碟簧组511的碟簧数量优选为十片。
[0023] 结合图1、图2和图3，本发明滚动直线导轨副精度保持性试验装置的控制系统由数控系统、直线电机驱动器、直线电机、电动机控制卡、交流伺服电机501和防撞器7及防撞器16的限位开关构成，数控系统输出信号给直线电机驱动器控制直线电机运动，进而带动被测导轨副运动，工业控制计算机输出信号给电动机控制卡控制交流伺服电机501旋转，进而对被测导轨副进行加载，限位开关在紧急情况下向数控系统发出信号，停止直线电机的运动；本发明滚动直线导轨副精度保持性试验装置的检测系统由工业控制计算机、PCI数据采集卡、压力传感器513、第一激光位移传感器9和第二激光位移传感器10构成，压力传感器513主要用于对加载装置的加载力进行检测，第一激光位移传感器9用来检测滑块对导轨侧面基准的平行度误差，第二激光位移传感器10用来检测滑块对导轨底面基准的平行度误差。所有测量数据由工业控制计算机上安装的PCI数据采集卡进行采集。在工业控制计算机和数控系统之间可以通过串口实现数据信息通讯功能。
[0024] 一种基于上述精密滚动直线导轨副精度保持性试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0025] 步骤1、确定被测滚动直线导轨副的型号和精度保持性丧失时的平行度误差边界值，设定试验中的直线电机和交流伺服电机的转速，将被测滚动直线导轨副和对应的垫板安装在实验台上，完成试验前控制系统与检测系统的准备工作；
[0026] 步骤2、工业控制计算机驱动交流伺服电机转动，从而带动梯形丝杠转动，梯形螺母受到导向键的限制，不能转动只能向下移动，压紧碟簧组将力作用在压力传感器上，最终通过加载杆对被测导轨副进行加载，当加载力符合要求时，交流伺服电机停止转动，梯形丝杠自锁；数控系统驱动直线电机运动，从而带动被测导轨副在加载力作用下往复运动；在此过程中第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对被测导轨副的平行度误差进行动态检测；当检测的平行度误差超出其精度保持性丧失的边界值时，确认该被测导轨副已丧失精度保持性；数控系统控制直线电机停转，该被测导轨副的精度保持性试验完毕；
[0027] 步骤3、确定该被测滚动直线导轨副的精度保持性指标，打印试验结果。
[0028] 本发明的装置可对滚动直线导轨副精度保持性进行试验与检测，操作与检测方便，检测结果可靠。
