滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010022138.7 (22)申请日 2020.01.09 (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 周长光叶坤奇冯虎田 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 马鲁晋 (51)Int.Cl. G01M 13/025(2019.01) G01L 5/00(2006.01) (54)发明名称 滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同 步测量系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种滚动直线导轨副。

2、预加载 荷和预紧拖动力同步测量系统及方法， 系统包括 床身部件， 以及同轴设置的驱动部件、 主工作台 和预加载荷可调机构； 床身部件， 包括床身， 用于 支撑测量系统和待测滚动直线导轨副； 待测滚动 直线导轨副包括待测导轨； 驱动部件， 用于驱动 主工作台带动待测导轨沿床身的长度方向运动； 主工作台， 用于测量待测导轨在运动过程中的预 紧拖动力； 预加载荷可调机构， 用于挤压待测导 轨并测量其预加载荷。 方法基于上述系统实现预 加载荷和预紧拖动力的同步测量。 本发明能够在 一次安装后， 实现在不同预加载荷水平下直线导 轨副的预加载荷和预紧拖动力的同步在线测量， 测量效率高， 且测量数据真实可靠。

3、。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111366363 A 2020.07.03 CN 111366363 A 1.一种滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特征在于， 包括床身 部件(I)， 以及同轴设置的驱动部件(II)、 主工作台(III)和预加载荷可调机构(IV)； 所述床身部件(I)， 包括床身本体(1)， 用于支撑整个测量系统和待测滚动直线导轨副； 所述待测滚动直线导轨副包括待测导轨(4)； 所述驱动部件(II)， 用于驱动主工作台(III)带动待测导轨(4)沿床身本体(1)的长度 方向运动； 所述主工作台(III)， 用于测量待测导轨(4)在运动过程中的。

4、预紧拖动力； 所述预加载荷可调机构(IV)， 用于挤压待测导轨(4)并测量其预加载荷。 2.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述床身部件(I)还包括沿床身本体(1)长度方向设置的一对相平行的主导轨副 (2)， 主导轨副(2)的滑块上设置主工作台(III)。 3.根据权利要求2所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述驱动部件(II)包括伺服电机(7)、 丝杠(12)和丝杠螺母(13)； 所述伺服电机(7) 安装于固定在床身本体(1)上且位于所述一对相平行主导轨副(2)之间的电机卡座(9)上， 所述丝杠螺母(。

5、13)安装于固定在主工作台(III)上的螺母卡座(10)上； 所述伺服电机(7)驱 动丝杠(12)进行旋转运动， 带动丝杠螺母(13)运动进而带动主工作台(III)沿主导轨副(2) 的导轨轴向运动； 所述丝杠(12)的两端分别贯穿设置在床身本体(1)上的第一支撑单元 (8)、 第二支撑单元(24)。 4.根据权利要求3所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述主工作台(III)包括第一底座(25)、 拉压式力传感器(6)、 测量平台(11)和测量 工装块(22)； 所述第一底座(25)固定在所述主导轨副(2)的滑块上， 且其上表面与主导轨副 (2)的上表面平行。

6、； 所述第一底座(25)上设置螺母卡座(10)和测量平台(11)， 待测导轨(4) 的一端自然放置在测量平台(11)的上表面， 待测导轨(4)上固定安装一测量工装块(22)； 所 述拉压式力传感器(6)的两端分别与测量平台(11)、 测量工装块(22)相连。 5.根据权利要求4所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述待测导轨(4)的另一端自然放置在安装于床身本体(1)尾部的高度可调节尾架 (23)上。 6.根据权利要求5所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述主工作台(III)还包括拖动工装(20)， 用于拖动主工作台(I。

7、II)沿主导轨副(2) 的导轨滑动。 7.根据权利要求6所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述主工作台(III)还包括设置于测量平台(11)上表面凹槽中的直线滚针板(21)， 所述待测导轨(4)的一端自然放置于直线滚针板(21)上。 8.根据权利要求7所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述预加载荷可调机构(IV)包括第二底座(5)、 平口钳(14)、 第一挤压工装块(15)、 第二挤压工装块(16)、 圆柱式压力传感器(17)、 圆柱受力块(18)以及与待测导轨(4)相配合 的分离式滑块(19)； 所述第二底座(5)固。

8、定在床身本体(1)上且位于所述一对相平行主导轨 副(2)之间， 其上表面设置平口钳(14)， 平口钳(14)的钳口方向与主导轨副(2)的轴向一致， 钳口两侧的内表面分别接触设置第一挤压工装块(15)、 第二挤压工装块(16)， 第一挤压工 权利要求书 1/2 页 2 CN 111366363 A 2 装块(15)上靠近第二挤压工装块(16)的一侧设有U型槽， 槽内设置圆柱式压力传感器(17)； 所述分离式滑块(19)倒置于第一挤压工装块(15)和第二挤压工装块(16)的相对内侧， 分离 式滑块(19)上分别靠近第一挤压工装块(15)、 第二挤压工装块(16)的两侧均设有V型槽， 分 别记为第一。

9、V型槽、 第二V型槽， 同时第二挤压工装块(16)上与分离式滑块(19)相对的一侧 也设有V型槽， 记为第三V型槽， 所述V型槽与圆柱式压力传感器(17)的高度相同， 第一V型 槽、 第三V型槽中均设有圆柱受力块(18)， 分别记为第一圆柱受力块、 第二圆柱受力块， 且第 一圆柱受力块与圆柱式压力传感器(17)相接触； 系统测量时， 移动平口钳(14)的活动侧挤 压第二挤压工装块(16)向第一挤压工装块(15)运动使第二圆柱受力块与第二V型槽接触。 9.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统， 其特 征在于， 所述床身本体(1)上还设有与主导轨副(2)相平行的凹槽，。

10、 凹槽内设置拖链(3)， 用 于放置系统的各种线缆。 10.根据权利要求1至9任意一项所述的滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测 量系统的测量方法， 其特征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导轨沿 主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数值， 并求取所有数值的平均 值作为空载预紧拖动力f0； 步骤2， 将待测导轨自然放置在平口钳上， 调节平口钳的钳口开口大小， 带动第一挤压 工装块、 第二挤压工装块压紧待测导轨的分离式滑块， 直至圆柱式压力传感器的数值与预 设的预加载荷值相等， 停止调节平口钳， 记录此。

11、时圆柱式压力传感器的数值作为待测导轨 的预加载荷值 步骤3， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导轨以 步骤1中的运动速度沿主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数值， 并 求取所有数值的平均值， 记为f1； 步骤4、 求取f1与f0的差值f1-f0， 将该差值作为待测导轨对应预加载荷值为时的预紧 拖动力； 步骤5、 重复上述步骤2至步骤4， 即可获得待测导轨不同预加载荷值对应的预紧拖动 力。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111366363 A 3 滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统及方法 技术领域 0001 本发明属于滚动直线导。

12、轨副性能测试领域， 特别涉及一种滚动直线导轨副预加载 荷和预紧拖动力同步测量系统及方法。 背景技术 0002 滚动直线导轨副作为高档数控机床的核心基础功能部件， 其精度及可靠性将直接 影响主机的加工精度。 由于过大的预加载荷会增加导轨副的预紧拖动力， 加剧磨损； 过小的 预加载荷会显著降低导轨副的刚性， 增加振动， 进而影响导轨副运动精度、 刚性、 承载能力 等性能， 因此必须精确控制直线导轨副的预加载荷。 由此可见， 准确得到预加载荷值， 有利 于滚动直线导轨副使用寿命的延长以及可靠性的提高， 从而保障主机的加工精度。 0003 经查阅相关资料发现， 目前只能通过滚动体的直径粗略地判定滚动直。

13、线导轨副的 预加载荷等级(轻、 中、 重)， 无法准确给出预加载荷值， 也无法针对每一个预紧拖动力的值 测量相应的预加载荷数值， 从而也无法实现直线导轨副预紧拖动力和预加载荷同步在线测 量。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种能实现同步测量滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖 动力的系统及方法。 0005 实现本发明目的的技术解决方案为： 一种滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力 同步测量系统， 包括床身部件， 以及同轴设置的驱动部件、 主工作台和预加载荷可调机构； 0006 所述床身部件， 包括床身本体， 用于支撑整个测量系统和待测滚动直线导轨副； 所 述待测滚动直线导轨副包括待测导轨； 。

14、0007 所述驱动部件， 用于驱动主工作台带动待测导轨沿床身本体的长度方向运动； 0008 所述主工作台， 用于测量待测导轨在运动过程中的预紧拖动力； 0009 所述预加载荷可调机构， 用于挤压待测导轨并测量其预加载荷。 0010 进一步地， 所述床身部件还包括沿床身本体长度方向设置的一对相平行的主导轨 副， 主导轨副的滑块上设置主工作台。 0011 进一步地， 所述驱动部件包括伺服电机、 丝杠和丝杠螺母； 所述伺服电机安装于固 定在床身本体上且位于所述一对相平行主导轨副之间的电机卡座上， 所述丝杠螺母安装于 固定在主工作台上的螺母卡座上； 所述伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 带动丝杠螺母运 。

15、动进而带动主工作台沿主导轨副的导轨轴向运动； 所述丝杠的两端分别贯穿设置在床身本 体上的第一支撑单元、 第二支撑单元。 0012 进一步地， 所述主工作台包括第一底座、 拉压式力传感器、 测量平台和测量工装 块； 所述第一底座固定在所述主导轨副的滑块上， 且其上表面与主导轨副的上表面平行； 所 述第一底座上设置螺母卡座和测量平台， 待测导轨的一端自然放置在测量平台的上表面， 待测导轨上固定安装一测量工装块； 所述拉压式力传感器的两端分别与测量平台、 测量工 说明书 1/5 页 4 CN 111366363 A 4 装块相连。 0013 进一步地， 所述待测导轨的另一端自然放置在安装于床身本体尾。

16、部的高度可调节 尾架上。 0014 进一步地， 所述主工作台还包括拖动工装， 用于拖动主工作台沿主导轨副的导轨 滑动。 0015 进一步地， 所述主工作台还包括设置于测量平台上表面凹槽中的直线滚针板， 所 述待测导轨的一端自然放置于直线滚针板上。 0016 进一步地， 所述预加载荷可调机构包括第二底座、 平口钳、 第一挤压工装块、 第二 挤压工装块、 圆柱式压力传感器、 圆柱受力块以及与待测导轨相配合的分离式滑块； 所述第 二底座固定在床身本体上且位于所述一对相平行主导轨副之间， 其上表面设置平口钳， 平 口钳的钳口方向与主导轨副的轴向一致， 钳口两侧的内表面分别接触设置第一挤压工装 块、 第。

17、二挤压工装块， 第一挤压工装块上靠近第二挤压工装块的一侧设有U型槽， 槽内设置 圆柱式压力传感器； 所述分离式滑块倒置于第一挤压工装块和第二挤压工装块的相对内 侧， 分离式滑块上分别靠近第一挤压工装块、 第二挤压工装块的两侧均设有V型槽， 分别记 为第一V型槽、 第二V型槽， 同时第二挤压工装块上与分离式滑块相对的一侧也设有V型槽， 记为第三V型槽， 所述V型槽与圆柱式压力传感器的高度相同， 第一V型槽、 第三V型槽中均设 有圆柱受力块， 分别记为第一圆柱受力块、 第二圆柱受力块， 且第一圆柱受力块与圆柱式压 力传感器相接触； 系统测量时， 移动平口钳的活动侧挤压第二挤压工装块向第一挤压工装 。

18、块运动使第二圆柱受力块与第二V型槽接触。 0017 进一步地， 所述床身本体上还设有与主导轨副相平行的凹槽， 凹槽内设置拖链， 用 于放置系统的各种线缆。 0018 基于上述滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统的测量方法， 包括 以下步骤： 0019 步骤1， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导 轨沿主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数值， 并求取所有数值的 平均值作为空载预紧拖动力f0； 0020 步骤2， 将待测导轨自然放置在平口钳上， 调节平口钳的钳口开口大小， 带动第一 挤压工装块、 第二挤压工装块压紧待测导轨的分离式滑块，。

19、 直至圆柱式压力传感器的数值 与预设的预加载荷值相等， 停止调节平口钳， 记录此时圆柱式压力传感器的数值作为待测 导轨的预加载荷值 0021 步骤3， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导 轨以步骤1中的运动速度沿主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数 值， 并求取所有数值的平均值， 记为f1； 0022步骤4、 求取f1与f0的差值f1-f0， 将该差值作为待测导轨对应预加载荷值为时的 预紧拖动力； 0023 步骤5、 重复上述步骤2至步骤4， 即可获得待测导轨不同预加载荷值对应的预紧拖 动力。 0024 本发明与现有技术相比， 其显著优点为：。

20、 1)测量系统可以直接读取预加载荷的准 说明书 2/5 页 5 CN 111366363 A 5 确值， 同时能够实现预紧拖动力的测量， 具有较高的测量效率； 2)通过拉压式力传感器、 圆 柱式压力传感器的在线测试， 能实时反映滚动直线导轨副在预加载荷和预紧拖动力同步测 试过程中的性能变化， 测试数据连续可靠； 3)系统调节便捷， 一次安装后， 可多次进行不同 预加载荷水平下的直线导轨副预紧拖动力的测量， 节省成本。 0025 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 附图说明 0026 图1为一个实施例中滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统的总体 结构示意图。 0027 图2为一个实。

21、施例中滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统的总体 结构示意图。 0028 图3为一个实施例中滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步在线测量系统的 侧视结构图。 0029 图4为一个实施例中床身部件示意图。 0030 图5为一个实施例中预加载荷可调机构示意图。 0031 图6为一个实施例中预加载荷可调机构的剖面图。 0032 图7为一个实施例中主工作台的示意图。 具体实施方式 0033 结合图1至图3， 本发明提出了一种滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测 量系统， 包括床身部件I， 以及同轴设置的驱动部件II、 主工作台III和预加载荷可调机构 IV； 0034 床身部件I， 包。

22、括床身本体1， 用于支撑整个测量系统和待测滚动直线导轨副； 待测 滚动直线导轨副包括待测导轨4； 0035 驱动部件II， 用于驱动主工作台III带动待测导轨4沿床身本体1的长度方向运动； 0036 主工作台III， 用于测量待测导轨4在运动过程中的预紧拖动力； 0037 预加载荷可调机构IV， 用于挤压待测导轨4并测量其预加载荷。 0038 进一步地， 在其中一个实施例中， 结合图4， 床身部件I还包括沿床身本体1长度方 向设置的一对相平行的主导轨副2， 主导轨副2的滑块上设置主工作台III。 0039 作为一种具体示例， 上述每根主导轨副2包括两个滑块。 0040 进一步地， 在其中一个实。

23、施例中， 驱动部件II包括伺服电机7、 丝杠12和丝杠螺母 13； 伺服电机7安装于固定在床身本体1上且位于一对相平行主导轨副2之间的电机卡座9 上， 丝杠螺母13安装于固定在主工作台III上的螺母卡座10上； 伺服电机7驱动丝杠12进行 旋转运动， 带动丝杠螺母13运动进而带动主工作台III沿主导轨副2的导轨轴向运动； 丝杠 12的两端分别贯穿设置在床身本体1上的第一支撑单元8、 第二支撑单元24。 0041 进一步地， 在其中一个实施例中， 结合图7， 主工作台III包括第一底座25、 拉压式 力传感器6、 测量平台11和测量工装块22； 第一底座25固定在主导轨副2的滑块上， 且其上表 。

24、面与主导轨副2的上表面平行； 第一底座25上设置螺母卡座10和测量平台11， 待测导轨4的 一端自然放置在测量平台11的上表面， 待测导轨4上固定安装一测量工装块22； 拉压式力传 说明书 3/5 页 6 CN 111366363 A 6 感器6的两端分别与测量平台11、 测量工装块22相连。 0042 作为一种具体示例， 优选地， 上述拉压式力传感器6具体采用S型拉压式力传感器 6。 0043 作为一种具体示例， 优选地， 螺母卡座10为U型结构， 便于丝杠螺母装配。 0044 作为一种具体示例， 优选地， 拉压式力传感器6的两端通过双头螺柱分别与测量平 台11、 测量工装块22相连。 00。

25、45 进一步地， 在其中一个实施例中， 测量平台11为倒U型结构， 丝杠12贯穿U型口。 0046 采用本实施例的方案， 通过测量平台一个部件能实现横跨丝杠、 支撑待测导轨并 且测量预紧拖动力三种功能， 降低了整个装置的复杂度。 0047 进一步地， 在其中一个实施例中， 待测导轨4的另一端自然放置在安装于床身本体 1尾部的高度可调节尾架23上。 0048 采用本实施例的方案， 能够实现支撑待测导轨的同时， 防止待测导轨由于自重倾 斜、 重心偏移等影响测量结果。 0049 进一步地， 在其中一个实施例中， 结合图7， 主工作台III还包括拖动工装20， 用于 拖动主工作台III沿主导轨副2的导。

26、轨滑动。 0050 进一步地， 在其中一个实施例中， 结合图7， 主工作台III还包括设置于测量平台11 上表面凹槽中的直线滚针板21， 待测导轨4的一端自然放置于直线滚针板21上。 0051 采用本实施例的方案， 能够减小待测导轨4与接触面的摩擦力。 0052 进一步地， 在其中一个实施例中， 结合图5和图6， 预加载荷可调机构IV包括第二底 座5、 平口钳14、 第一挤压工装块15、 第二挤压工装块16、 圆柱式压力传感器17、 圆柱受力块 18以及与待测导轨4相配合的分离式滑块19； 第二底座5固定在床身本体1上且位于一对相 平行主导轨副2之间， 其上表面设置平口钳14， 平口钳14的钳。

27、口方向与主导轨副2的轴向一 致， 钳口两侧的内表面分别接触设置第一挤压工装块15、 第二挤压工装块16， 第一挤压工装 块15上靠近第二挤压工装块16的一侧设有U型槽， 槽内设置圆柱式压力传感器17； 分离式滑 块19倒置于第一挤压工装块15和第二挤压工装块16的相对内侧， 分离式滑块19上分别靠近 第一挤压工装块15、 第二挤压工装块16的两侧均设有V型槽， 分别记为第一V型槽、 第二V型 槽， 同时第二挤压工装块16上与分离式滑块19相对的一侧也设有V型槽， 记为第三V型槽， V 型槽与圆柱式压力传感器17的高度相同， 第一V型槽、 第三V型槽中均设有圆柱受力块18， 分 别记为第一圆柱受。

28、力块、 第二圆柱受力块， 且第一圆柱受力块与圆柱式压力传感器17相接 触； 系统测量时， 移动平口钳14的活动侧挤压第二挤压工装块16向第一挤压工装块15运动 使第二圆柱受力块与第二V型槽接触。 0053 进一步地， 在其中一个实施例中， 床身本体1上还设有与主导轨副2相平行的凹槽， 凹槽内设置拖链3， 用于放置系统的各种线缆。 0054 基于上述滚动直线导轨副预加载荷和预紧拖动力同步测量系统的测量方法， 包括 以下步骤： 0055 步骤1， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导 轨沿主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数值， 并求取所有数值的 。

29、平均值作为空载预紧拖动力f0； 0056 步骤2， 将待测导轨自然放置在平口钳上， 调节平口钳的钳口开口大小， 带动第一 说明书 4/5 页 7 CN 111366363 A 7 挤压工装块、 第二挤压工装块压紧待测导轨的分离式滑块， 直至圆柱式压力传感器的数值 与预设的预加载荷值相等， 停止调节平口钳， 记录此时圆柱式压力传感器的数值作为待测 导轨的预加载荷值 0057 步骤3， 伺服电机驱动丝杠进行旋转运动， 丝杠螺母带动主工作台进而带动待测导 轨以步骤1中的运动速度沿主导轨副的轴向进行匀速运动， 记录多组拉压式力传感器的数 值， 并求取所有数值的平均值， 记为f1； 0058步骤4、 求。

30、取f1与f0的差值f1-f0， 将该差值作为待测导轨对应预加载荷值为时的 预紧拖动力； 0059 步骤5、 重复上述步骤2至步骤4， 即可获得待测导轨不同预加载荷值对应的预紧拖 动力。 0060 综上， 本发明能够在一次安装后， 实现在不同预加载荷水平下被测直线导轨副的 预加载荷和预紧拖动力的同步在线测量， 测量效率高， 且测量数据真实可靠。 说明书 5/5 页 8 CN 111366363 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 111366363 A 9 图3 图4 图5 说明书附图 2/3 页 10 CN 111366363 A 10 图6 图7 说明书附图 3/3 页 11 CN 111366363 A 11 。