一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法

1.本发明涉及一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法，属于机械传动测量技术领域。


背景技术：

2.行星滚柱丝杠具有高承载、高精度、长寿命的优点，在航空航天、国防装备、高端机床等军民领域均有广阔的应用前景。为了实现行星滚柱丝杠产品设计和加工的自主可控，急需对行星滚柱丝杠的性能进行测试，从应用测试的角度来摸清行星滚柱丝杠性能衰退的规律，来对行星滚柱丝杠的设计理论和加工工艺进行反馈，从而对理论设计方法和加工工艺进行优化，提高我国的行星滚柱丝杠设计和加工水平，打破国外的技术封锁和垄断。


技术实现要素：

3.本发明要解决的问题是提供一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法，该装置实现了行星滚柱丝杠精度测量的安装、检测和调整的闭环设计，可以精确测量行星滚柱丝杠的螺距精度、导程精度、定位精度、重复定位精度及不确定度。对行星滚柱丝杠的健康管理和优化设计提供了技术支撑。
4.为解决上述问题，本发明提供了一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法，主要包括：床身、电机、电机支架、联轴器、驱动顶尖支撑座、驱动顶尖、圆光栅传感器支撑座、圆光栅传感器、导轨副、连接板、行星滚柱丝杠螺母周向同步固定装置、尾部顶尖、尾部顶尖支座、拉压传感器连接端盖、拉压传感器连接柱、拉压力传感器、拉压力传感器支架、滚珠丝杠副、直线光栅传感器、控制柜和上位机。
5.所述电机支架一安装至床身上，所述伺服电机安装在电机支架上，所述联轴器一安装在伺服电机上，所述驱动顶尖支座安装在床身上，所述驱动顶尖安装在驱动顶尖支座上并与联轴器一相连接，所述圆光栅传感器读数头支架安装在驱动顶尖支座上，所述圆光栅传感器读数头安装在圆光栅传感器读数头支架上，所述圆光栅传感器支架安装在驱动顶尖上，所述圆光栅传感器安装在圆光栅传感器支架上，所述扭矩传递杆安装在驱动顶尖上，所述丝杆夹持及扭矩传递装置安装在扭矩传递杆上；被测行星滚柱丝杠安装于行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置与丝杆夹持及扭矩传递装置之间。
6.所述行星滚柱丝杠副丝杆夹头安装在丝杆夹持及扭矩传递装置上，所述调整螺杆安装在行星滚柱丝杠副丝杆夹头上，所述连接板安装在导轨副的滑块上，所述行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置安装在连接板上，所述连接板安装在导轨副的滑块上，所述尾部顶尖支座安装在连接板上，所述尾部顶尖安装在尾部顶尖支座上，所述拉压传感器连接端盖安装在尾部顶尖支座上，所述拉压传感器连接柱安装在拉压传感器连接端盖上，所述拉压传感器安装在拉压传感器安装支架上并与拉压传感器连接柱相连接，所述拉压传感器安装支架安装在导轨副的滑块上，所述连接板安装在滚珠丝杠副上，所述滚珠丝杠副安装在滚珠丝杠副轴承座上，做所述轴承座端盖安装在滚珠丝杠副轴承座上，所述联轴器二安装
在滚珠丝杠副上，所述电机支架二安装在床身上，所述滚珠丝杠副驱动电机安装在电机支架二上，所述直线光栅传感器安装在床身上，所述直线光栅传感器读数头安装在直线光栅传感器读数头支架上，所述直线光栅传感器读数头支架安装在连接板上。测试装置与上位机连接通过线缆连接。
7.上述方案中，对前驱动顶尖的结构进行了创新设计，设计了用于圆光栅传感器支架和扭矩传递杆定位安装的接口，便于拆装，且保证了圆光栅传感器、扭矩传递杆和驱动顶尖的同步转动。设计了用于行星滚柱丝杠副丝杆夹持及传动的装置，实现了对丝杆的同步夹持，在进行夹持丝杆时，两个夹持头由一个同时具备左右旋螺纹的调整螺杆进行驱动，并设计有导向作用的滑道，使丝杆在夹持时不受外力的作用，消除了丝杆受外力对其精度的影响。设计了丝杠螺母周向同步夹紧装置，一个同时具有超小螺距左右旋螺纹的调整螺杆驱动两个v型块同时向丝杠螺母靠近并进行夹持，消除了丝杠螺母在磨损时受自身重力对螺纹啮合状态的影响。在尾部顶尖加入了拉压力传感器，并与滚珠丝杠电机实现力的闭环控制，实现了行星滚柱丝杠夹持的自动化和夹持力的精确控制，保证了行星滚柱丝杠精度测试的准确性。
8.本发明的优点和效果是：采用两顶尖进行行星滚柱丝杠的安装定位，提高了定位精度，实现了行星滚柱丝杠副丝杆的同步夹持，使丝杆不受外力作用，实现了丝杠螺母的同步夹持，保证了丝杠螺母和滚柱以及丝杆的啮合姿态，可以真实的反应行星滚柱丝杠本身的性能，实现了行星滚柱丝杠夹持的自动化和夹持力的精确控制，做到了行星滚柱丝杠精度测量装置的安装、检测、调整的闭环控制，并可以自动生成相应的测试报告及精度值。
附图说明
9.图1为行星滚柱丝杠精度测量装置结构示意图。
10.图2圆光栅传感器支架结构示意图。
11.图3为行星滚柱丝杠副丝杆夹持与扭矩传递装置图。
12.图4为行星滚柱丝杠副丝杆夹持头结构示意图。
13.图5为驱动顶尖结构示意图。
14.图6为驱动力矩传递杆结构示意图。
15.图7为行星滚柱丝杠螺母夹持装置结构示意图。
16.图8为尾部顶尖结构示意图。
17.图9为量棒的结构示意图。
具体实施方式
18.见图1-8，本发明的一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法包括：床身1、驱动伺服电机2、电机支架一3、联轴器一4、驱动顶尖支座5、圆光栅传感器读数头支架6、圆光栅传感器读数头7、圆光栅传感器支架8、圆光栅传感器9、扭矩传递杆10、驱动顶尖11、丝杆夹持及扭矩传递装置12、被测行星滚柱丝杠13、行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置14、尾部顶尖15、尾部顶尖支座16、拉压传感器连接端盖17、拉压传感器连接柱18、拉压传感器19、拉压传感器安装支架20、滚珠丝杠副21、滚珠丝杠副轴承座22、联轴器二23、滚珠丝杠副驱动电机24、导轨副25、直线光栅传感器26、直线光栅传感器读数头支架27、直线光栅传感器读数
头28、连接板29、连接板30、轴承座端盖31和电机支架二32。
19.上述方案中，所述电机支架一3安装至床身1上，所述伺服电机2安装在电机支架3上，所述联轴器一4安装在伺服电机2上，所述驱动顶尖支座5安装在床身1上，所述驱动顶尖11安装在驱动顶尖支座5上并与联轴器一4相连接，所述圆光栅传感器读数头支架6安装在驱动顶尖支座5上，所述圆光栅传感器读数头7安装在圆光栅传感器读数头支架6上，所述圆光栅传感器支架8安装在驱动顶尖11上，所述圆光栅传感器9安装在圆光栅传感器支架8上，所述扭矩传递杆10安装在驱动顶尖11上，所述丝杆夹持及扭矩传递装置12安装在扭矩传递杆10上；被测行星滚柱丝杠13安装于行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置14与丝杆夹持及扭矩传递装置12之间。
20.所述行星滚柱丝杠副丝杆夹头33安装在丝杆夹持及扭矩传递装置12上，所述调整螺杆34安装在行星滚柱丝杠副丝杆夹头33上，所述连接板29安装在导轨副25的滑块上，所述行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置14安装在连接板29上，所述连接板30安装在导轨副25的滑块上，所述尾部顶尖支座16安装在连接板30上，所述尾部顶尖15安装在尾部顶尖支座16上，所述拉压传感器连接端盖17安装在尾部顶尖支座16上，所述拉压传感器连接柱18安装在拉压传感器连接端盖17上，所述拉压传感器19安装在拉压传感器安装支架20上并与拉压传感器连接柱18相连接，所述拉压传感器安装支架20安装在导轨副25的滑块上，所述连接板30安装在滚珠丝杠副21上，所述滚珠丝杠副21安装在滚珠丝杠副轴承座22上，做所述轴承座端盖31安装在滚珠丝杠副轴承座22上，所述联轴器二23安装在滚珠丝杠副21上，所述电机支架二32安装在床身1上，所述滚珠丝杠副驱动电机24安装在电机支架二32上，所述直线光栅传感器26安装在床身1上，所述直线光栅传感器读数头28安装在直线光栅传感器读数头支架27上，所述直线光栅传感器读数头支架27安装在连接板29上。测试装置与上位机连接通过线缆连接。
21.实际操作时，量棒夹持在两个顶尖之间，以床身上的底面和侧母线为基准，对两个顶尖的中心高进行调整，分别测量量棒的上母线和侧母线与床身底面基准的平行度并进行调整，然后，测量驱动顶尖一端的圆跳动，再以这一端基准面为基准测量尾部顶尖的圆跳动并进行调整，确保两顶尖的中心线等高并且有很高的同轴度。在调整好两顶尖的同轴度之后，对行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的安装高度进行调整，保证行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的中心与两顶尖形成轴线的同轴度。松开顶尖，取下量棒，被测丝杠安装在两顶尖之间，待后顶尖接触到被测行星滚柱丝杠时，拉压传感所在的滑块进行锁定，设定尾部顶尖的夹持力，滚珠丝杠副驱动电机会驱动滚珠丝杠副运动，当达到设定的力值时，滚珠丝杠副会停止并抱闸，这样就实现了尾部顶尖夹持力的可控。调整行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的调整螺栓，驱动两个v型块同时靠近行星滚柱丝杠螺母并进行抱紧，不会改变行星滚柱丝杠螺母的受力状态，保证了测量的准确性。再被测行星滚柱丝杠安装好后，启动行星滚柱丝杠测量控制软件，驱动伺服电机运转，行星滚柱丝杠螺母运行至零位，点击行星滚柱丝杠测量控制软件上的相应的测量功能，便可开始测量。在测量过程中，采集软件会记录测量数据，并自动进行运算，形成相应的测量报告，可在可视化界面上显示相应的测量精度。
22.最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明装置的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明装置进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；
其依然可以对实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等效替换；而这些修改或等效替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明装置实施例技术方案的精神范围。

技术特征：
1.一种行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，包括：床身、电机、电机支架、联轴器、驱动顶尖支撑座、驱动顶尖、圆光栅传感器支撑座、圆光栅传感器、导轨副、连接板、行星滚柱丝杠螺母周向同步固定装置、尾部顶尖、尾部顶尖支座、拉压传感器连接端盖、拉压传感器连接柱、拉压力传感器、拉压力传感器支架、滚珠丝杠副、直线光栅传感器；所述电机支架一安装至床身上，所述伺服电机安装在电机支架上，所述联轴器一安装在伺服电机上，所述驱动顶尖支座安装在床身上，所述驱动顶尖安装在驱动顶尖支座上并与联轴器一相连接，所述圆光栅传感器读数头支架安装在驱动顶尖支座上，所述圆光栅传感器读数头安装在圆光栅传感器读数头支架上，所述圆光栅传感器支架安装在驱动顶尖上，所述圆光栅传感器安装在圆光栅传感器支架上，所述扭矩传递杆安装在驱动顶尖上，所述丝杆夹持及扭矩传递装置安装在扭矩传递杆上；被测行星滚柱丝杠安装于行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置与丝杆夹持及扭矩传递装置之间；所述行星滚柱丝杠副丝杆夹头安装在丝杆夹持及扭矩传递装置上，所述调整螺杆安装在行星滚柱丝杠副丝杆夹头上，所述连接板安装在导轨副的滑块上，所述行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置安装在连接板上，所述连接板安装在导轨副的滑块上，所述尾部顶尖支座安装在连接板上，所述尾部顶尖安装在尾部顶尖支座上，所述拉压传感器连接端盖安装在尾部顶尖支座上，所述拉压传感器连接柱安装在拉压传感器连接端盖上，所述拉压传感器安装在拉压传感器安装支架上并与拉压传感器连接柱相连接，所述拉压传感器安装支架安装在导轨副的滑块上，所述连接板安装在滚珠丝杠副上，所述滚珠丝杠副安装在滚珠丝杠副轴承座上，做所述轴承座端盖安装在滚珠丝杠副轴承座上，所述联轴器二安装在滚珠丝杠副上，所述电机支架二安装在床身上，所述滚珠丝杠副驱动电机安装在电机支架二上，所述直线光栅传感器安装在床身上，所述直线光栅传感器读数头安装在直线光栅传感器读数头支架上，所述直线光栅传感器读数头支架安装在连接板上；测试装置与上位机连接通过线缆连接。2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，用于圆光栅传感器支架和扭矩传递杆定位安装的接口，保证圆光栅传感器、扭矩传递杆和驱动顶尖的同步转动。3.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，用于行星滚柱丝杠副丝杆夹持及传动的装置，对丝杆的同步夹持，在进行夹持丝杆时，两个夹持头由一个同时具备左右旋螺纹的调整螺杆进行驱动，并设计有导向作用的滑道，使丝杆在夹持时不受外力的作用，消除了丝杆受外力对其精度的影响。4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，丝杠螺母周向同步夹紧装置，具有螺距左右旋螺纹的调整螺杆驱动两个v型块同时向丝杠螺母靠近并进行夹持，消除丝杠螺母在磨损时受自身重力对螺纹啮合影响。5.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，在尾部顶尖加入拉压力传感器，并与滚珠丝杠电机实现力的闭环控制，实现了行星滚柱丝杠夹持的自动化和夹持力的精确控制，保证行星滚柱丝杠精度测试的准确性。6.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠的精度测量装置，其特征在于，实际操作时，量棒夹持在两个顶尖之间，以床身上的底面和侧母线为基准，对两个顶尖的中心高进行调整，分别测量量棒的上母线和侧母线与床身底面基准的平行度并进行调整，然后，测量驱动顶
尖一端的圆跳动，再以这一端基准面为基准测量尾部顶尖的圆跳动并进行调整，确保两顶尖的中心线等高并且有很高的同轴度；在调整好两顶尖的同轴度之后，对行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的安装高度进行调整，保证行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的中心与两顶尖形成轴线的同轴度；松开顶尖，取下量棒，被测丝杠安装在两顶尖之间，待后顶尖接触到被测行星滚柱丝杠时，拉压传感所在的滑块进行锁定，设定尾部顶尖的夹持力，滚珠丝杠副驱动电机会驱动滚珠丝杠副运动，当达到设定的力值时，滚珠丝杠副会停止并抱闸，实现尾部顶尖夹持力的可控；调整行星滚柱丝杠螺母周向同步夹持装置的调整螺栓，驱动两个v型块同时靠近行星滚柱丝杠螺母并进行抱紧，不改变行星滚柱丝杠螺母的受力状态；再被测行星滚柱丝杠安装好后，启动行星滚柱丝杠测量控制软件，驱动伺服电机运转，行星滚柱丝杠螺母运行至零位，点击行星滚柱丝杠测量控制软件上的相应的测量功能，便可开始测量；在测量过程中，采集软件会记录测量数据，并自动进行运算，形成相应的测量报告，在可视化界面上显示相应的测量精度。

技术总结
本发明公开了一种行星滚柱丝杠的精度测量装置及方法，包括：床身、电机、电机支架、联轴器、驱动顶尖支撑座、驱动顶尖、圆光栅传感器支撑座、圆光栅传感器、导轨副、连接板、行星滚柱丝杠螺母周向同步固定装置、尾部顶尖、尾部顶尖支座、拉压传感器连接端盖、拉压传感器连接柱、拉压力传感器、拉压力传感器支架、滚珠丝杠副、直线光栅传感器、控制柜和上位机。前后顶尖对行星滚柱丝杠进行定位安装，双向同步移动的V型块对行星滚柱丝杠螺母进行夹持。力矩传递工装将驱动顶尖的驱动力矩传递到行星滚柱丝杠副的丝杆上驱动行星滚柱丝杠螺母进行直线运动，双向同步移动夹持装置对行星滚柱丝杠副的丝杆进行夹持，提升测量通用性。提升测量通用性。提升测量通用性。


技术研发人员：赵永胜 陈魁 李迎 吴超 闫英杰
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/21