專利名稱：滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置及其測試方法
技術領域：
本發明屬于機床導軌副領域，特別是一種滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置及測試方法。
背景技術：
機床導軌作為現代數控機床進給系統中關鍵的核心部件，其結合部的動態特性在很大程度上影響著數控機床的剛度、精度以及精度保持性。因此為實現機床結構動態優化設計，提高機床整體性能，對機床導軌結合部動態特性參數測試方法的研究具有十分重要的意義。而滾滑復合導軌作為一種同時具有滾動導軌的摩擦阻力小，運動性能優良，又具有滑動導軌承載能力強、抗振性能好的新型導軌，其結構中由于同時存在滾動結合面和滑動結合面，接觸狀態復雜，且其結合部的動力學特性往往也是機床進給系統中的薄弱環節，因此發明一種測試原理正確，結構簡單且測試精度高的滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試測試裝置及測試方法對普及推廣使用這種新型導軌具有十分重要的意義。文獻1:中國專利:滑動導軌結合面動態特性參數測試裝置及其測試方法，申請號:201010622646.5和文獻2:中國專利:滑動結合面動態特性測試裝置及測試方法，申請號:CN201010617228.7，均是在建立了的等效單自由度基礎上，人為的消除基礎位移的影響來對兩個相同的結合面(滑動結合面)進行參數辨識，且未考慮進一步的識別所用模態的模態質量，對所識別的動態特性參數存在較大誤差；且所用的測試裝置未能提出調整測試平臺水平及消除外界環境激勵對測試平臺影響的方法，使得測試裝置不能很好的滿足測試原理所提出的要求，從而進一步的產生了原理誤差。文獻3:中國專利:滾動導軌結合面動態特性參數測試裝置及其測試方法，申請號:2010560911.1和文獻4:中國專利:滾動導軌結合面動態特性參數識別系統及識別方法，申請號:201010298969.3，均是在建立了的等效單自由度基礎上，人為的消除基礎位移的影響來對兩個相同的結合面(滾動結合面)進行參數辨識，且未考慮進一步的識別所用模態的模態質量，對所識別的動態特性參數存在較大誤差；且所用的測試裝置未能提出調整測試平臺水平及消除外界環境激勵對測試平臺影響的方法，使得測試裝置不能很好的滿足測試原理所提出的要求，從而進一步的產生了原理誤差。由上可知，現有技術中存在的原理誤差和外界激勵的干擾均對滾滑復合導軌結合部動態特性參數的準確識別產生消極的影響。
發明內容
本發明所解決的技術問題在于提供一種滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置及測試方法。實現本發明目的的技術解決方案為:一種滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置，其特征在于，包括測試平臺和數據采集與分析系統，所述的測試平臺包括滾滑復合導軌、底座、墊鐵、支架、工作臺、法向加載機構；上述滾滑復合導軌包括上滑塊和承導件，上滑塊沿導軌長度方向設置在承導件上；所述的數據采集與分析系統包括三向加速度傳感器、激振器、阻抗頭、功率放大器、數據采集器、電荷放大器和電腦；所述底座的下方設置四塊墊鐵,底座上表面設置有一個凹槽，凹槽的兩側面相互平行，每個側面均設置一個滾滑復合導軌承導件，所述兩個滾滑復合導軌承導件鏡像布置，并通過螺釘固定于凹槽底面；每個滾滑復合導軌承導件上均設置一個上滑塊，上述兩個上滑塊與工作臺固連，所述工作臺重心與底座重心處于同一條豎直線上；工作臺與底座之間沿導軌長度方向設置兩個法向加載機構，該兩個法向加載機構關于工作臺重心豎直線對稱，所述的法向加載機構貫穿工作臺，法向加載機構的下端插入底座的凹槽下表面，每個法向加載機構均包括施力螺栓、墊圈、橡膠彈簧，其中橡膠彈簧套在施力螺栓上，二者之間設置墊圈；激振器通過彈性繩懸掛在支架上，激振器的下端通過剛性桿連接阻抗頭，測量時阻抗頭通過下端的強力磁頭吸附在工作臺上表面的中心位置，三向加速度傳感器通過吸盤分別安裝在工作臺和滾滑復合導軌承導件上，阻抗頭的力信號輸出端和三向加速度傳感器輸出端均與電荷放大器的輸入端相連，電荷放大器輸出端與數據米集器輸入端相連，數據采集器的USB端口與電腦通過USB數據線相連，功率放大器的輸入端與數據采集器的輸出端相連，功率放大器的輸出端與激振器的輸入端相連。一種滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置的測試方法，包括以下步驟:步驟1、安裝測試平臺；將底座安裝于四塊墊鐵上，通過調整墊鐵使底座上表面保持水平，將待測試的兩個滾滑復合導軌通過螺釘固連在底座上表面的凹槽內，并通過螺釘連接工作臺和上滑塊，最后安裝法向加載機構，并在施力螺栓上加上墊圈和橡膠彈簧，測試過程中通過扭矩扳手調節施力螺栓對滾滑復合導軌結合部施加法向載荷；步驟2、安裝數據采集及分析系統；測試滾滑復合導軌結合部動態性參數時在工作臺和滾滑復合導軌承導件上表面設置三向加速度傳感器，然后通過數據線將阻抗頭的力信號輸出端和三向加速度傳感器輸出端與電荷放大器的輸入端相連，電荷放大器輸出端與數據采集器輸入端相連，再將數據采集器的USB端口與電腦通過USB數據線相連，功率放大器的輸入端與數據米集器的輸出端相連，功率放大器的輸出端與激振器的輸入端相連；步驟3、設置測試參數，具體為:確定頻率掃描范圍，電荷放大器的放大倍數、功率放大器的電流和電壓、阻抗頭力傳感器和三向加速度傳感器的矯正因子；步驟4、開始測試，測試完成，保存數據；步驟5、根據步驟5測試得到的工作臺和上滑塊組成的移動部件加速度頻響函數Ha ^(jco)、滾滑復合導軌承導件和底座組成的基礎加速度頻響函數Hal2 (jco)數據，在Matlab中計算得到移動部件位移頻響函數Hdll (j ω)和基礎位移頻響函數Hdl2(j ω)，通過冪基多項式擬合后，對移動部件位移頻響函數Hdll (j ω)和基礎位移頻響函數Hdl2 (j ω)分子分母除以(HlllIl2),從而得到位移頻響函數:
權利要求
1.一種滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置，其特征在于，包括測試平臺和數據采集與分析系統，所述的測試平臺包括滾滑復合導軌、底座[3]、墊鐵[4]、支架[5]、工作臺[7]、法向加載機構[8];上述滾滑復合導軌包括上滑塊[I]和承導件[2]，上滑塊[I]沿導軌長度方向設置在承導件[2]上；所述的數據采集與分析系統包括三向加速度傳感器[6]、激振器[9]、阻抗頭[10]、功率放大器[11]、數據米集器[12]、電荷放大器[13]和電腦[14]； 所述底座[3]的下方設置四塊墊鐵[4],底座上表面設置有一個凹槽,凹槽的兩側面相互平行，每個側面均設置一個滾滑復合導軌承導件[2]，所述兩個滾滑復合導軌承導件[2]鏡像布置，并通過螺釘固定于凹槽底面；每個滾滑復合導軌承導件[2]上均設置一個上滑塊[I]，上述兩個上滑塊[I]與工作臺[7]相固連，所述工作臺重心與底座重心處于同一條豎直線上；工作臺[7]與底座[3]之間沿導軌長度方向設置兩個法向加載機構[8]，該兩個法向加載機構[8]關于工作臺[7]重心豎直線對稱，所述的法向加載機構[8]貫穿工作臺[7]，法向加載機構[8]的下端插入底座[3]的凹槽下表面，每個法向加載機構[8]均包括施力螺栓[802]、墊圈[801]、橡膠彈簧[803]，其中橡膠彈簧[803]套在施力螺栓[802]上，二者之間設置墊圈[801]； 激振器[9]通過彈性繩懸掛在支架[5]上，激振器[9]的下端通過剛性桿連接阻抗頭[10]，測量時阻抗頭通過下端的強力磁頭吸附在工作臺[7]上表面的中心位置，三向加速度傳感器[6]通過吸盤分別安裝在工作臺[7]和滾滑復合導軌承導件[2]上，阻抗頭[10]的力信號輸出端和三向加速度傳感器[6]輸出端均與電荷放大器[13]的輸入端相連，電荷放大器[13]輸出端與數據采集器[12]輸入端相連，數據采集器[12]的USB端口與電腦[14]通過USB數據線相連，功率放大器[11]的輸入端與數據采集器[12]的輸出端相連，功率放大器[11]的輸出端與激振器[9]的輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的滾滑復合導軌結合部動態特性測試裝置，其特征在于，底座[3]凹槽底面中心開有與施力螺栓[802]配合的螺紋孔，使得法向加載機構[8]的載荷可調。
3.根據權利要求1或2所述的滾滑復合導軌結合部動態特性測試裝置，其特征在于，位于工作臺的上表面的三向加速度傳感器[6]數量為4 12個，位于滾滑復合導軌承載件[2]上的加速度傳感器[6]數量為4 8個。
4.一種基于權利要求1所述滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、安裝測試平臺；將底座[3]安裝于四塊墊鐵[4]上，通過調整墊鐵[4]使底座[3]上表面保持水平，將待測試的兩個滾滑復合導軌通過螺釘固連在底座上表面的凹槽內，并通過螺釘連接工作臺[7]和上滑塊[2]，最后安裝法向加載機構[8]，并在施力螺栓[802]上加上墊圈[801]和橡膠彈簧[803]，測試過程中通過扭矩扳手調節施力螺栓對滾滑復合導軌結合部施加法向載荷； 步驟2、安裝數據采集及分析系統；測試滾滑復合導軌結合部動態性參數時在工作臺[3]和滾滑復合導軌承導件[2]上表面設置三向加速度傳感器[6]，然后通過數據線將阻抗頭[10]的力信號輸出端和三向加速度傳感器[6]輸出端與電荷放大器[13]的輸入端相連，電荷放大器[13]輸出端與數 據采集器[12]輸入端相連，再將數據采集器[12]的USB端口與電腦[14]通過USB數據線相連，功率放大器[13]的輸入端與數據采集器[12]的輸出端相連，功率放大器[13]的輸出端與激振器[9]的輸入端相連； 步驟3、設置測試參數，具體為:確定頻率掃描范圍，電荷放大器[13]的放大倍數、功率放大器[13]的電流和電壓、阻抗頭[10]力傳感器和三向加速度傳感器[6]的矯正因子；步驟4、開始測試，測試完成，保存數據； 步驟5、根據步驟5測試得到的工作臺[7]和上滑塊[I]組成的移動部件加速度頻響函數Hall (jco)、滾滑復合導軌承導件[2]和底座[3]組成的基礎加速度頻響函數Hal2 (jco)數據，在Matlab中計算得到移動部件位移頻響函數Hdll (j ω)和基礎位移頻響函數Hdl2 (j ω)，通過冪基多項式擬合后，對移動部件位移頻響函數Hdll (j ω)和基礎位移頻響函數Hdl2(j ω)分子分母除以(HlllIl2),從而得到位移頻響函數:
全文摘要
本發明公開了一種基于雙自由度系統的滾滑復合導軌結合部動態特性參數測試裝置及測試方法。測試裝置包括測試平臺和數據采集及分析系統。本發明與現有技術相比，其顯著優點是將測試平臺簡化為雙自由度系統，更加接近測試平臺本身自由度，減少了原理誤差，降低了測試復雜程度，容易更加準確的獲取移動部件和基礎的動態特性測試信號；考慮基礎位移的影響，并設置四個墊鐵調整測試平臺的平穩性，并進一步消除外界環境激勵對測試裝置的影響，提高了測試精度；通過直接測試滾滑復合導軌結合部的動態特性參數，減小了結合部中個復雜結合面的影響，提高了參數測試的準確性。
文檔編號G01M7/06GK103217267SQ20131010391
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者汪振華, 楊堯, 袁軍堂, 程寓, 胡小秋 申請人:南京理工大學