专利名称：滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明属于机床导轨副领域，特别是一种滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置及测试方法。
背景技术：
机床导轨作为现代数控机床进给系统中关键的核心部件，其结合部的动态特性在很大程度上影响着数控机床的刚度、精度以及精度保持性。因此为实现机床结构动态优化设计，提高机床整体性能，对机床导轨结合部动态特性参数测试方法的研究具有十分重要的意义。而滚滑复合导轨作为一种同时具有滚动导轨的摩擦阻力小，运动性能优良，又具有滑动导轨承载能力强、抗振性能好的新型导轨，其结构中由于同时存在滚动结合面和滑动结合面，接触状态复杂，且其结合部的动力学特性往往也是机床进给系统中的薄弱环节，因此发明一种测试原理正确，结构简单且测试精度高的滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试测试装置及测试方法对普及推广使用这种新型导轨具有十分重要的意义。文献1:中国专利:滑动导轨结合面动态特性参数测试装置及其测试方法，申请号:201010622646.5和文献2:中国专利:滑动结合面动态特性测试装置及测试方法，申请号:CN201010617228.7，均是在建立了的等效单自由度基础上，人为的消除基础位移的影响来对两个相同的结合面(滑动结合面)进行参数辨识，且未考虑进一步的识别所用模态的模态质量，对所识别的动态特性参数存在较大误差；且所用的测试装置未能提出调整测试平台水平及消除外界环境激励对测试平台影响的方法，使得测试装置不能很好的满足测试原理所提出的要求，从而进一步的产生了原理误差。文献3:中国专利:滚动导轨结合面动态特性参数测试装置及其测试方法，申请号:2010560911.1和文献4:中国专利:滚动导轨结合面动态特性参数识别系统及识别方法，申请号:201010298969.3，均是在建立了的等效单自由度基础上，人为的消除基础位移的影响来对两个相同的结合面(滚动结合面)进行参数辨识，且未考虑进一步的识别所用模态的模态质量，对所识别的动态特性参数存在较大误差；且所用的测试装置未能提出调整测试平台水平及消除外界环境激励对测试平台影响的方法，使得测试装置不能很好的满足测试原理所提出的要求，从而进一步的产生了原理误差。由上可知，现有技术中存在的原理误差和外界激励的干扰均对滚滑复合导轨结合部动态特性参数的准确识别产生消极的影响。

发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置及测试方法。实现本发明目的的技术解决方案为:一种滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置，其特征在于，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述的测试平台包括滚滑复合导轨、底座、垫铁、支架、工作台、法向加载机构；上述滚滑复合导轨包括上滑块和承导件，上滑块沿导轨长度方向设置在承导件上；所述的数据采集与分析系统包括三向加速度传感器、激振器、阻抗头、功率放大器、数据采集器、电荷放大器和电脑；所述底座的下方设置四块垫铁,底座上表面设置有一个凹槽，凹槽的两侧面相互平行，每个侧面均设置一个滚滑复合导轨承导件，所述两个滚滑复合导轨承导件镜像布置，并通过螺钉固定于凹槽底面；每个滚滑复合导轨承导件上均设置一个上滑块，上述两个上滑块与工作台固连，所述工作台重心与底座重心处于同一条竖直线上；工作台与底座之间沿导轨长度方向设置两个法向加载机构，该两个法向加载机构关于工作台重心竖直线对称，所述的法向加载机构贯穿工作台，法向加载机构的下端插入底座的凹槽下表面，每个法向加载机构均包括施力螺栓、垫圈、橡胶弹簧，其中橡胶弹簧套在施力螺栓上，二者之间设置垫圈；激振器通过弹性绳悬挂在支架上，激振器的下端通过刚性杆连接阻抗头，测量时阻抗头通过下端的强力磁头吸附在工作台上表面的中心位置，三向加速度传感器通过吸盘分别安装在工作台和滚滑复合导轨承导件上，阻抗头的力信号输出端和三向加速度传感器输出端均与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器输出端与数据米集器输入端相连，数据采集器的USB端口与电脑通过USB数据线相连，功率放大器的输入端与数据采集器的输出端相连，功率放大器的输出端与激振器的输入端相连。一种滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置的测试方法，包括以下步骤:步骤1、安装测试平台；将底座安装于四块垫铁上，通过调整垫铁使底座上表面保持水平，将待测试的两个滚滑复合导轨通过螺钉固连在底座上表面的凹槽内，并通过螺钉连接工作台和上滑块，最后安装法向加载机构，并在施力螺栓上加上垫圈和橡胶弹簧，测试过程中通过扭矩扳手调节施力螺栓对滚滑复合导轨结合部施加法向载荷；步骤2、安装数据采集及分析系统；测试滚滑复合导轨结合部动态性参数时在工作台和滚滑复合导轨承导件上表面设置三向加速度传感器，然后通过数据线将阻抗头的力信号输出端和三向加速度传感器输出端与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器输出端与数据采集器输入端相连，再将数据采集器的USB端口与电脑通过USB数据线相连，功率放大器的输入端与数据米集器的输出端相连，功率放大器的输出端与激振器的输入端相连；步骤3、设置测试参数，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器的放大倍数、功率放大器的电流和电压、阻抗头力传感器和三向加速度传感器的矫正因子；步骤4、开始测试，测试完成，保存数据；步骤5、根据步骤5测试得到的工作台和上滑块组成的移动部件加速度频响函数Ha ^(jco)、滚滑复合导轨承导件和底座组成的基础加速度频响函数Hal2 (jco)数据，在Matlab中计算得到移动部件位移频响函数Hdll (j ω)和基础位移频响函数Hdl2(j ω)，通过幂基多项式拟合后，对移动部件位移频响函数Hdll (j ω)和基础位移频响函数Hdl2 (j ω)分子分母除以(HlllIl2),从而得到位移频响函数:
权利要求
1.一种滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置，其特征在于，包括测试平台和数据采集与分析系统，所述的测试平台包括滚滑复合导轨、底座[3]、垫铁[4]、支架[5]、工作台[7]、法向加载机构[8];上述滚滑复合导轨包括上滑块[I]和承导件[2]，上滑块[I]沿导轨长度方向设置在承导件[2]上；所述的数据采集与分析系统包括三向加速度传感器[6]、激振器[9]、阻抗头[10]、功率放大器[11]、数据米集器[12]、电荷放大器[13]和电脑[14]； 所述底座[3]的下方设置四块垫铁[4],底座上表面设置有一个凹槽,凹槽的两侧面相互平行，每个侧面均设置一个滚滑复合导轨承导件[2]，所述两个滚滑复合导轨承导件[2]镜像布置，并通过螺钉固定于凹槽底面；每个滚滑复合导轨承导件[2]上均设置一个上滑块[I]，上述两个上滑块[I]与工作台[7]相固连，所述工作台重心与底座重心处于同一条竖直线上；工作台[7]与底座[3]之间沿导轨长度方向设置两个法向加载机构[8]，该两个法向加载机构[8]关于工作台[7]重心竖直线对称，所述的法向加载机构[8]贯穿工作台[7]，法向加载机构[8]的下端插入底座[3]的凹槽下表面，每个法向加载机构[8]均包括施力螺栓[802]、垫圈[801]、橡胶弹簧[803]，其中橡胶弹簧[803]套在施力螺栓[802]上，二者之间设置垫圈[801]； 激振器[9]通过弹性绳悬挂在支架[5]上，激振器[9]的下端通过刚性杆连接阻抗头[10]，测量时阻抗头通过下端的强力磁头吸附在工作台[7]上表面的中心位置，三向加速度传感器[6]通过吸盘分别安装在工作台[7]和滚滑复合导轨承导件[2]上，阻抗头[10]的力信号输出端和三向加速度传感器[6]输出端均与电荷放大器[13]的输入端相连，电荷放大器[13]输出端与数据采集器[12]输入端相连，数据采集器[12]的USB端口与电脑[14]通过USB数据线相连，功率放大器[11]的输入端与数据采集器[12]的输出端相连，功率放大器[11]的输出端与激振器[9]的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的滚滑复合导轨结合部动态特性测试装置，其特征在于，底座[3]凹槽底面中心开有与施力螺栓[802]配合的螺纹孔，使得法向加载机构[8]的载荷可调。
3.根据权利要求1或2所述的滚滑复合导轨结合部动态特性测试装置，其特征在于，位于工作台的上表面的三向加速度传感器[6]数量为4 12个，位于滚滑复合导轨承载件[2]上的加速度传感器[6]数量为4 8个。
4.一种基于权利要求1所述滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、安装测试平台；将底座[3]安装于四块垫铁[4]上，通过调整垫铁[4]使底座[3]上表面保持水平，将待测试的两个滚滑复合导轨通过螺钉固连在底座上表面的凹槽内，并通过螺钉连接工作台[7]和上滑块[2]，最后安装法向加载机构[8]，并在施力螺栓[802]上加上垫圈[801]和橡胶弹簧[803]，测试过程中通过扭矩扳手调节施力螺栓对滚滑复合导轨结合部施加法向载荷； 步骤2、安装数据采集及分析系统；测试滚滑复合导轨结合部动态性参数时在工作台[3]和滚滑复合导轨承导件[2]上表面设置三向加速度传感器[6]，然后通过数据线将阻抗头[10]的力信号输出端和三向加速度传感器[6]输出端与电荷放大器[13]的输入端相连，电荷放大器[13]输出端与数 据采集器[12]输入端相连，再将数据采集器[12]的USB端口与电脑[14]通过USB数据线相连，功率放大器[13]的输入端与数据采集器[12]的输出端相连，功率放大器[13]的输出端与激振器[9]的输入端相连； 步骤3、设置测试参数，具体为:确定频率扫描范围，电荷放大器[13]的放大倍数、功率放大器[13]的电流和电压、阻抗头[10]力传感器和三向加速度传感器[6]的矫正因子；步骤4、开始测试，测试完成，保存数据； 步骤5、根据步骤5测试得到的工作台[7]和上滑块[I]组成的移动部件加速度频响函数Hall (jco)、滚滑复合导轨承导件[2]和底座[3]组成的基础加速度频响函数Hal2 (jco)数据，在Matlab中计算得到移动部件位移频响函数Hdll (j ω)和基础位移频响函数Hdl2 (j ω)，通过幂基多项式拟合后，对移动部件位移频响函数Hdll (j ω)和基础位移频响函数Hdl2(j ω)分子分母除以(HlllIl2),从而得到位移频响函数:
全文摘要
本发明公开了一种基于双自由度系统的滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试装置及测试方法。测试装置包括测试平台和数据采集及分析系统。本发明与现有技术相比，其显著优点是将测试平台简化为双自由度系统，更加接近测试平台本身自由度，减少了原理误差，降低了测试复杂程度，容易更加准确的获取移动部件和基础的动态特性测试信号；考虑基础位移的影响，并设置四个垫铁调整测试平台的平稳性，并进一步消除外界环境激励对测试装置的影响，提高了测试精度；通过直接测试滚滑复合导轨结合部的动态特性参数，减小了结合部中个复杂结合面的影响，提高了参数测试的准确性。
文档编号G01M7/06GK103217267SQ20131010391
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者汪振华, 杨尧, 袁军堂, 程寓, 胡小秋 申请人:南京理工大学