手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置及方法与流程

本发明属于滚珠丝杠副性能测试领域，特别是一种手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置及方法。
背景技术：
：滚珠丝杠副的摩擦扭矩是指各种阻碍滚珠和丝杠运动摩擦因素所构成的阻扭矩，它反映了滚珠丝杠副的摩擦特性，是滚珠丝杠副重要性能之一，在滚珠丝杠副设计时经常作为优化目标之一加以考虑。目前，摩擦扭矩的检测是通过静态摩擦扭矩传感器进行测量，在测量时需要在工作台上安装推动装置。在丝杠转动时，推动装置给予工作滑台运动的推/拉力，将螺母与工作滑台完全分离。螺母上连接一个传力臂，传力臂的另一端搭在静态扭矩传感器的测力杆上，限制螺母自由转动的同时将摩擦扭矩传递到转矩传感器上。这种测量方法所需装置的占地空间大，装置繁琐，不适合在工况复杂的测量环境下使用。机床现场测量时由于其结构特点，无法安装相关测量装置，所以机床摩擦扭矩的现场测量技术较为空缺。另外，这种测量方法是间接测量，测得的数据不是滚珠丝杠副自身的摩擦转矩值，需要经过理论计算来求得，其换算需要考虑测量结构的具体尺寸，计算得到的最终值容易产生误差。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于提供一种机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置及方法，提高滚珠丝杠副摩擦扭矩的测量精度和测量效率，解决现有测量装置局限性。实现本发明目的的技术解决方案为：一种手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置，其特征在于，包括用于测量滚珠丝杠副摩擦扭矩的摩擦扭矩传感器、用于防止滚珠丝杠副旋转的丝杠防转装置以及用于连接摩擦扭矩传感器与丝杠防转装置的手柄；丝杠防转装置为u型结构，以实现无需拆卸滚珠丝杠副即可进行装配；丝杠防转装置设置于待测滚珠丝杠副的螺母法兰上，手柄的一端连接丝杠防转装置，另一端连接摩擦扭矩传感器。基于上述测量装置的测量方法，包括以下步骤：步骤1、调整测量装置的手柄与丝杠防转装置同平面且同轴并紧固，调整摩擦扭矩传感器使其轴线与待测滚珠丝杠副的轴线平行，并紧固摩擦扭矩传感器与手柄；步骤2、将测量装置的丝杠防转装置卡入滚珠丝杠副的螺母法兰处并固定；步骤3、将摩擦扭矩传感器连接工控机；步骤4、手握摩擦扭矩传感器的感应部位，并使在待测滚珠丝杠副运行过程中测量装置只沿滚珠丝杠副轴向进行移动，对某一批次m根待测滚珠丝杠副分别进行n次正反摩擦扭矩测量实验，由工控机记录测得的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩；步骤5、根据记录采集到的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩，获取单根待测滚珠丝杠副正、反向摩擦扭矩各自的均值及正、反向摩擦扭矩的偏差，以此评价单根待测滚珠丝杠副的性能；由此再获取该批次待测滚珠丝杠副的正、反向摩擦扭矩中值及偏差，以此反映该批次待测滚珠丝杠副的离散程度。本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明测量装置方便携带，体积小，手持式设计可以满足在多种工况下测量；2)本发明解决了机床上无法对滚珠丝杠副进行摩擦扭矩现场测量的问题，填补了目前机床用摩擦扭矩测量装置的空白；3)本发明滚珠丝杠副摩擦扭矩测量装置、方法简单易行；4)本发明提高了滚珠丝杠副摩擦扭矩测量精度和测量效率。下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。附图说明图1为本发明手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置示意图。具体实施方式结合图1，本发明手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置，包括用于测量滚珠丝杠副摩擦扭矩的摩擦扭矩传感器1、用于防止滚珠丝杠副旋转的丝杠防转装置3以及用于连接摩擦扭矩传感器1与丝杠防转装置3的手柄2；丝杠防转装置3为u型结构，以实现无需拆卸待测滚珠丝杠副即可进行装配；丝杠防转装置3设置于待测滚珠丝杠副的螺母法兰上，手柄2的一端连接丝杠防转装置3，另一端连接摩擦扭矩传感器1。进一步优选地，所述手柄2与丝杠防转装置3位于同一水平面，且同轴设置。进一步优选地，所述摩擦扭矩传感器1的轴线与待测滚珠丝杠的轴线平行。基于上述手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：步骤1、调整测量装置的手柄与丝杠防转装置同平面且同轴并紧固，调整摩擦扭矩传感器使其轴线与待测滚珠丝杠副的轴线平行，并紧固摩擦扭矩传感器与手柄；步骤2、将测量装置的丝杠防转装置卡入滚珠丝杠副的螺母法兰处并固定；步骤3、将摩擦扭矩传感器连接工控机；步骤4、手握摩擦扭矩传感器的感应部位，并使在待测滚珠丝杠副运行过程中测量装置只沿滚珠丝杠副轴向进行移动，对某一批次m根待测滚珠丝杠副分别进行n次正反摩擦扭矩测量实验，由工控机记录测得的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩；步骤5、根据记录采集到的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩，获取单根待测滚珠丝杠副正、反向摩擦扭矩各自的均值及正、反向摩擦扭矩的偏差，以此评价单根待测滚珠丝杠副的性能；由此再获取该批次待测滚珠丝杠副的正、反向摩擦扭矩中值及偏差，以此反映该批次待测滚珠丝杠副的离散程度。进一步地，步骤5所述根据记录采集到的待测滚珠丝杠副的螺母摩擦扭矩，获取单根待测滚珠丝杠副正、反向摩擦扭矩均值及正、反向摩擦扭矩的偏差，具体为：步骤5-1、根据记录采集到的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩，获取第i根待测滚珠丝杠副的正向摩擦扭矩均值ave1i、反向摩擦扭矩均值ave2i分别为：式中，ani为第i根待测滚珠丝杠副第n次正向摩擦扭矩值，a'ni为第i根待测滚珠丝杠副第n次反向摩擦扭矩值；其中，1≤i≤m；步骤5-2、求取第i根待测滚珠丝杠副正向摩擦扭矩与反向摩擦扭矩的偏差δi，所用公式为：式中，(ave1i|，|ave2i|)min表示|ave1i|与|ave2i|中的最小值。进一步地，步骤5所述获取该批次待测滚珠丝杠副的正、反向摩擦扭矩中值及偏差，具体为：步骤5-1’、根据该批次m根待测滚珠丝杠副各自的正向摩擦扭矩均值ave1i、反向摩擦扭矩均值ave2i，获取该批次待测滚珠丝杠副的正向摩擦扭矩中值a1z、反向摩擦扭矩中值a2z分别为：式中，(ave1i)max为m根待测滚珠丝杠副正向摩擦扭矩均值中的最大值，(ave1i)min为m根待测滚珠丝杠副正向摩擦扭矩均值中的最小值，(ave2i)max为m根待测滚珠丝杠副反向摩擦扭矩均值中的最大值，(ave2i)min为m根待测滚珠丝杠副反向摩擦扭矩均值中的最小值；步骤5-2’、根据该批次所有待测滚珠丝杠副的正向摩擦扭矩均值ave1i、反向摩擦扭矩均值ave2i以及步骤5-1’获得的a1z、a2z，获取该批次待测滚珠丝杠副正向摩擦扭矩偏差a1p、反向摩擦扭矩偏差a2p分别为：下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。实施例本发明滚珠丝杠副摩擦扭矩测量装置包括摩擦扭矩传感器、与传感器相接的手柄以及与丝杠螺母法兰相接的丝杠防转装置。本实施例中，摩擦扭矩传感器采用futek的tff425静态扭矩传感器；被测滚珠丝杠副为4010丝杠。本发明的滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量方法，包括以下内容：1、调整测量装置的手柄与丝杠防转装置同平面且同轴并紧固，调整摩擦扭矩传感器使其轴线与待测滚珠丝杠副的轴线平行，并紧固摩擦扭矩传感器与手柄；2、将测量装置的丝杠防转装置卡入滚珠丝杠副的螺母法兰处并固定；3、将摩擦扭矩传感器连接工控机；4、手握摩擦扭矩传感器的感应部位，并使在待测滚珠丝杠副运行过程中测量装置只沿滚珠丝杠副轴向进行移动，对单根待测滚珠丝杠副分别进行4次正反摩擦扭矩测量实验，由工控机记录测得的待测滚珠丝杠副的摩擦扭矩；本实施例中，对单根4010丝杠在40r/min的速度下进行正反四次摩擦扭矩试验，截取部分数据如下表1所示：表1摩擦扭矩数据(n·m)正向第一次正向第二次正向第三次正向第四次反向第一次反向第二次反向第三次反向第四次1.351.351.311.34-1.28-1.30-1.22-1.251.541.381.311.37-1.25-1.30-1.15-1.271.451.331.291.36-1.27-1.28-1.23-1.301.311.471.321.37-1.30-1.27-1.16-1.251.331.371.251.37-1.30-1.27-1.19-1.321.411.411.261.37-1.28-1.26-1.19-1.281.411.381.241.36-1.38-1.24-1.16-1.341.381.351.231.34-1.30-1.21-1.18-1.341.431.381.241.37-1.33-1.23-1.18-1.331.421.381.191.34-1.25-1.22-1.16-1.321.461.411.161.38-1.30-1.24-1.20-1.281.441.361.201.38-1.28-1.24-1.18-1.291.521.401.231.40-1.40-1.28-1.18-1.291.471.381.251.39-1.31-1.26-1.15-1.331.521.481.151.39-1.32-1.31-1.17-1.271.291.371.131.40-1.28-1.24-1.16-1.341.361.421.101.41-1.26-1.25-1.17-1.27对数据取均值作为丝杠单程摩擦扭矩值，得到被测丝杠正向第一次摩擦扭矩为1.42n·m，正向第二次摩擦扭矩为1.39n·m，正向第三次摩擦扭矩为1.23n·m，正向第四次摩擦扭矩为1.37n·m，反向第一次摩擦扭矩为-1.30n·m，反向第二次摩擦扭矩为-1.26n·m，反向第三次摩擦扭矩为-1.18n·m，反向第四次摩擦扭矩为-1.30n·m。5、对采集到的数据进行处理，得到单根丝杠摩擦扭矩正反向均值及偏差，计算公式为：本实施例中计算获得ave1i为1.35；ave2i为-1.26；δi为7.14％。单根丝杠摩擦扭矩偏差应满足gbt17587.3中e12条款要求，最大偏差要求控制在30％内，可知被测丝杠满足该要求。摩擦扭矩正反向均值及偏差可以作为评价滚珠丝杠综合性能、刚性指标之一。本发明手持式机床用滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置及方法，解决了在机床上无法对滚珠丝杠副进行摩擦扭矩测量的问题，填补了滚珠丝杠副摩擦扭矩在线测量装置及方法的行业空白。本发明滚珠丝杠副摩擦扭矩测量装置体积小，且方法简单易行，提高了滚珠丝杠副摩擦扭矩测量精度和测量效率。当前第1页12