滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力動態(tài)測量

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1、滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力動態(tài)測量 滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力動態(tài)測量 2016/03/16 《組合機床與自動化加工技術(shù)雜志》2016年第二期 摘要: 在綜合分析滾柱直線導(dǎo)軌副動態(tài)摩擦力測量系統(tǒng)功能及定位的基礎(chǔ)上開發(fā)其測量系統(tǒng)，包括軟件及硬件組成、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)等?；诖藴y量系統(tǒng)對滾柱直線導(dǎo)軌副動態(tài)摩擦力進行試驗分析，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)造成某型號導(dǎo)軌滑塊摩擦力波動的原因，并針對此現(xiàn)象提出改進方法，為高性能滾柱直線導(dǎo)軌副的生產(chǎn)提供幫助。 關(guān)鍵詞: 滾柱直線導(dǎo)軌

2、副;動態(tài)測量;摩擦力波動;試驗分析 滾柱直線導(dǎo)軌副是數(shù)控機床的關(guān)鍵功能部件，目前已在精密機床、自動化設(shè)備、重切削加工設(shè)備等方面得到廣泛的應(yīng)用［1］。滾柱直線導(dǎo)軌副以滾柱為滾動體，因而具有超高剛性與超重負荷能力，這就決定了其高速、重載的發(fā)展方向［2］。在滾柱直線導(dǎo)軌副的高速、重載運行中，其溫升、噪聲、振動等性能指標會產(chǎn)生大的變動［3］。而摩擦作為能量消耗的主要方式，是影響滾柱直線導(dǎo)軌副各性能指標的重要因素［4］。針對這種情況，研究滾柱直線導(dǎo)軌副的摩擦力特性是必不可少的。本文通過總結(jié)前人的研究成果，開發(fā)了摩擦力動態(tài)測量系統(tǒng)，同時通過分析總結(jié)測量的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)造成滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力波動的原因。

3、針對這種現(xiàn)象進行了大量的試驗驗證，為進一步改善滾柱直線導(dǎo)軌副的性能提供了可行性依據(jù)。 1測量系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本測量系統(tǒng)包括機械系統(tǒng)、測控系統(tǒng)兩大部分。其中機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。機械驅(qū)動系統(tǒng)采用直線電機驅(qū)動的方式，驅(qū)動行程可達到3000mm。采用直線電機驅(qū)動，主要是考慮到直線導(dǎo)軌高速度、高加速度的工作環(huán)境，以及長行程、高精度的運動要求，同時相比于傳統(tǒng)的滾珠絲杠驅(qū)動方法，可以實現(xiàn)“零傳動”，傳動剛度更高、推力更平穩(wěn)［5-7］。測控系統(tǒng)主要由工控機、運動控制卡、PCI數(shù)據(jù)采集卡、拉壓式稱重傳感器、稱重傳感器測量儀表等組成，其組成如圖2所示。工控機通過運動控制卡控制直線電機的往復(fù)運動，

4、試驗臺裝有光柵尺，可以實時反饋運動位置，稱重傳感器儀表負責采集稱重傳感器數(shù)據(jù)并傳送至工控機。本測量系統(tǒng)的工作原理是由直線電機驅(qū)動被測導(dǎo)軌的滑塊進行直線往復(fù)運動，直線電機滑臺上固定有聯(lián)接板，聯(lián)接板通過稱重傳感器與滑塊相連，當直線電機做勻速運動時，稱重傳感器所測得的數(shù)據(jù)就是被測滑塊的實時摩擦力［8］。 2測控系統(tǒng)軟件設(shè)計 本測控系統(tǒng)軟件以Labview編寫，采用程序框圖結(jié)構(gòu)，通過相應(yīng)的硬件驅(qū)動提供的動態(tài)鏈接庫函數(shù)及VISA驅(qū)動對相關(guān)儀器進行操作。VISA驅(qū)動是儀器編程中的標準I/OAPI，可以控制串口、以太網(wǎng)等，并根據(jù)使用儀器的類型調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動程序，本系統(tǒng)中主要用來通過串口對摩擦力進

5、行讀取操作［9］。軟件主界面如圖3所示。軟件相關(guān)的操作包括:(1)直線電機的運行控制。包括直線電機的運行速度大小的控制，直線電機行程的控制，直線電機往復(fù)運動的控制(2)光柵尺位置信號的采集處理。采用PCI計數(shù)卡，采集光柵尺脈沖信號，并進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置信號，反饋給直線電機控制系統(tǒng)。(3)摩擦力信號的采集處理。摩擦力信號經(jīng)稱重傳感器儀表低通濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后，通過串口基于RS232通訊協(xié)議傳送至工控機，為保證采集數(shù)據(jù)的準確性，在工控機端軟件上再對數(shù)據(jù)進行遞推平均濾波，消除干擾信號的影響［10］。采集完成的數(shù)據(jù)可以通過軟件進行存取操作，并生成檢測報表后打印。 3數(shù)據(jù)采集與分析

6、 完成相應(yīng)的軟硬件安裝調(diào)試后開始對被測導(dǎo)軌副進行摩擦力測量。本試驗對象采用某型號的45滾柱直線導(dǎo)軌副，被測導(dǎo)軌副安裝完成后先進行初期跑合，跑合完成后再進行動態(tài)摩擦力測量。進行摩擦力測量時應(yīng)注意導(dǎo)軌副的潤滑情況，避免潤滑不良引起的摩擦力過大現(xiàn)象。在直線電機分別以6m/min、12m/min的速度運行時測量其摩擦力動態(tài)信號，現(xiàn)取一側(cè)導(dǎo)軌副的摩擦力信號進行分析，如圖4和圖5所示。其中軟件設(shè)置讀取頻率為20Hz，橫坐標已轉(zhuǎn)換為滑塊運行時位置坐標。由以上兩圖可知，在不同速度下運行時導(dǎo)軌副摩擦力相差不大，摩擦力變化是一個隨機過程，但是存在連續(xù)的周期性波動。對該連續(xù)周期性波動進行分析可以發(fā)現(xiàn)該波動間隔距

7、離基本為600mm，排除導(dǎo)軌制造精度問題后分析波動成因應(yīng)是滑塊內(nèi)滾柱或保持鏈所造成。通過對滑塊進行拆解發(fā)現(xiàn)，滾柱不存在問題，而保持鏈接頭處間隙過大或是造成摩擦力波動的主要因素。為了驗證摩擦力周期波動問題成因，將保持鏈拆下，讓滾柱在滾道內(nèi)自由運動，重新測量摩擦力，結(jié)果如圖6所示。由圖可見，拆除保持鏈的滑塊摩擦力波動沒有明顯的周期性，但因為沒有保持鏈的約束，使?jié)L柱之間產(chǎn)生直接摩擦造成摩擦力有明顯的增大。針對保持鏈接頭間隙過大造成摩擦力波動這一問題，可以考慮減小保持鏈接頭之間距離或者在保持鏈接頭處增加一個滾柱來加以解決。 4結(jié)論 本文針對滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力動態(tài)測量設(shè)計了測量系統(tǒng)的軟硬件

8、，該系統(tǒng)已在山東博特精工股份有限公司投入使用，運行可靠，性能穩(wěn)定，能夠滿足工廠實際生產(chǎn)試驗測量的要求。該系統(tǒng)為摩擦力測量過程中出現(xiàn)的一些問題，提供了可靠的試驗驗證，為提升企業(yè)生產(chǎn)滾柱型導(dǎo)軌的品質(zhì)和產(chǎn)品的競爭力提供了有力的保證，也為滾柱直線導(dǎo)軌副摩擦力測量領(lǐng)域的相關(guān)后續(xù)研究工作提供了一個新的平臺。 ［參考文獻］ ［1］張雪．滾柱直線導(dǎo)軌副綜合性能檢測系統(tǒng)開發(fā)［D］．大連:大連理工大學(xué)，2012． ［2］榮伯松．高速、重載滾柱直線導(dǎo)軌副優(yōu)化設(shè)計［D］．濟南:山東建筑大學(xué)，2012． ［3］張允良，王肇貴，趙順利，等．滾柱直線導(dǎo)軌副綜合性能檢測系統(tǒng)開發(fā)［J］．裝備制造技術(shù)，2

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