一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备

1.本发明属于滚珠丝杠副滚珠螺母检测技术领域，特别是一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备。


背景技术：

2.滚珠丝杠副具有高的精度稳定性，达到高刚性、高负载、低噪声、小温升、长寿命等性能要求。大量研究已表明，决定精密滚珠丝杠副精度保持性的重要因素在于滚珠丝杠副的工作面滚道的性能。为提升滚道型面的性能，首先需要对滚道型面进行精确测量。目前国内中小企业多通过人工测量螺母中径，测量结果精度低、效率低，基本不符合现代化工厂的检测需求，并且国内对滚珠螺母内滚道关键参数的有效测量手段研究较少，行业内缺乏专用的快速、精确检测方法和设备，亟待一种高效高精度的自动化检测设备。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，能够高效率、高精度、大批量、自动检测、多型号滚珠螺母的内滚道关键参数，降低人工成本。
4.实现本发明目的的技术解决方案为：
5.一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，包括：
6.x轴传动模块，用于被测螺母测量前的初步定位，并在测量时将被测螺母传输至定位夹紧模块的下方；
7.定位夹紧模块，用于对被测螺母进行对中夹紧，使被测螺母的轴线与测量模块所设测量孔的的轴线重合；
8.z轴传动机构，用于带动测量模块按设定步长沿平行于将被测螺母轴线向下运动；
9.测量模块，对称的设有两个测杆，两个测杆能够在动力单元驱动下向内背靠背贴合，并能够在动力单元作用力去除下分离；两个测杆穿过所设测量孔；测杆的侧端设有接触测头，并设有两个第一位移传感器以分别采集两个接触测头对应位置的测杆发生形变所产生的位移量；所述接触测头能够相对测杆上下移动，使接触测球能够与螺母内滚道自适应接触；
10.所述测量模块还设有两个第二位移传感器以分别采集两个测杆测量过程中相对被测螺母的径向位移数据。
11.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
12.本发明的接触式测头可自适应贴合螺母内滚道，避免导程误差对测量结果的影响，保证螺母内滚道关键参数的测量精度。
13.本发明的接触式测头可根据待测螺母的导程和滚珠大小进行匹配，测杆根据螺母中径规格更换，测量范围广。
14.本发明能够高精度高效率检测滚珠螺母内滚道关键参数，做到产品的全部检测，节约了人力成本，提高产品质量。
附图说明
15.图1为本发明滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备的总体结构示意图。
16.图2为本发明滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备x轴传动模块的爆炸结构示意图。
17.图3为本发明滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备z轴传动模块的爆炸结构示意图。
18.图4为本发明滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备定位夹紧模块的爆炸结构示意图。
19.图5为本发明滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备测量模块的爆炸结构示意图。
20.图中编号所代表的含义为：
21.1、x轴传动模块，2、z轴传动模块，3、定位夹紧模块，4、测量模块；
22.5、床身，6、第一接近开关，7、第一接近开关固定块，8、第一支撑座，9、第一防撞块固定座，10、第一防撞块，11、第一直线滑动导轨，12、第一接近开关挡片，13、第一导轨压块，14、初步定位台，15、第一螺母座，16、x轴移动载板，17、第一滚珠丝杠副、18第一电机一体固定座，19第一联轴器，20、第一伺服电机；
23.21、龙门，22、第二伺服电机，23、第二直线滑动导轨，24、吊耳，25、第二联轴器、26、第二接近开关挡片，27、第二电机一体固定座，28、第二滚珠丝杠副、29、第二螺母座，30、第二接近开关固定块，31、第二接近开关，32、第二导轨压块，33、第二支撑座，34、z轴移动载板，35、第二防撞块，36、第二防撞块固定座；
24.37、第三伺服电机，38、第三联轴器，39、电机固定座，40、双向开合线性模组，41、v型夹爪，42、限位开关；
25.43、电动推杆，44、电动推杆固定座，45、测杆推动块，46、推动块复位弹簧，47、导向轴，48、支撑板，49、支撑架，50、接触测球，51、微位移传感器，52、微位移传感器安装块，53、复位弹簧，54、测杆，55、测杆封条，56、固定导向块，57、盒式位移传感器固定架，58、盒式位移传感器，59、限位钩、60、限位销。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
27.结合图1～图5，本发明的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，包括x轴传动模块1、z轴传动模块2、定位夹紧模块3、测量模块4；
28.所述x轴传动模块1包括床身5、第一接近开关6、第一接近开关固定块7、第一支撑座8、第一防撞块固定座9、第一防撞块10、第一直线滑动导轨11、第一接近开关挡片12、第一导轨压块13、初步定位台14、第一螺母座15、x轴移动载板16、第一滚珠丝杠副17、第一电机一体固定座18、第一联轴器19、第一伺服电机20。所述第一支撑座8和第一电机一体固定座18通过螺钉固定于床身，第一滚珠丝杠副17两端与第一支撑座8、第一电机一体固定座18装配安装，所述第一联轴器19前后两端分别与第一伺服电机20和第一滚珠丝杠副17轴端装配安装，作为x轴传送动力单元；两个第一直线滑动导轨11固定安装于床身5指定安装面，平行布置于第一滚珠丝杠副17两侧，用于支撑和引导运动部件；所述第一导轨压块13通过螺钉
固定安装于床身5所设梯形槽中，用于保证第一直线导轨11的平行度，避免导轨偏离原定位置和减少弯曲变形；所述x轴移动载板16通过螺钉与第一螺母座15和第一直线滑动导轨11的滑块固定，用于承载初步定位块14和待测螺母工件；所述初步定位台14通过螺钉固连于x轴移动载板16，初步定位台14顶部的环形凹槽根据待测螺母工件法兰外形尺寸设计，用于待测螺母测量前的初步定位；所述第一接近开关固定块7置于床身5所设t形槽中，第一接近开关6通过螺钉与第一接近开关固定块7固定，第一接近开关挡片12固定于x轴移动载板16侧面设定位置，用于控制设备行程和进行限位保护。所述第一防撞块10用螺钉固定于第一直线导轨11两端，防止设备失控飞车。
29.进一步的，所述z轴传动模块2包括龙门21、第二伺服电机22、第二直线滑动导轨23、吊耳24、第二联轴器25、第二接近开关挡片26、第二电机一体固定座27、第二滚珠丝杠副28、第二螺母座29、第二接近开关固定块30、第二接近开关31、第二导轨压块32、第二支撑座33、z轴移动载板34、第二防撞块35、第二防撞块固定座36；所述第二支撑座33和第二电机一体固定座27通过螺钉固定于龙门21，第二滚珠丝杠副28两端与第二支撑座33、第二电机一体固定座27装配安装，所述第二联轴器25前后两端分别与第二伺服电机22和第二滚珠丝杠副28轴端装配安装，作为z轴传送动力单元；所述第二直线滑动导轨23固定安装于龙门21指定安装面，位于第二滚珠丝杠副28两侧，用于支撑和引导运动部件；所述第二导轨压块32、通过螺钉固定安装于龙门21所设梯形槽中，用于保证第二直线导轨23的平行度，避免导轨偏离原定位置和减少弯曲变形；所述z轴移动载板34通过螺钉与第二螺母座29和第二直线滑动导轨23的滑块固定，用于承载测量模块；所述第二接近开关固定块30置于龙门21所设t形槽中，第二接近开关31通过螺钉与第二接近开关固定块30固定，第二接近开关挡片26固定于z轴移动载板34侧面设定位置，用于控制设备行程和进行限位保护。所述第二防撞块35用螺钉固定于第二直线滑动导轨23两端，防止设备失控飞车。所述吊耳24与龙门21顶部螺纹连接，用于对龙门的吊装。
30.进一步的，所述定位夹紧模块3包括第三伺服电机37、第三联轴器38、电机固定座39、双向开合线性模组40、v型夹爪41、限位开关42；所述双向开合线性模组40固定安装于龙门21设定安装面上，电机固定座39与双向开合线性模组40螺钉固定，第三伺服电机37与电机固定座39螺钉固连，第三联轴器38前后两端分别与第三伺服电机37和双向开合线性模组40内部的丝杠轴端装配连接，作为待测工件定位夹紧的动力单元；所述v型夹爪41固定安装于双向开合线性模组的滑座上，其结构尺寸根据待测螺母外径进行相应设计，作为定位夹紧待测工件的接触元件；所述限位开关42固定于双向开合线性模组40的指定位置，用于控制夹爪41的行程和往复运动。
31.进一步的，所述测量模块4包括：电动推杆43、电动推杆固定座44、测杆推动块45、推动块复位弹簧46、导向轴47、支撑板48、支撑架49、接触测头50、微位移传感器51、微位移传感器安装块52、复位弹簧53、测杆54、测杆封条55、固定导向座56、盒式位移传感器固定架57、盒式位移传感器58、限位钩59、限位销60。所述支撑板48和支撑架49榫卯连接，并通过螺钉固定，支撑架49通过螺钉固定于z轴移动载板34上，用于承载测量组件；两个固定导向座56关于测量孔对称的固定安装于支撑板48所设的定位安装凹槽，将固定导向座56置于测杆推动块45所设开口槽内，使导向轴47贯穿测杆推动块45和固定导向座56，避免测杆推动块45左右晃动；推动块复位弹簧46套在位于测杆推动块45和固定导向座56之间的导向轴上，
用于测杆推动块45的复位(对测杆推动块具有向外移动的推力)；两个电动推杆固定座44分别安装于两个支撑板48的侧端，电动推杆43与电动推杆固定座44通过螺钉连接，作为测杆推动块45移动的动力单元；所述测杆54与测杆推动块45内侧端面螺钉固连，并贯穿支撑板48中心所设的测量孔；所述接触测头50与微位移传感器51螺纹连接，微位移传感器51置于微位移传感器安装块52的装配槽内，从侧面用内六角平端紧定螺钉固定；所述微位移传感器安装块52安装于测杆54所设安装槽，可上下移动，用于在测量时监测采集接触测头50对应位置的测杆54发生形变所产生的微位移；所述复位弹簧53安装于测杆54所设孔槽内，用于微位移传感器安装块52上下移动后的复位；所述测杆封条55与测杆54螺钉固定；所述盒式位移传感器固定架57安装于支撑板48下方安装凹槽内，盒式位移传感器58通过安装法兰与固定架57配合安装，测头与测杆54接触，用于采集测杆54的沿被测螺母的径向位移数据；所述限位钩59固定安装于左测杆下端指定位置，限位销60安装于右测杆所开销孔内，限位销60插入限位钩59的滑槽中，使得两个测杆的移动距离受限，限位钩的结构尺寸根据位移传感器58的量程设计，用于防止电动推杆43收缩后，测杆在推动块复位弹簧46弹簧力的作用下径向过度位移损伤位移传感器。
32.本发明一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备工作时，人工将待测螺母工件放入初步定位台进行初步定位；控制伺服电机使x轴传动机构向正方向运动到指定位置；控制伺服电机使v型夹爪相向运动夹持待测螺母，使待测螺母的轴线与支撑板48所设测量孔的轴线重合，进行测量前的精准定位和夹紧；控制伺服电机使z轴传动机构向下运动，将测量模块运送到指定高度；控制电动推杆收缩，与测杆推动块分离，使测杆推动块在复位弹簧的弹力作用下分别向两侧移动，进而带动测杆分别向两侧移动，直至接触测球与螺母内滚道自适应接触；采集盒式位移传感器和微位移传感器的数据，分别获得a1、b1、a1、b1；控制电动推杆伸长使两侧测杆推动块相向移动，使接触测头与螺母内滚道分离；控制伺服电机使z轴传动机构向下运动指定距离；控制电动推杆收缩，使测杆推动块在复位弹簧的弹力作用下分别向两侧移动，进而带动测杆分别向两侧移动，直至接触测球与螺母内滚动自适应接触；采集盒式位移传感器和微位移传感器的数据，分别获得a2、b2、a2、b2；重复此操作，对螺母多处滚道进行数据采集和处理，即可得到待测螺母的中径、中径误差和中径锥度；控制电动推杆收缩，使测头与螺母内滚道分离；控制伺服电机使z轴传动机构向上运动至原点；控制伺服电机使v型夹爪相背运动松开螺母；控制伺服电机使x轴传动机构向负方向运动至原点；取下已测工件，放入下一待测螺母工件，重复上述操作。
33.计算公式：
34.di＝ai+bi+x-a
i-bi(i＝1、2、3.....n)
35.d
δ
＝max|d
i-d0|(i＝1、2、3.....n)
36.d
δ
＝d
imax-d
jmin
(i，j＝1、2、3.....n)
37.式中：di——第i处滚道所测中径值；
38.ai——测量第i处滚道时左测杆的位移量；
39.bi——测量第i处滚道时右测杆的位移量；
40.x——未测量时左右测杆背靠背时两接触测球的球心距离；
41.ai——测量时第i处滚道时左测杆接触形变所产生的微位移量；
42.bi——测量时第i处滚道时右测杆接触形变所产生的微位移量；
43.d
δ
——中径误差；
44.d0——滚珠螺母的理论中径；
45.d
δ
——中径锥度；
46.d
imax
——滚道所测中径值最大值；
47.d
jmin
——滚道所测中径值最小值。

技术特征：
1.一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，包括：x轴传动模块，用于被测螺母测量前的初步定位，并在测量时将被测螺母传输至定位夹紧模块的下方；定位夹紧模块，用于对被测螺母进行对中夹紧，使被测螺母的轴线与测量模块所设测量孔的轴线重合；z轴传动机构，用于带动测量模块按设定步长沿平行于将被测螺母轴线向下运动；测量模块，对称的设有两个测杆，两个测杆能够在动力单元驱动下向内背靠背贴合，并能够在动力单元作用力去除下分离；两个测杆穿过所设测量孔；测杆的侧端设有接触测头，并设有两个第一位移传感器以分别采集两个接触测头对应位置的测杆发生形变所产生的位移量；所述接触测头能够相对测杆上下移动，使接触测球能够与螺母内滚道自适应接触；所述测量模块还设有两个第二位移传感器以分别采集两个测杆测量过程中相对被测螺母的径向位移数据。2.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述内滚道关键参数包括滚道中径值、中径误差、中径锥度：d
i
＝a
i
+b
i
+x-a
i-bd
δ
＝max|d
i-d0|d
δ
＝d
imax-d
jmin
其中d
i
为第i处滚道所测中径值；a
i
、b
i
分别为第i处滚道两个测杆的位移量；x为两个测杆背靠背时两接触测球的球心距离；a
i
、b
i
分别为第i处滚道两个测杆发生形变所产生的位移量；d0为滚珠螺母的理论中径；d
imax
为滚道所测中径值最大值；d
jmin
为滚道所测中径值最小值。3.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述动力单元包括推杆、测杆推动块、推动块复位弹簧、固定导向座、导向轴、支撑板、支撑架；所述测量孔设置在支撑板上，支撑板通过两个支撑架假设在z轴传动机构上，两个第二位移传感器分别安装在两个支撑架上；所述支撑板上关于测量孔对称的固定有两个固定导向座；固定导向座上通过导向轴滑动的连接有测杆推动块，测杆推动块能够在推杆向内运动，并能够在推动块复位弹簧向外运动。4.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述接触测头与第一位移传感器螺纹连接，第一位移传感器与位移传感器安装块固定；所述位移传感器安装块能够相对测杆上下移动。5.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，其中一个测杆上设有限位钩，另一个测杆上设有限位销，限位销与限位钩配合，以限制左右测杆的移动距离。6.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述定位夹紧模块包括第三伺服电机、第三联轴器、电机固定座、双向开合线性模组、v型夹爪；所述电机固定座与双向开合线性模组固定，第三伺服电机与电机固定座固连，第三联轴器两端分别与第三伺服电机和双向开合线性模组内部的丝杠轴端连接；所述v型夹爪固定安装于双向开合线性模组的滑座上。
7.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述x轴传动模块采用丝杠副驱动，丝杠副的螺母座与x轴移动载板连接，x轴移动载板上设有承载初步定位块，承载初步定位块顶部的环形凹槽，用于待测螺母测量前的初步定位。8.根据权利要求1所述的滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，其特征在于，所述z轴传动模采用丝杠副驱动，丝杠副的螺母座与z轴移动载板连接，z轴移动载板用于连接测量模块。

技术总结
本发明公开了一种滚珠螺母内滚道关键参数自动测量设备，包括：X轴传动模块、Z轴传动模块、定位加紧模块和测量模块。X轴传动模块，用于待测螺母工件的初步定位和输送；Z轴传动模块，用于将测量模块运送到指定测量位置；定位夹紧模块，用于对待测工件进行精准夹持定位；测量模块，用于对待测工件关键参数进行接触式测量。本发明能够高效率、高精度、大批量、自动检测、多型号滚珠螺母的内滚道关键参数，降低人工成本。人工成本。人工成本。


技术研发人员：欧屹 陈松 黄俊朋
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/20