机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统制造方法及图纸

机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，施力部件伺服电机（701）上设置有工业控制计算机内装8轴PMAC卡，控制系统用于完成加工轨迹的输入、刀具参数、切削用量的设定，总切削力的计算和时间曲线绘制、总扭矩的计算和时间曲线绘制；X、Y、Z三向切削分力的计算和时间曲线绘制，将X、Y、Z三向切削分力和总扭矩合成后分解到各个伺服轴，计算各伺服轴的分力时间曲线，然后将时间曲线除以施力机构上的弹簧系数K后得到各伺服轴的时间位移曲线；在运行控制程序时，通过时钟控件，向控制PMAC轴控卡输出各伺服轴的位移数值，PMAC卡调用相应的运动控制程序，控制伺服电机走到相应的位移点，完成所需力的施加。

【技术实现步骤摘要】
机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统
本专利技术涉及机械的结构设计和应用
，特别提供了一种机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统。
技术介绍
现有技术中，机床丝杠和导轨精度保持性测量通常是在实际机床上在加工实践中进行测量的，这存在很多亟待解决的技术问题。比较突出的简介如下：1)机床的实际加工过程必然要求有物料、刀具、切削液以及大量电能的损失；2)机床实际加工过程中必然会有噪声、废水等污染；3)机床实际加工过程中的丝杠和导轨受力通常都是有干扰和变化的，不易形成较为恒定干扰、很少甚至无干扰的理想实验环境；4)测量效率和实际效果比较有限。因此，人们期望获得一种技术效果优良的机床丝杠、导轨精度保持性测量装置及其专用的控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果优良的机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统。采用的技术方案：机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，其特征在于：其基于机床滚动功能部件精度保持性测量装置进行机床滚动功能部件精度保持性测量；(一)机床滚动功能部件精度保持性测量装置构成如下：床身1、被测导轨2、被测丝杠3、工作台4、丝杠用伺服电机5、丝杠用联轴器6、施力部件7；其中：床身1为卧式结构；被测导轨2为在水平方向相互平行布置的两条，固定布置在床身1上部；被测丝杠3由其专用的驱动部件驱动；工作台4布置在被测导轨2上且工作台4通过被测丝杠3驱动并能在被测导轨2上动作；丝杠用伺服电机5通过丝杠用联轴器6连接被测丝杠3，被测丝杠3上的螺母固定布置在工作台4下部；施力部件7用于在沿其主要结构伸展方向的轴向即单轴方向上对外施加作用力；其施力部件沿丝杠轴向运动和对外施力，其使用施力部件伺服电机701作为驱动部件通过控制施力部件伺服电机701的转角对应换算得到精确的对外施力大小以便精确控制施力大小；施力部件7的具体结构是：施力部件电机701、施力部件用联轴器702、施力用丝杠703、单轴滑台704、施力弹性组件705、施力部件支架707、施力部件用螺母708、施力杆709、施力头710；其中：施力部件电机701、施力用丝杠703都固定布置在施力部件支架707上，单轴滑台704与施力部件支架707上相互接触且能相对滑动；施力部件电机701通过施力部件用联轴器702连接着施力用丝杠703，固定在单轴滑台704下部的施力部件用螺母708与施力用丝杠703配对且能够带动单轴滑台704和施力用丝杠703沿与施力用丝杠703平行的方向运动；施力杆709的后半部分固定在单轴滑台704上且其轴线方向与施力用丝杠703平行，施力杆709伸出到单轴滑台704外部的那一端的端部为施力头710；在伸出到单轴滑台704外部的施力杆709处套装有施力弹性组件705；在所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置中，施力部件7具体的施力方式是：使用施力部件电机701通过施力部件用联轴器702连接施力用丝杠703，并进而带动由施力用丝杠703驱动的施力部件用螺母708；施力部件用螺母708进而带动与其固定连接的单轴滑台704并使其沿施力用丝杠703的轴向滑动，在运动过程中通过控制施力部件电机701的转角对应精确控制对外施力的大小；所述施力头710处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮，施力头710借助于滚轮与受力构件接触；所述施力弹性组件705具体为压力弹簧，其预压缩变形后为自其自由长度的92％；所述施力部件7中还设置有防扭结构706，其具体是固定在施力杆709上使其不能实现周向旋转的限位结构即限制施力杆709；所述施力头710处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮711，施力头710借助于滚轮711与模拟受力构件即工作台相接触；(二)在将被测滚动功能部件安装在机床滚动功能部件精度保持性测量装置中后，通过模拟装置模拟机床实际工作状态下的受力情况并实现机床按照预设要求恒定受力或者按照程序要求受力；并测试在此受力情况下机床滚动功能部件的精度保持性指标；所述机床实际工作状态下的受力情况具体为下述几种之一或其组合：沿某一坐标轴方向的受力、绕某一坐标轴方向的扭矩、某一载荷作用下的工作台的倾覆力矩；所述模拟装置通过单一施力机构或者一个以上的施力机构的组合模拟机床的实际受力状况并保证机床受力的综合效果；所述被测滚动功能部件均为水平或者竖直或者倾斜(符合一般机床的常见布局要求)布置，通过施加力模拟机床受力的控制单元施力方案是下述几种方案之一或其组合：方案一：第一坐标轴方向即垂直于被测丝杠所驱动的工作台所在平面方向受力：使用2-4个施力部件联合作用模拟机床的第一坐标轴方向(即Z向)受力或/和沿第一坐标轴方向(即Z向)施加绕与该方向两两垂直的另两个坐标方向(X轴或者Y轴方向)作用的倾覆力矩；方案二：第二坐标轴方向受力：在安装有被测的滚动功能部件(丝杠、导轨)的工作台上的第二坐标轴方向施加成组的2组作用力以共同模拟机床工作台的第二坐标轴方向受力或者绕第一坐标轴作用的扭矩；其中每一组作用力由两组施力部件构成且二者的施力方向为相对方向；方案三：第三坐标轴方向即被测丝杠轴线方向受力：使用伺服电机恒扭矩驱动或者变扭矩驱动模拟丝杠受力；(三)所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统中，施力部件7中的施力部件伺服电机701上设置有工业控制计算机内装多轴PMAC卡，PMAC卡安装在工业控制计算机内，外部与接口板相连，接口板通过伺服驱动器和丝杠用伺服电机5相连；对应地控制系统用于完成加工轨迹的输入、刀具参数、切削用量的设定，总切削力的计算和时间曲线绘制、总扭矩的计算和时间曲线绘制；X、Y、Z三向切削分力的计算和时间曲线绘制，将X、Y、Z三向切削分力和总扭矩合成后分解到各个伺服轴，计算各伺服轴的分力时间曲线，然后将时间曲线除以施力机构上的弹簧系数K后得到各伺服轴的时间位移曲线；在运行控制程序时，通过时钟控件向控制PMAC轴控卡输出各伺服轴的位移数值，PMAC卡调用相应的运动控制程序，控制伺服电机走到相应的位移点，完成所需力的施加；其中：铣削力的计算与加工轨迹、刀具参数、切削用量密切相关；具体内容说明如下：在控制软件中，先输入加工轨迹；即输入起点坐标和终点坐标，设置曲线半径；对于圆、圆弧曲线半径即为半径，对于直线来说对应的曲线半径为0；设定加工方向；设定刀具参数：刀具半径、刀具齿数、刀具角度；选择切削用量数值：转速、进给、切削深度、切削宽度；选择切削材料；并按照以下公式进行切削力、扭矩的计算：式中，Fc为铣削力，Cp为加工材料对铣削力影响系数，ap为背吃刀量，fz为每齿进给量，B为切削宽度，Z为铣刀齿数，D为铣刀直径，K1为刀具前角对铣削力影响系数，K2为切削速度对铣削力影响系数；每齿进给量取刀具前角γo＝0°，即铣刀前角γo对切削力影响系数表确定K1值为1.2；切削速度Vc＝πDs/1000，s为刀具转速，根据设计手册查得切削速度vc对切削力影响系数表确定K2值；然后根据切削条件，通过设计手册查得切削速度vc对切削力影响系数表确定Ff/Fc值。所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，其特征在于：其满足下述要求：1)所述总扭矩时间曲线按照下述公式计算得到：其中：y＝R·cosθ；2)X、Y、Z轴分量计算满足下述要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，其特征在于：其基于机床滚动功能部件精度保持性测量装置进行机床滚动功能部件精度保持性测量；（一）机床滚动功能部件精度保持性测量装置构成如下：床身（1）、被测导轨（2）、被测丝杠（3）、工作台（4）、丝杠用伺服电机（5）、丝杠用联轴器（6）、施力部件（7）；其中：床身（1）为卧式结构；被测导轨（2）为在水平方向相互平行布置的两条，固定布置在床身（1）上部；被测丝杠（3）由其专用的驱动部件驱动；工作台（4）布置在被测导轨（2）上，且工作台（4）通过被测丝杠（3）驱动并能在被测导轨（2）上动作；丝杠用伺服电机（5）通过丝杠用联轴器（6）连接被测丝杠（3），被测丝杠（3）上的螺母固定布置在工作台（4）下部；施力部件（7）用于在沿其主要结构伸展方向的轴向即单轴方向上对外施加作用力；其施力部件沿丝杠轴向运动和对外施力，其使用施力部件伺服电机（701）作为驱动部件通过控制施力部件伺服电机（701）的转角对应换算得到精确的对外施力大小以便精确控制施力大小；施力部件（7）的具体结构是：施力部件电机（701）、施力部件用联轴器（702）、施力用丝杠（703）、单轴滑台（704）、施力弹性组件（705）、施力部件支架（707）、施力部件用螺母（708）、施力杆（709）、施力头（710）；其中：施力部件电机（701）、施力用丝杠（703）都固定布置在施力部件支架（707）上，单轴滑台（704）与施力部件支架（707）上相互接触且能相对滑动；施力部件电机（701）通过施力部件用联轴器（702）连接着施力用丝杠（703），固定在单轴滑台（704）下部的施力部件用螺母（708）与施力用丝杠（703）配对且能够带动单轴滑台（704）和施力用丝杠（703）沿与施力用丝杠（703）平行的方向运动；施力杆（709）的后半部分固定在单轴滑台（704）上且其轴线方向与施力用丝杠（703）平行，施力杆（709）伸出到单轴滑台（704）外部的那一端的端部为施力头（710）；在伸出到单轴滑台（704）外部的施力杆（709）处套装有施力弹性组件（705）；在所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置中，施力部件（7）具体的施力方式是：使用施力部件电机（701）通过施力部件用联轴器（702）连接施力用丝杠（703），并进而带动由施力用丝杠（703）驱动的施力部件用螺母（708）；施力部件用螺母（708）进而带动与其固定连接的单轴滑台（704）并使其沿施力用丝杠（703）的轴向滑动，在运动过程中通过控制施力部件电机（701）的转角对应精确控制对外施力的大小；所述施力头（710）处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮，施力头（710）借助于滚轮与受力构件接触；所述施力弹性组件（705）具体为压力弹簧，其预压缩变形后为自其自由长度的92%；所述施力部件（7）中还设置有防扭结构（706），其具体是固定在施力杆（709）上使其不能实现周向旋转的限位结构即限制施力杆（709）；所述施力头（710）处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮（711），施力头（710）借助于滚轮（711）与模拟受力构件即工作台相接触；（二）在将被测滚动功能部件安装在机床滚动功能部件精度保持性测量装置中后，通过模拟装置模拟机床实际工作状态下的受力情况并实现机床按照预设要求恒定受力或者按照程序要求受力；并测试在此受力情况下机床滚动功能部件的精度保持性指标； 所述机床实际工作状态下的受力情况具体为下述几种之一或其组合：沿某一坐标轴方向的受力、绕某一坐标轴方向的扭矩、某一载荷作用下的工作台的倾覆力矩；所述模拟装置通过单一施力机构或者一个以上的施力机构的组合模拟机床的实际受力状况并保证机床受力的综合效果；所述被测滚动功能部件均为水平或者竖直或者倾斜布置，通过施加力模拟机床受力的控制单元施力方案是下述几种方案之一或其组合：方案一：第一坐标轴方向即垂直于被测丝杠所驱动的工作台所在平面方向受力：使用2-4个施力部件联合作用模拟机床的第一坐标轴方向受力或/和沿第一坐标轴方向施加绕与该方向两两垂直的另两个坐标方向作用的倾覆力矩；方案二：第二坐标轴方向受力：在安装有被测的滚动功能部件的工作台上的第二坐标轴方向施加成组的2组作用力以共同模拟机床工作台的第二坐标轴方向受力或者绕第一坐标轴作用的扭矩；其中每一组作用力由两组施力部件构成且二者的施力方向为相对方向； 方案三：第三坐标轴方向即被测丝杠轴线方向受力：使用伺服电机恒扭矩驱动或者变扭矩驱动模拟丝杠受力； （三）所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统中，施力部件（7）中的施力部件伺服电机（701）上设置有工业控制计算机内装多轴PMAC卡，PMAC卡安装在工业控制计算机内，外部与接口板相连，接口板通过伺服驱动器和丝杠用伺服电机...

【技术特征摘要】
1.机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，其特征在于：其基于机床滚动功能部件精度保持性测量装置进行机床滚动功能部件精度保持性测量；(一)机床滚动功能部件精度保持性测量装置构成如下：床身(1)、被测导轨(2)、被测丝杠(3)、工作台(4)、丝杠用伺服电机(5)、丝杠用联轴器(6)、施力部件(7)；其中：床身(1)为卧式结构；被测导轨(2)为在水平方向相互平行布置的两条，固定布置在床身(1)上部；被测丝杠(3)由其专用的驱动部件驱动；工作台(4)布置在被测导轨(2)上，且工作台(4)通过被测丝杠(3)驱动并能在被测导轨(2)上动作；丝杠用伺服电机(5)通过丝杠用联轴器(6)连接被测丝杠(3)，被测丝杠(3)上的螺母固定布置在工作台(4)下部；施力部件(7)用于在沿其主要结构伸展方向的轴向即单轴方向上对外施加作用力；其施力部件沿丝杠轴向运动和对外施力，其使用施力部件伺服电机(701)作为驱动部件通过控制施力部件伺服电机(701)的转角对应换算得到精确的对外施力大小以便精确控制施力大小；施力部件(7)的具体结构是：施力部件电机(701)、施力部件用联轴器(702)、施力用丝杠(703)、单轴滑台(704)、施力弹性组件(705)、施力部件支架(707)、施力部件用螺母(708)、施力杆(709)、施力头(710)；其中：施力部件电机(701)、施力用丝杠(703)都固定布置在施力部件支架(707)上，单轴滑台(704)与施力部件支架(707)上相互接触且能相对滑动；施力部件电机(701)通过施力部件用联轴器(702)连接着施力用丝杠(703)，固定在单轴滑台(704)下部的施力部件用螺母(708)与施力用丝杠(703)配对且能够带动单轴滑台(704)和施力用丝杠(703)沿与施力用丝杠(703)平行的方向运动；施力杆(709)的后半部分固定在单轴滑台(704)上且其轴线方向与施力用丝杠(703)平行，施力杆(709)伸出到单轴滑台(704)外部的那一端的端部为施力头(710)；在伸出到单轴滑台(704)外部的施力杆(709)处套装有施力弹性组件(705)；在所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置中，施力部件(7)具体的施力方式是：使用施力部件电机(701)通过施力部件用联轴器(702)连接施力用丝杠(703)，并进而带动由施力用丝杠(703)驱动的施力部件用螺母(708)；施力部件用螺母(708)进而带动与其固定连接的单轴滑台(704)并使其沿施力用丝杠(703)的轴向滑动，在运动过程中通过控制施力部件电机(701)的转角对应精确控制对外施力的大小；所述施力头(710)处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮，施力头(710)借助于滚轮与受力构件接触；所述施力弹性组件(705)具体为压力弹簧，其预压缩变形后为自其自由长度的92％；所述施力部件(7)中还设置有防扭结构(706)，其具体是固定在施力杆(709)上使其不能实现周向旋转的限位结构即限制施力杆(709)；所述施力头(710)处还固定设置有能绕其自身轴线方向旋转的滚轮(711)，施力头(710)借助于滚轮(711)与模拟受力构件即工作台相接触；(二)在将被测滚动功能部件安装在机床滚动功能部件精度保持性测量装置中后，通过模拟装置模拟机床实际工作状态下的受力情况并实现机床按照预设要求恒定受力或者按照程序要求受力；并测试在此受力情况下机床滚动功能部件的精度保持性指标；所述机床实际工作状态下的受力情况具体为下述几种之一或其组合：沿某一坐标轴方向的受力、绕某一坐标轴方向的扭矩、某一载荷作用下的工作台的倾覆力矩；所述模拟装置通过单一施力机构或者一个以上的施力机构的组合模拟机床的实际受力状况并保证机床受力的综合效果；所述被测滚动功能部件均为水平或者竖直或者倾斜布置，通过施加力模拟机床受力的控制单元施力方案是下述几种方案之一或其组合：方案一：第一坐标轴方向即垂直于被测丝杠所驱动的工作台所在平面方向受力：使用2-4个施力部件联合作用模拟机床的第一坐标轴方向受力或/和沿第一坐标轴方向施加绕与该方向两两垂直的另两个坐标方向作用的倾覆力矩；方案二：第二坐标轴方向受力：在安装有被测的滚动功能部件的工作台上的第二坐标轴方向施加成组的2组作用力以共同模拟机床工作台的第二坐标轴方向受力或者绕第一坐标轴作用的扭矩；其中每一组作用力由两组施力部件构成且二者的施力方向为相对方向；方案三：第三坐标轴方向即被测丝杠轴线方向受力：使用伺服电机恒扭矩驱动或者变扭矩驱动模拟丝杠受力；(三)所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统中，施力部件(7)中的施力部件伺服电机(701)上设置有工业控制计算机内装多轴PMAC卡，PMAC卡安装在工业控制计算机内，外部与接口板相连，接口板通过伺服驱动器和丝杠用伺服电机(5)相连；对应地控制系统用于完成加工轨迹的输入、刀具参数、切削用量的设定，总切削力的计算和时间曲线绘制、总扭矩的计算和时间曲线绘制；X、Y、Z三向切削分力的计算和时间曲线绘制，将X、Y、Z三向切削分力和总扭矩合成后分解到各个伺服轴，计算各伺服轴的分力时间曲线，然后将时间曲线除以施力机构上的弹簧系数K后得到各伺服轴的时间位移曲线；在运行控制程序时，通过时钟控件向控制PMAC轴控卡输出各伺服轴的位移数值，PMAC卡调用相应的运动控制程序，控制伺服电机走到相应的位移点，完成所需力的施加；其中：铣削力的计算与加工轨迹、刀具参数、切削用量密切相关；具体内容说明如下：在控制软件中，先输入加工轨迹；即输入起点坐标和终点坐标，设置曲线半径；对于圆、圆弧曲线半径即为半径，对于直线来说对应的曲线半径为0；设定加工方向；设定刀具参数：刀具半径、刀具齿数、刀具角度；选择切削用量数值：转速、进给、切削深度、切削宽度；选择切削材料；并按照以下公式进行切削力、扭矩的计算：式中，Fc为铣削力，Cp为加工材料对铣削力影响系数，ap为背吃刀量，fz为每齿进给量，B为切削宽度，Z为铣刀齿数，D为铣刀直径，K1为刀具前角对铣削力影响系数，K2为切削速度对铣削力影响系数；每齿进给量取刀具前角γo＝0°即铣刀前角γo对切削力影响系数表确定K1值为1.2；切削速度Vc＝πDs/1000，s为刀具转速，根据设计手册查得切削速度vc对切削力影响系数表确定K2值；然后根据切削条件，通过设计手册查得切削速度vc对切削力影响系数表确定Ff/Fc值。2.按照权利要求1所述机床滚动功能部件精度保持性测量装置用控制系统，其特征在于：其满足下述要求：1)总扭矩时间曲线按照下述公式计算得到：其中：y＝R·cosθ；2)X、Y、Z轴分量计算满足下述要求：铣削路线为半径R的圆弧AB，A点坐标(0，0)，B点坐标(a,b),θ为进给方向与X轴正向的夹角，φ为铣削已经铣完的圆弧角度；则X轴和Y轴切削力按照下式求出：其中：Ff、Fc前面已求出，由θ与时间t变化关系就能求出X、Y轴切削力分量与时间t的变化曲线；而：其中f为进给量，n为刀具转速；得：由θ与φ之间的关系能得出分量与时间的关系曲线；且有：即有：即：3)Y方向施力装置力的计算具体要求如下：Y方向施力装置不但要完成Y方向切削力的施加，同时还要完成扭矩的施加；M＝(-F1+F2+F3-F4)×a，

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，张玉璞，舒启林，鑫龙，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21