一种数控机床电机电流与切削负荷关系标定装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种数控机床电机电流－切削负荷关系标定装置，它包括磁流变旋转阻尼器、磁流变阻尼器控制器、数据采集卡、标定处理器、霍尔传感器、联轴器、模拟刀具、滑块、齿条、支架。磁流变阻尼器通过齿轮、齿条、模拟刀具或者联轴器与机床主轴相连，机床主运动或进给运动转化为磁流变阻尼器轴的转动。根据不同控制参量得到模拟切削负荷大小，实时检测电流数据送入标定处理器进行记录和处理，实现机床电机电流和切削负荷之间的关系的标定。本装置广泛适用于在生产车间条件下进行数控机床的标定，响应速度极快，精度高，环境适应性强，噪声小，无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控机床标定测量技术，具体为一种基于磁流变阻尼器的 数控机床电机电流与切削负荷关系标定装置，该装置在广义上是一种提供 模拟负载的装置，适用于任何需要提供负载的场合，用于标定数控机床电 机电流和切削负荷关系时则是一种用于数控装备开发的标定测量工具。
技术介绍
数控装备的重要特征就是加工的高速度与高精度。加工速度和精度是 数控设备最重要的性能指标，追求高速度和高精度始终是推动数控技术发 展的动力之一。目前，全世界数控机床及其它数控设备的生产量与日俱增。早期的数 控装备以及现在的一些中低档数控装备多为开环和半闭环控制，加工速度 和精度范围有限。实际加工过程是复杂多变的，在机床一刀具一工件组成 的系统上进行切削加工是一个动态过程，有许多因素和参数，如材料的硬 度不均匀、刀具磨损、刀刃积屑瘤、受力变形等将使切削过程不能处于最 佳状态。为了保证生产安全和避免加工故障，编程人员往往按照最坏的极 端情况(实际很少发生)选取保守不变的加工参数，而数控系统是按照特 定的指令来进行加工的，这样就影响到了数控加工的效率。而如果在切削 过程中，能根据随时变化的实际切削条件及时修正切削用量，就有可能获得最好的加工效果。机床的自适应控制就是为解决这一问题而在20世纪60 年代出现的一种数控机床控制技术。在自适应控制中，系统实时检测各种加工状态参数，比如切削力、刀 具磨损、切削温度等，根据实时工况的改变而自动选择合适的加工参数。 这大大提高了数控装备的加工速度和精度。切削力作为判断切削加工过程状态的主要指标之一，通过对切削力的 检测，能了解切削状态、机床运行状况、判断切削用量是否合理，避免因 零件材质和毛坯加工余量不均匀造成刀具磨损、工件报废、机床损坏等事 故，提高生产效率，降低生产成本，因此，在数控加工过程中对切削力进 行实时检测是十分必要的。在实际生产过程中，直接检测切削负荷的大小 存在很大困难，而由于电机电流与切削负荷存在一定对应关系，可以通过 检测电机电流来间接达到检测切削力大小的目的。因此，标定机床电机电 流和切削负荷之间的关系就成为自适应控制的重要研究内容。目前，生产中主要通过实物试切来标定电机电流和切削负荷的关系。 研究人员根据加工经验对材料进行切削，通过不断调整切削参数，来得到 两者间的对应关系。这种标定机床电机电流和切削负荷之间关系的方法灵 活性和适应性比较差，而且人力物力消耗比较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种数控机床电机电流与切削负荷关系标定装 置，该装置可以方便地标定数控机床进给电机与切削抗力以及主轴电机与 切削扭矩的关系。本专利技术提供的数控机床电机电流与切削负荷关系标定装置，其特征在 于它包括磁流变旋转阻尼器、支架箱盖、支架箱体、阻尼器控制器、标 定处理器、数据采集卡、霍尔电流传感器和和标定组件；支架箱盖固定在支架箱体上，磁流变旋转阻尼器固定在支架箱盖上，标定组件与磁流变旋转阻尼器的伸出轴连接；阻尼器控制器与磁流变旋转 阻尼器相连，阻尼器控制器和霍尔电流传感器均通过数据采集卡与标定处 理器相连；标定组件包括抗力标定组件和扭矩标定组件；抗力标定组件包括模拟刀具、齿条、齿轮和滑块；在进给电机电流-切 削抗力关系标定时，模拟刀具与机床主轴刀柄相连，齿轮安装在磁流变旋转阻尼器的伸出轴端，滑块固定在支架箱盖上，齿条安装在滑块上；扭矩标定组件包括上半联轴器和下半联轴器，在主轴电机电流-切削扭 矩关系标定时，上半联轴器与机床主轴相连，下半联轴器安装在磁流变旋 转阻尼器的伸出轴端，上半联轴器安装在下半联轴器上；霍尔电流传感器采集电机电流信号，通过数据采集卡提供给标定处理 器；标定处理器对采集电机的电流信号进行处理，根据采集的电机电流有 效值的大小提供阻尼器控制器的输出电流大小的控制信号。在实际切削过程中，由于测力仪体积较大，安装不便，在工作台上安 装测力仪实时检测切削负荷并通过反馈用于恒负荷控制的方法几乎不可能 实现。而由于机床切削负荷与机床电机电流大小存在一定的关系，所以可 以考虑实时检测电机电流大小来判定切削负荷的大小，实现基于恒负荷的 自适应控制。但是基于电机电流的恒负荷自适应控制需要事先得知电机电 流与切削负荷的关系，本专利技术的作用就是用于机床电机电流和切削负荷关 系的标定。本专利技术在使用时，首先标定自身控制参量(即磁流变阻尼器控制电压 和机床速度)和输出参量(即模拟切削负荷)之间关系，建立自身关系数 据库，再通过设定不同控制参量，査找自身关系数据库得知提供的模拟切 削负荷的大小，并采用霍尔电流传感器监测进给伺服电机电流变化，标定 出机床切削负荷和电机电流的关系，并建立机床电机电流-切削负荷关系数 据库，从而间接实现加工过程中的切削负荷与电机电流关系的标定，为通 过控制进给电机电流实现切削力的恒定控制提供条件。总之，本专利技术装置 结构紧凑，精度高，响应快，使用方便，适合于在生产车间条件下用来进 行切削负荷的标定，是一种普及型的标定工具。附图说明图1为本专利技术用于标定进给电机电流一切削抗力关系时自身标定原理图(工作方式标定时去除测力仪)原理图2为本专利技术用于标定主轴电机电流一切削扭矩关系时自身标定原理 图(工作方式标定时去除测力仪)原理图3为本专利技术用于进给电机电流一进给抗力关系标定时机械结构示意图4为本专利技术用于主轴电机电流一切削扭矩关系标定时机械结构示意图5为本专利技术用于主轴电机电流一切削扭矩标定时的下半联轴器； 图6为本专利技术用于主轴电机电流一切削扭矩标定时的上半联轴器； 图7为本专利技术装置自身标定原理示意图； 图8为本专利技术装置工作方式标定示意图； 图9为本专利技术装置标定处理器的工作流程图。具体实施例方式本专利技术是一种基于磁流变原理的数控机床电机电流和切削负荷关系标 定装置，用于机床进给电机电流一切削抗力关系以及主轴电机电流一切削 扭矩关系标定，下面结合附图对各部分作详细说明。如图l， 2， 3， 4所示，本专利技术提出的机床电机电流-切削负荷关系标定 装置包括磁流变旋转阻尼器3、支架箱盖6、支架箱体7、阻尼器控制器10、 标定处理器11、数据采集卡12、霍尔电流传感器13和标定组件。磁流变 旋转阻尼器3通过螺钉固定在支架箱盖6上，支架箱盖6通过螺钉固定在 支架箱体7上，标定组件与阻尼器3的伸出轴端连接。阻尼器控制器10与 磁流变旋转阻尼器3相连，阻尼器控制器10和霍尔电流传感器13均通过 数据采集卡12与标定处理器11相连。霍尔电流传感器13与待标定的数控 机床电机的电源线相连，用于测量进给电机电流I的大小。霍尔电流传感器 13采集电机电流信号，通过数据采集卡12提供给标定处理器11。标定处 理器11对采集电机的电流信号进行处理，并提供阻尼器控制器10的输出电流大小的控制信号。标定组件包括抗力标定组件和扭矩标定组件。抗力标定组件用于进给电机电流一切削抗力关系标定，它包括模拟刀具l、齿条2、齿轮4和滑块5。齿轮4安装在阻尼器3的伸出轴端，滑块 5固定在支架箱盖6上，齿条2安装在滑块5上，在标定时齿条2通过模拟 刀具l与机床主轴刀柄相连。扭矩标定组件用于主轴电机电流一切削扭矩关系标定时，它包括上半 联轴器8和下半联轴器9。下半联轴器9安装在阻尼器3的伸出轴端，上半 联轴器8安装在下半联轴器9上。在标定时通过上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床电机电流与切削负荷关系标定装置，其特征在于：它包括磁流变旋转阻尼器（３）、支架箱盖（６）、支架箱体（７）、阻尼器控制器（１０）、标定处理器（１１）、数据采集卡（１２）、霍尔电流传感器（１３）和和标定组件；　支架箱盖（６）固定在支架箱体（７）上，磁流变旋转阻尼器（３）固定在支架箱盖（６）上，标定组件与磁流变旋转阻尼器（３）的伸出轴连接；阻尼器控制器（１０）与磁流变旋转阻尼器（３）相连，阻尼器控制器（１０）和霍尔电流传感器（１３）均通过数据采集卡（１２）与标定处理器（１１）相连；　标定组件包括抗力标定组件和扭矩标定组件；　抗力标定组件包括模拟刀具（１）、齿条（２）、齿轮（４）和滑块（５）；在进给电机电流－切削抗力关系标定时，模拟刀具（１）与机床主轴刀柄相连，齿轮（４）安装在磁流变旋转阻尼器（３）的伸出轴端，滑块（５）固定在支架箱盖（６）上，齿条（２）安装在滑块（５）上；　扭矩标定组件包括上半联轴器（８）和下半联轴器（９），在主轴电机电流－切削扭矩关系标定时，上半联轴器（８）与机床主轴相连，下半联轴器（９）安装在磁流变旋转阻尼器（３）的伸出轴端，上半联轴器（８）安装在下半联轴器（９）上；　霍尔电流传感器（１３）采集电机电流信号，通过数据采集卡（１２）提供给标定处理器（１１）；标定处理器（１１）对采集电机的电流信号进行处理，根据采集的电机电流有效值的大小提供阻尼器控制器（１０）的输出电流大小的控制信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，蒋克强，刘红奇，孙伟，唐小琦，陈吉红，毛新勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉华中数控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]