自动换刀装置综合性能检测试验台属于数控机床功能部件性能检测领域，集机械、传感器技术和虚拟仪器技术于一体，完成如下各项性能检测：换刀时间、输出轴定位精度（抓刀到位精度、换刀到位精度、回位精度、直线位移精度、重复定位精度）、机械手振动、ATC运转平稳性、换刀成功率，弧面分度凸轮机构综合分度精度及动力学特性。通过编码器A定位组件解决了输出轴因存在复合运动（旋转运动、直线运动）而定位精度检测难的技术问题；利用编码器A与编码器B直接检测弧面凸轮机构输入输出参数，提高了弧面凸轮机构综合分度精度及动力学特性检测精度。为专业生产厂提供了综合性能检测方案，对于功能部件专业生产厂具有重大实用意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种自动换刀装置专用综合性能检测试验台，属于数控机床功能部件性能检测领域。
技术介绍
自动换刀装置是加工中心自动换刀系统的重要功能部件，用于实现刀库与主轴刀具自动交换的功能，不仅缩短了工件加工的辅助时间，而且降低了工件在加工过程中因多次装夹而引起的加工误差，从而提高了加工中心的加工效率和精度，其性能直接影响主机的性能水平。因此，对自动换刀装置进行性能检测是十分必要的。长期以来，机床生产厂检测自动换刀装置的方法都是配有具体的刀库进行，但这种方法并不适用于自动换刀装置的专业厂家。开发一种独立于刀库之外的检测自动换刀装置各项性能指标的专用检测试验台，对于功能部件专业生产厂具有重大实用意义。目前，国内对自动换刀装置性能检测的研究很少，国外的相关资料没有查到。本申请人于2009年3月27日申请了“一种自动换刀机构性能检测平台”(公开号：CN101514943A，公开日2009年8月26日)，本试验台主要用于研究弧面凸轮式自动换刀装置中所用弧面凸轮机构的各种运动参数和动力学特性参数，检测时需要拆除机械手。大连理工大学于2012年8月16日申请了“刀库及自动换刀综合性能检测系统”(申请公布号CN102785126A，申请公布日2012年11月21日)，检测内容包括刀库振动、机械手臂振动、刀库定位误差、机械手换刀运动精度及整机工作噪音五个方面的性能进行检测，检测内容虽有所增加，但未对反应自动换刀装置重要性能的换刀时间及换刀成功率进行检测，而且该检测系统对自动换刀装置的性能检测需要刀库的配合。自动换刀装置的驱动方式主要分为液压式、气液式及机械凸轮联动式，其弧面凸轮式自动换刀装置以换刀速度快、可靠性高、承载能力强、寿命长等优点广泛应用于高档加工中心，弧面凸轮机构为其核心部件，目前国产弧面凸轮式自动换刀装置在刀具重量、换刀时间及换刀可靠性等方面与国外先进水平仍有较大的差距，导致国内加工中心的中高档刀库及弧面凸轮式自动换刀装置主要依赖进口，大量采用日本、德国、韩国及台湾地区的产品。本试验台便是以弧面凸轮式自动换刀装置为基础进行开发，为专业生产厂提供综合性能检测方法，定量分析自动换刀装置综合性能，为促进我国自动换刀装置的发展提供试验基础。本专利技术运用传感器技术和虚拟仪器技术，在不同工况下(如使用不同质量的刀具，在不同换刀速度下进行试验)检测自动换刀装置的换刀时间、输出轴定位精度(抓刀到位精度、换刀到位精度、回位精度、直线位移精度、重复定位精度)、机械手振动、自动换刀装置运转平稳性、换刀成功率等性能指标，及对其应用的弧面分度凸轮机构的综合分度精度及动力学特性进行检测与分析,可综合反映自动换刀装置的性能水平。鉴于自动换刀装置输出轴的运动方式为旋转运动、直线运动及旋转与直线运动的复合运动，如何对输出轴的定位（旋转运动与直线运动）精度进行简单、方便、高精度的检测及检测方案的通用性是本专利技术解决的关键问题。
技术实现思路
为了弥补自动换刀装置专用综合性能检测试验台的空缺，本试验台以弧面凸轮式自动换刀装置为检测对象进行研发，本专利技术集机械、电子传感技术和控制技术于一体，研发了自动换刀装置性能检测试验台，为专业生产厂提供了综合性能检测方案。通过设计编码器A定位组件，有效地解决了输出轴因存在复合运动而定位精度检测难的技术问题；通过编码器B转轴组件，解决了编码器B与弧面凸轮轴连接的问题，弧面凸轮轴、输出轴在本实验采用的自动换刀装置中分别相当于弧面凸轮机构的输入轴、输出轴，因此利用编码器A与编码器B便可直接检测弧面凸轮机构输入输出参数。本试验台控制自动换刀装置进行换刀动作，并模拟不同的工作条件(不同负载、不同转速)，在换刀过程中完成各项性能检测，采取的技术方案如下所述(下文中涉及到前后、左右方向时，均相对于基座前表面而言)：本试验台包括弧面凸轮式自动换刀装置、基座、支承座A、支承座B、模拟刀具、刀具左右调节板、刀具定位组件、编码器A定位组件、连接轴A、编码器B转轴组件、定位板、位移传感器安装支架、基座振动传感器、位移传感器、编码器A、无线振动传感器、编码器B、箱体振动传感器、PC机、测控柜，其中弧面凸轮式自动换刀装置、原点接近开关、机械手、输出轴、弧面凸轮轴，弧面凸轮机构为弧面凸轮式自动换刀装置的核心部件，弧面凸轮轴与输出轴为弧面凸轮机构的输入、输出零件，弧面凸轮轴垂直于自动换刀装置安装面，输出轴垂直于基座上表面并与弧面凸轮轴机械手安装在输出轴上，输出轴带动机械手完成换刀动作；编码器A定位组件包括轴承压紧盖、圆螺母及止动垫圈、定位套、深沟球轴承、轴承座、轴承盖、连接板、导向杆安装板、导向杆、直线轴承安装座、直线轴承；编码器B转轴组件包括轴承端盖、旋转轴唇形密封圈、连接轴B；刀具定位组件包括止动键、刀套、内螺纹圆柱销、平端紧定螺钉、弹簧、钢珠。基座、支承座A、支承座B、刀具左右调节板、刀具定位组件解决了弧面凸轮式自动换刀装置与模拟刀具的安装问题。支承座A、支承座B安装在基座上，支承座B在基座上的位置不可调，弧面凸轮式自动换刀装置设有安装长孔用于调节其前后位置，安装在支承座B的一侧；支承座A相对基座能够进行前后、左右位置调节；刀具左右调节板安装在支承座B一侧，相对支承座B可以进行左右方向调节；刀具定位组件共两套，一套安装在刀具左右调节板上，一套安装在支承座A一侧，并可进行上下位置调节；模拟刀具插入刀具定位组件的刀套内，由刀套的圆锥孔及钢珠进行刀具轴向位置定位，止动键插入刀具的键槽中防止刀具旋转，配合自动换刀装置完成换刀动作。编码器A、位移传感器、编码器A定位组件、连接轴A、位移传感器安装支架实现了输出轴定位精度的检测。位移传感器安装支架安装在基座上，其安装孔为长孔可进行前后位置调节；位移传感器可选为拉杆式位移传感器，主要包括缸体、拉杆、摆转接头，其缸体安装于此支架上，缸体自身结构及自配安装架可对位移传感器进行上下、左右位置调节。编码器A可选为增量式轴套型，由连接轴A与编码器A定位组件进行安装，连接轴A一端与输出轴端面的中心螺纹孔配合，另一端与编码器A的轴套配合并由编码器夹紧环把轴套固定在连接轴A上；编码器A定位组件：在输出轴轴端依次装入定位套、轴承座、深沟球轴承、轴承压紧盖，再用圆螺母及止动垫圈（安装在连接轴A上）顶紧轴承压紧盖用以固定深沟球轴承内圈。轴承座与轴承盖通过螺钉连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自动换刀装置专用综合性能检测试验台，其特征在于：整体结构包括基座(2001)、支承座A(2002)、模拟刀具(2006)、刀具定位组件(2007)、弧面凸轮式自动换刀装置(2016)、支承座B(2017)、刀具左右调节板(2018)、基座振动传感器(2003)、位移传感器安装支架(2004)、位移传感器(2005)、编码器A(2008)、编码器A定位组件(2009)、连接轴A(2010)、无线振动传感器(2011)、编码器B(2012)、编码器B转轴组件(2013)、定位板(2014)、箱体振动传感器(2015)、PC机(2019)、测控柜(2020)，其中弧面凸轮式自动换刀装置(2016)包括：变频电机(2016?1)、原点接近开关(2016?2)、机械手(2016?3)、输出轴(2016?4)、弧面凸轮轴(2016?5)；编码器A定位组件(2009)包括：圆螺母及止动垫圈(3001)、轴承压紧盖(3002)、定位套(3003)、深沟球轴承(3004)、轴承座(3005)、轴承盖(3006)、连接板(3007)、导向杆安装板(3008)、导向杆(3009)、直线轴承安装座(3010)、直线轴承(3011)；编码器B转轴组件(2013)包括：轴承端盖(4001)、旋转轴唇形密封圈(4002)、连接轴B(4003)；刀具定位组件(2007)包括：止动键(5001)、刀套(5002)、内螺纹圆柱销(5003)、平端紧定螺钉(5004)、弹簧(5005)、钢珠(5006)；?支承座A(2002)、支承座B(2017)安装在基座(2001)上；弧面凸轮式自动换刀装置(2016)安装在支承座B(2017)一侧面，弧面凸轮机构为弧面凸轮式自动换刀装置(2016)的核心部件，弧面凸轮轴(2016?5)与输出轴(2016?4)为弧面凸轮机构的输入、输出零件，弧面凸轮轴(2016?5)垂直于自动换刀装置(2016)安装面，输出轴(2016?4)垂直于基座(2001)上表面并与弧面凸轮轴(2016?5)空间垂直，机械手(2016?3)安装在输出轴(2016?4)上，输出轴(2016?4)带动机械手(2016?3)完成换刀动作；刀具左右调节板(2018)安装在支承座B(2017)的另一侧面；刀具定位组件(2007)共两套，一套安装在刀具左右调节板(2018)上，一套安装在支承座A(2002)一侧面上；模拟刀具(2006)插入刀具定位组件(2007)的刀套(5002)内；位移传感器安装支架(2004)安装在基座(2001)上，位于自动换刀装置(2016)下方；编码器A(2008)选为增量式，带空心轴套及平表面定子联轴器，利用编码器A定位组件(2009)、连接轴A(2010)安装在输出轴(2016?4)轴端；位?移传感器(2005)选为拉杆式位移传感器，包括缸体、拉杆、摆转接头，缸体安装在位移传感器安装支架(2004)上，拉杆通过摆转接头安装于编码器A定位组件(2009)中的导向杆安装板(3008)上；编码器B(2012)选为增量式，带空心轴套及平表面定子联轴器，利用编码器B转轴组件(2013)、定位板(2014)安装于弧面凸轮轴(2016?5)轴端；无线振动传感器(2011)固定在机械手(2016?3)上；箱体振动传感器(2015)利用磁座吸附于轴承端盖(4001)上；?编码器A定位组件(2009)中定位套(3003)、轴承座(3005)、深沟球轴承(3004)、轴承压紧盖(3002)依次装在输出轴(2016?4)上，位于机械手(2016?3)下方，深沟球轴承(3004)外端面超出输出轴(2016?4)端面，圆螺母及止动垫圈(3001)安装在连接轴A(2010)上，通过向上旋紧圆螺母使轴承压紧盖(3002)顶紧深沟球轴承(3004)内圈，使深沟球轴承(3004)固定在输出轴(2016?4)上；轴承座(3005)与轴承盖(3006)通过螺钉固定在深沟球轴承(3004)外圈上；连接板(3007)共两个，上端通过长孔分别与轴承盖(3006)左、右外侧面相连，与位移传感器安装支架(2004)共同调节连接板(3007)、导向杆安装板(3008)、导向杆(3009)、直线轴承安装座(3010)、直线轴承(3011)、位移传感器(2005)、位移传感器安装支架(2004)的前后位置，下端安装在导向杆安装板(3008)外侧面上；位移传感器(2005)拉杆通过摆转接头安装在导向杆安装板(3008)中部，导向杆安装板(3008)用于安装摆转接头的安装孔大于摆转接头外螺纹...
【技术特征摘要】
1.一种自动换刀装置专用综合性能检测试验台，其特征在于：整体结构包括基座(2001)、支承座A(2002)、模拟刀具(2006)、刀具定位组件(2007)、弧面凸轮式自动换刀装置(2016)、支承座B(2017)、刀具左右调节板(2018)、基座振动传感器(2003)、位移传感器安装支架(2004)、位移传感器(2005)、编码器A(2008)、编码器A定位组件(2009)、连接轴A(2010)、无线振动传感器(2011)、编码器B(2012)、编码器B转轴组件(2013)、定位板(2014)、箱体振动传感器(2015)、PC机(2019)、测控柜(2020)，其中弧面凸轮式自动换刀装置(2016)包括：变频电机(2016-1)、原点接近开关(2016-2)、机械手(2016-3)、输出轴(2016-4)、弧面凸轮轴(2016-5)；编码器A定位组件(2009)包括：圆螺母及止动垫圈(3001)、轴承压紧盖(3002)、定位套(3003)、深沟球轴承(3004)、轴承座(3005)、轴承盖(3006)、连接板(3007)、导向杆安装板(3008)、导向杆(3009)、直线轴承安装座(3010)、直线轴承(3011)；编码器B转轴组件(2013)包括：轴承端盖(4001)、旋转轴唇形密封圈(4002)、连接轴B(4003)；刀具定位组件(2007)包括：止动键(5001)、刀套(5002)、内螺纹圆柱销(5003)、平端紧定螺钉(5004)、弹簧(5005)、钢珠(5006)；
支承座A(2002)、支承座B(2017)安装在基座(2001)上；弧面凸轮式自动换刀装置(2016)安装在支承座B(2017)一侧面，弧面凸轮机构为弧面凸轮式自动换刀装置(2016)的核心部件，弧面凸轮轴(2016-5)与输出轴(2016-4)为弧面凸轮机构的输入、输出零件，弧面凸轮轴(2016-5)垂直于自动换刀装置(2016)安装面，输出轴(2016-4)垂直于基座(2001)上表面并与弧面凸轮轴(2016-5)空间垂直，机械手(2016-3)安装在输出轴(2016-4)上，输出轴(2016-4)带动机械手(2016-3)完成换刀动作；刀具左右调节板(2018)安装在支承座B(2017)的另一侧面；刀具定位组件(2007)共两套，一套安装在刀具左右调节板(2018)上，一套安装在支承座A(2002)一侧面上；模拟刀具(2006)插入刀具定位组件(2007)的刀套(5002)内；位移传感器安装支架(2004)安装在基座(2001)上，位于自动换刀装置(2016)下方；编码器A(2008)选为增量式，带空心轴套及平表面定子联轴器，利用编码器A定位组件(2009)、连接轴A(2010)安装在输出轴(2016-4)轴端；位 移传感器(2005)选为拉杆式位移传感器，包括缸体、拉杆、摆转接头，缸体安装在位移传感器安装支架(2004)上，拉杆通过摆转接头安装于编码器A定位组件(2009)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃明，刘晓娜，牟宏明，杨宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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