一种数控机床整机静刚度检测控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种数控机床整机静刚度检测控制系统，主要由数据采集与运动控制系统和三自由度加载执行单元组成。所述数据采集与控制系统由力传感器、电涡流位移传感器、NI数据采集卡、NI运动控制卡和PC机组成；所述三自由度加载执行单元主要由伺服阀、液压缸、碟簧、探头及安装在主轴上的检验棒组成。本发明采用计算机控制加载力大小及传感器检测信号处理，在一定程度上实现了检测系统的自动化，操作方便可靠，可广泛应用。
【专利说明】一种数控机床整机静刚度检测控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及数控机床领域的性能检测系统，特别是关于一种数控机床整机静 刚度检测控制系统。
【背景技术】
[0002] 数控机床的整机静刚度是指其在空间中三个垂直方向上承受恒定载荷时抵抗变 形的能力，是机床设计的重要指标，机床的静态性能会影响其动态特性，在恒定载荷及自身 重力的作用下的机床的静态变形不但会改变零部件的几何精度，降低加工质量，还会对机 床的抗振性、生产率、噪声、工作寿命、运动平衡性、发热和磨损等各项性能造成影响，为了 准确并可靠地设计数控机床的主轴及其他部件，有必要对数控机床的整机静刚度进行测试 和分析。
[0003] 对机床的静刚度特性进行研宄，针对薄弱环节进行改进是一项具有重大实际意义 的工作。虽然目前已有很多对加工中心的静刚度测试方法的文献发表，但并没有一种十分 成熟，简便，可被普遍应用的测试方法，更没有一种可靠的测试系统或仪器装置来满足当前 生产企业及高校的大量需求，大量学者的研宄仅停留在方案或者试验上，已开发的测试方 法大多只能测量某一方向的静刚度，而非x、y、z三个方向同时测量，存在很大的局限性。而 即使可测三个方向静刚度，其测试系统也太零散，无法大量应用，本发明所开发出先进的数 控机床整机静刚度检测控制系统，可实现单一方向或多垂直方向的结构静刚度测试，研宄 成果适合于高校和机床制造企业，对弥补当今数控机床行业整机静刚度测量装置的欠缺 具有重大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种数控机床整机静刚度检测 控制系统，该系统结构简单，操作方便，可以较精确地对数控机床的整机静刚度进行测试和 分析，同时具有较高的可靠性。
[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种数控机床 整机静刚度检测控制系统，主要包括数据采集系统与运动控制系统和三自由度加载执行单 元。所述数据采集系统与控制系统由压力传感器、电涡流位移传感器、NI数据采集系统卡、 NI运动控制卡和PC机组成；所述三自由度加载执行单元主要由伺服阀、液压缸、碟簧、探头 及安装在主轴上的检验棒等组成。
[0006] 在所述PC机中运行有由LabVIEW编制的运动控制程序，所述NI运动控制卡与所 述PC机相连，通过人机交互界面选择加载功能，所述PC机发出加载指令，通过所述NI运动 控制卡控制所述伺服阀动作，所述液压泵提供所需动力来源，将液压站中的液压油通过指 定管路流入所述液压缸中，将所述液压缸中活塞向前推出，同时压缩所述碟簧，所述活塞连 接有所述探头，所述探头在活塞的作用下向前运动与所述检验棒接触，所述检验棒安装在 所测主轴中，进而将力施加在所述主轴上，使所述主轴产生一定的形变。由于采用单作用式 液压缸，压力油只供液压缸的一腔，液压力只能使缸实现单方向运动，而反方向运动则靠外 力（如弹簧力）来实现。当所述PC机发出卸载指令时，设定加载力的值，所述NI运动控制 卡控制所述伺服阀停止动作，返回原来状态，被压缩所述碟簧回弹，使所述液压缸中的活塞 回到原来位置，同时液压油通过另一路管路流回液压站中。连接在所述探头上的所述压力 传感器可以检测施加在主轴上的力的大小，所述电涡流位移传感器可以检测所述检验棒产 生的位移，所述PC机通过由LabVIEW编制的数据采集系统程序，通过所述数据采集系统卡 将力信号和位移信号采集到所述PC机中，依靠所述PC机实现数据的运算、分析、处理、显示 和存储，最终将计算分析结果以数字和图形等方式显示出来。
[0007] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0008] 1)采用计算机的人机交互界面来控制加载力大小及传感器所检测信号的采集，操 作方便快捷，在一定程度上实现了检测系统的自动化；
[0009] 2)利用计算机的强大的数据运算处理能力，将检测结果快速准确地显示出来，可 以实时测得力和位移值，大大地提高了检测效率和精度；
[0010] 3)可实现单一方向和多垂直方向的结构静刚度测试，功能多样化，可根据不同需 求达到所需的测试目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的检测控制系统原理图；
[0012] 图2为本发明的三自由度加载单元结构示意图；
[0013] 图3为本发明的测试流程图；
[0014] 图中标号名称：1.主轴，2.X方向的电涡流位移传感器，3.Y方向的电涡流位移传 感器，4.Z方向的电涡流位移传感器，5.检验棒，6.X方向的探头，7.Y方向的探头，8.Z方向 的探头，9.X方向的液压缸，10.Y方向的液压缸，11.Z方向液的压缸。
【具体实施方式】
[0015] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：
[0016] 请参见图1、图2和图3,本发明用于数控机床整机静刚度检测控制系统，主要由数 据采集系统与运动控制系统和三自由度加载执行单元组成；所述三自由度加载执行单元主 要由所述数据采集系统与控制系统由压力传感器、电涡流位移传感器2、3和4、NI数据采集 系统卡、NI运动控制卡和PC机组成。所述三自由度加载执行单元主要由伺服阀、液压缸9、 10和11、碟簧、探头及安装在主轴1上的检验棒5分组成。
[0017] 在PC机中运行有由LabVIEW编制的运动控制程序，NI运动控制卡与PC机相连， 通过人机交互界面选择加载功能，PC机发出加载指令，设定加载力的值，通过NI运动控制 卡控制伺服阀动作，液压泵将液压站中的液压油加压后通过指定管路注入液压缸9、10和 11中，将活塞向前推出，同时压缩碟簧，液压缸9、10和11中的活塞连接有探头6、7和8,探 头6、7和8向前运动接触检验棒5,检验棒5安装在所测主轴1中，进而将力施加在主轴1 上，使主轴1产生一定的形变。当PC机发出卸载指令时，NI运动控制卡控制伺服阀停止动 作，返回原来状态，被压缩的碟簧回弹，使液压缸9、10和11中的活塞回到原来位置，同时液 压油通过另一路管路流回液压站中。连接在探头6、7和8上压力传感器可以检测施加在主 轴1上的力的大小，电涡流位移传感器2、3和4可以检测检验棒5产生的位移，PC机通过 由LabVIEW编制的数据采集系统程序，通过数据采集系统卡将力信号和位移信号采集到PC 机中，依靠PC机实现数据的运算、分析、处理、显示和存储，由以下静刚度公式计算：
[0018]
【权利要求】
1. 一种数控机床整机静刚度检测控制系统，包括数据采集系统、运动控制系统和三自 由度加载执行单元，其特征在于：所述数据采集系统与运动控制系统包括压力传感器、电涡 流位移传感器、NI数据采集系统卡、NI运动控制卡和PC机；所述三自由度加载执行单元包 括伺服阀、液压缸、碟簧、探头及安装在主轴上的检验棒；所述检验棒将感应到探头和数据 传送到所述电涡流位移传感器，所述数据采集系统与运动控制系统可通过所述NI运动控 制卡和所述伺服阀实现对所述液压缸的推力有效控制，所述压力传感器可测得所述碟簧对 探头施加载荷的实时值；所述数据采集系统与运动控制系统可将所述电涡流位移传感器和 所述压力传感器采集的信号传输至所述PC机，利用所述PC机实现整机刚度的自动计算和 曲线绘制。
2. 根据权利要求1所述的一种数控机床整机静刚度检测控制系统，其特征在于：所述 PC机的人机交互界面可控制所述三自由度加载执行单元的选择与参数设置实现单一方向 和同时多垂直方向的结构静刚度测试，满足不同情况下的功能需求。
3. 根据权利要求1所述的一种数控机床整机静刚度检测控制系统，其特征在于：所述 PC机的人机交互界面可实现所述液压缸加载力的参数控制，并通过所述压力传感器和所述 电涡流传感器实时采集加载力和位移参数来计算机床刚度。
4. 根据权利要求1所述的一种数控机床整机静刚度检测控制系统，其特征在于：所述 电涡流位移传感器、探头和液压缸在X、Y、Z三个方向均各设有一个。
【文档编号】G01M13/00GK104458225SQ201410613923
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】吕术亮, 国冬, 张莹 申请人:鼎奇(天津)主轴科技有限公司