专利名称：一种在数控移动工作台的任意位置垂直连续加载试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及ー种在数控移动工作台的任意位置垂直连续加载试验装置。
背景技术：
工作台是数控机床的重要组成部分之一，主要用来安装エ件和承受载荷。数控移动工作台作为目前数控机床广泛使用的工作台，主要采用伺服进给系统进行驱动，具有定位精度高、运行平稳、摩擦小和惯量低等优点。为保证数控移动工作台的动态性能，需要研究伺服进给系统的动态设计理论，因此需要进行ー些相关的实验验证。为提高实验的可靠性，需要尽可能地对移动工作台的受载情况进行模拟。移动工作台在工作过程中主要承受垂直、横向和沿滚珠丝杠轴向的载荷，其中，垂直载荷是由エ件自身重量以及刀具垂直于移动工作台进给时产生的，是移动工作台承受的最主要载荷，因此移动工作台垂直加载装置是加载试验装置中较为重要的部分。现有的加载装置通常有液压传动加载、机械传动加载和配重加载等方式。液压传动加载和机械传动加载方式都只能实现定点加载，在工作台移动时无法进行随动加载。配重加载方式是制作若干组不同规格的重量块，同时在工作台的不同位置打上螺纹孔，在使用时，根据需要，在工作台的不同位置固定重量块来实现垂直加载。这种加载方式比较简単，容易实现，是目前常用的方法，但这种方法需要制作较多的重量块，在模拟较大垂直载荷时，特别耗费材料，搬运不方便。另外，配重加载法每次只能加载ー个固定的载荷，无法实现连续加载，且加载的位置受工作台上的螺纹孔位置的限制。因此，上述加载方式都无法实现根据数控移动工作台所需模拟的垂直加载值，及时且可控地连续改变加载カ的大小和位置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种在数控移动工作台的任意位置实现垂直连续加载的试验装置，所述的试验装置包括模拟数控移动工作台、龙门框架、横向移动机构和垂直加载装置所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座I上布置有平行的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3 ;在所述的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3中间平行布置有第一滚珠丝杠4 ;第一滚珠丝杠4通过固定在底座I上的第一滚珠丝杠固定支撑座5和第一滚珠丝杠浮动支撑座6支撑，并在第一滚珠丝杠固定支撑座5的伸出端通过第一联轴器7与第一伺服电机8直连,第一伺服电机8通过第一电机座9固定在底座I上；在所述的第一滑动导轨2上布置有第一滑块10，在所述的第二滑动导轨3上布置有第二滑块11 ;在所述的第一滚珠丝杠4上连接有法兰型式的第一丝杠螺母12，在所述的第一丝杠螺母12上固接有第一丝杠螺母座13 ;所述的第一滑块10、第二滑块11和第一丝杠螺母座13的上方固定连接了移动工作台14，在所述的移动工作台14上覆盖有表面平整的盖板15 ；
所述的龙门框架的结构是垂直安装在所述底座I上的第一立柱16和第二立柱17的上端通过横梁18进行连接，从而形成ー个龙门框架；所述的第一立柱16和第二立柱17分立在移动工作台14两侧；所述的横梁18与移动工作台14的横向平行；所述的横向移动机构的结构是布置在横梁18 —侧的第二滚珠丝杠19，通过固定在横梁18上的第二滚珠丝杠固定支撑座20和第二滚珠丝杠浮动支撑座21支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座20的伸出端通过第二联轴器22与第二伺服电机23直连，第二伺服电机23通过第二电机座24固定在横梁18上；在所述的第ニ滚珠丝杠19上连接有与第二丝杠螺母座26固定连接的法兰形式的第二丝杠螺母25 ;在所述的横梁18的另ー侧布置有第三滑动导轨27 ;在所述的第三滑动导轨27上布置有和固定板29固定连接的第三滑块28 ；所述的第二丝杠螺母座26通过连接板30与所述的固定板29相连；所述的垂直加载装置的结构是第三伺服电机32通过第三电机座31固定在固定板29上，且其转轴与移动工作台14垂直；第三滚珠丝杠34通过第三联轴器33和所述的第三伺服电机32直连，并通过固定在固定板29上的第三滚珠丝杠固定支撑座35支撑；法兰形式的第三丝杠螺母36套接在所述的第三滚珠丝杠34上；所述的第三丝杠螺母36上安装 有压カ传感器37 ;所述的第三滚珠丝杠34的另一端和连接头38通过螺纹进行连接；直线轴承39安放在连接头38另ー侧所开的孔中，用于引导球窝40的圆柱端在其中上下滑动；所述的球窝40的另一端为空心的半球形，用于容纳加载球41 ;在所述的球窝40和压カ传感器37之间安装有加载弹簧42。本发明的有益效果为本发明所述的ー种在数控移动工作台的任意位置实现垂直连续加载的试验装置，通过横向移动机构带动加载装置在移动工作台的横向方向上进行移动，同时第一伺服电机8可以驱动移动工作台沿其轴向移动，从而实现加载球在移动工作台任意位置的加载；本发明采用加载球进行加载，由于加载球在加载时与盖板几乎是点接触，在动态加载时，可以保证所加载荷始终是垂直于移动工作台平面；加载球在工作台面上的位置通过第一伺服电机8和第二伺服电机23控制，可以根据加载的需要对加载位置进行精确控制；本发明所用的弹簧的压缩量通过第三伺服电机32进行控制，同时在弹簧的末端安装压カ传感器，因此可以通过闭环控制实现对加载カ大小的精确控制；第二滚珠丝杠19和第三滑动导轨27布置在横梁的两侧，从而使得结构更加简单，同时可以减小由于垂直载荷对第二滚珠丝杠19和第三滑动导轨27产生的弯曲カ矩；加载装置只对移动工作台施加垂直载荷，因此第三滚珠丝杠34采用悬臂式支撑方式，同时由于加载球与球窝之间的摩擦较小，因此在第三滚珠丝杠34的两侧没有设计垂直导轨，这样大大简化了结构，同时又不影响加载的效果。
图I是本发明的试验装置整体结构示意图，主示龙门框架和横向移动机构；图2是本发明的数控模拟移动工作台示意图；图3是本发明的试验装置整体结构示意图，主示垂直加载机构；图4是本发明的垂直加载机构部分的分解结构示意 图5是本发明的装置所采用的控制方案框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提出的在数控移动工作台的任意位置实现垂直连续加载的试验装置做详细的说明如图I和图2所示，本发明所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座I上布置有平行的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3 ;在所述的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3中间平行布置有第一滚珠丝杠4 ;第一滚珠丝杠4通过固定在底座I上的第一滚珠丝杠固定支撑座5和第一滚珠丝杠浮动支撑座6支撑,并在第一滚珠丝杠固定支撑座5的伸出端通过第一联轴器7与第一伺服电机8直连,第一伺服电机8通过第一电机座9固定在底座I上；在所述的第一滑动导轨2上布置有第一滑块10，在所述的第二滑动导轨3上布置有第ニ滑块11 ;在所述的第ー滚珠丝杠4上连接有法兰型式的第一丝杠螺母12，在所述的第一丝杠螺母12上固接有第一丝杠螺母座13 ;所述的第一滑块10、第二滑块11和第一丝杠螺母座13的上方固定连接了移动工作台14，在所述的移动工作台14上覆盖有表面平整的盖 板15 ；如图I所示，本发明所述的龙门框架的结构是垂直安装在所述底座I上的第一立柱16和第二立柱17的上端通过横梁18进行连接，从而形成ー个龙门框架；所述的横梁18与所述的移动工作台14的横向平行；如图I和图3所示，本发明所述的横向移动机构的结构是布置在横梁18 —侧的第二滚珠丝杠19，通过固定在横梁18上的第二滚珠丝杠固定支撑座20和第二滚珠丝杠浮动支撑座21支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座20的伸出端通过第二联轴器22与第二伺服电机23直连，第二伺服电机23通过第二电机座24固定在横梁18上；在所述的第二滚珠丝杠19上连接有与第二丝杠螺母座26固定连接的法兰形式的第二丝杠螺母25 ;在所述的横梁18的另ー侧布置有第三滑动导轨27 ;在所述的第三滑动导轨27上布置有和固定板29固定连接的第三滑块28 ;所述的第二丝杠螺母座26通过连接板30与所述的固定板29相连；如图3和4所示，本发明所述的垂直加载装置的结构是第三伺服电机32通过第三电机座31固定在固定板29上，且其转轴与移动工作台14的平面垂直；第三滚珠丝杠34通过第三联轴器33和所述的第三伺服电机32直连，并通过固定在固定板29上的第三滚珠丝杠固定支撑座35支撑；法兰形式的第三丝杠螺母36套接在所述的第三滚珠丝杠34上；所述的第三丝杠螺母36上安装有压カ传感器37 ;所述的第三滚珠丝杠34的另一端和连接头38通过螺纹进行连接。直线轴承39安放在连接头38另ー侧所开的孔中，用于引导球窝40的圆柱端在其中上下滑动；所述的球窝40的另一端为空心的半球形，用于容纳加载球41 ;在所述的球窝40和压カ传感器37之间安装有加载弹簧42。本发明所述的ー种在数控移动工作台的任意位置实现垂直连续加载的试验装置的工作过程详述如下如图5所示，加载点位置和垂直载荷大小是该加载装置所需实现的加载要求；其中，加载位置的轴向位置控制由第一伺服电机8完成，加载位置的横向位置控制由第二伺服电机23完成,垂直载荷控制由第三伺服电机32完成；
如图I、图2和图5所示，将加载点的轴向位置转换为第一伺服电机8的位置控制指令，第一伺服电机8根据位置指令值驱动电机轴旋转，通过第一联轴器7带动第一滚珠丝杠4旋转，第一滚珠丝杠4的旋转转换为第一丝杠螺母12的轴向移动；通过固定连接在第一丝杠螺母12上的第一丝杠螺母座13带动移动工作台14沿着第一滚珠丝杠4的轴向移动；由于加载的轴向位置不用非常精确的控制，因此通过第一伺服电机8的位置反馈和速度反馈实现半闭环控制即可满足要求；如图I、图3和图5所示，将加载点的横向位置转换为第二伺服电机23的位置控制指令，第二伺服电机23根据位置指令值驱动电机轴旋转，通过第二联轴器22带动第二滚珠丝杠19旋转，第二滚珠丝杠19的旋转转换为第二丝杠螺母25的轴向移动，通过固定连接在第二丝杠螺母25上的第二丝杠螺母座26带动连接板30沿着第二滚珠丝杠19的轴向运动，连接板30通过固定连接在其上的固定板29带动垂直加载装置在第三滑动导轨27上滑 动，从而实现了加载点的横向位置控制；由于加载的横向位置同样不需要非常精确的控制，因此通过第二伺服电机23的位置反馈和速度反馈实现半闭环控制即可满足要求；如图3、图4和图5所示，将所需加载的垂直载荷大小通过加载弹簧42的位移-载荷曲线转换为加载弹簧42的压缩量，该压缩量值即为第三丝杠螺母36在垂直方向上所需的移动值；第三伺服电机32根据加载弹簧42所需的压缩量值转换而成的位置控制指令值驱动电机轴的旋转，通过第三联轴器33带动第三滚珠丝杠34旋转，第三滚珠丝杠34的旋转转换为第三丝杠螺母36的轴向移动，从而对加载弹簧42进行压缩，进而通过球窝41将压カ传导至加载球40,对盖板15的表面施加垂直加载；由于在加载过程中，加载球40和盖板15是点接触，保证了加载カ始終垂直于盖板15的表面；加载球40在球窝41中任意滚动，从而方便地实现加载位置的变化；球窝41上端的圆柱头由直线轴承39来导向，保证球窝41始終在垂直方向上运动；在加载弹簧42的上端设置有压カ传感器37，在加载的过程中将测得的压カ值进行反馈，通过与所需的垂直载荷大小进行比较，将偏差载荷值转换为加载弹簧42所需的压缩调整量，通过第三伺服电机32对第三丝杠螺母36的位置进行重新调整，实现了对垂直加载カ大小的闭环控制。
权利要求
1.一种在数控移动工作台的任意位置实现垂直连续加载的试验装置，其特征在干，所述的试验装置包括模拟数控移动工作台、龙门框架、横向移动机构和垂直加载装置所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座(I)上布置有平行的第一滑动导轨(2)和第一滑动导轨(3);在所述的第一滑动导轨(2)和第一滑动导轨(3)中间平行布置有第一滚珠丝杠(4);第一滚珠丝杠(4)通过固定在底座(I)上的第一滚珠丝杠固定支撑座(5 )和第一滚珠丝杠浮动支撑座(6)支撑,并在第一滚珠丝杠固定支撑座(5)的伸出端通过第一联轴器(7)与第一伺服电机(8)直连,第一伺服电机(8)通过第一电机座(9)固定在底座(I)上；在所述的第一滑动导轨(2)上布置有第一滑块(10)，在所述的第一滑动导轨(3)上布置有第二滑块(11);在所述的第一滚珠丝杠(4)上连接有法兰型式的第一丝杠螺母(12)，在所述的第一丝杠螺母(12)上固接有第一丝杠螺母座(13);所述的第一滑块(10)、第二滑块(11)和第一丝杠螺母座(13)的上方固定连接了移动工作台(14)，在所述的移动工作台(14)上覆盖有表面平整的盖板(15)；所述的龙门框架的结构是垂直安装在所述底座(I)上的第一立柱(16)和第二立柱(17)的上端通过横梁(18)进行连接，从而形成ー个龙门框架；所述的第一立柱(16)和第二立柱(17)分立在移动工作台(14)两侧；所述的横梁(18)与移动工作台(14)的横向平行；所述的横向移动机构的结构是布置在横梁(18) —侧的第二滚珠丝杠(19)，通过固定在横梁(18)上的第二滚珠丝杠固定支撑座(20)和第二滚珠丝杠浮动支撑座(21)支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座(20)的伸出端通过第二联轴器(22)与第二伺服电机(23)直连，第二伺服电机(23)通过第二电机座(24)固定在横梁(18)上；在所述的第ニ滚珠丝杠(19)上连接有与第二丝杠螺母座(26)固定连接的法兰形式的第二丝杠螺母(25);在所述的横梁(18)的另ー侧布置有第三滑动导轨(27);在所述的第三滑动导轨(27)上布置有和固定板(29)固定连接的第三滑块(28);所述的第二丝杠螺母座(26)通过连接板(30)与所述的固定板(29)相连；所述的垂直加载装置的结构是第三伺服电机(32)通过第三电机座(31)固定在固定板(29)上，且其转轴与移动工作台(14)垂直；第三滚珠丝杠(34)通过第三联轴器(33)和所述的第三伺服电机(32)直连，并通过固定在固定板(29)上的第三滚珠丝杠固定支撑座(35)支撑；法兰形式的第三丝杠螺母(36)套接在所述的第三滚珠丝杠(34)上；所述的第三丝杠螺母(36)上安装有压カ传感器(37);所述的第三滚珠丝杠(34)的另一端和连接头(38)通过螺纹进行连接；直线轴承(39)安放在连接头(38)另ー侧所开的孔中，用于引导球窝(40)的圆柱端在其中上下滑动；所述的球窝(40)的另一端为空心的半球形，用于容纳加载球(41);在所述的球窝(40)和压カ传感器(37)之间安装有加载弹簧(42)。
全文摘要
本发明公开了一种在数控移动工作台的任意位置垂直连续加载试验装置，属于机械制造技术领域。所述的试验装置包括模拟数控移动工作台、龙门框架、横向移动机构和垂直加载装置。加载点位置和垂直载荷大小是该加载装置所需实现的加载要求，加载位置的轴向位置控制、横向位置控制和垂直载荷控制分别由一个伺服电机完成；垂直载荷大小经压力传感器的反馈，通过调整加载弹簧的压缩量实现了对垂直加载力大小的闭环控制。本发明提供的试验装置能实现在移动工作台任意位置的垂直加载，且能对加载力大小进行精确控制。
文档编号G01M99/00GK102829988SQ20121028718
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者李铁民, 姜峣, 吴军, 关立文, 唐晓强 申请人:清华大学