专利名称：一种用于数控移动工作台的平面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，具体涉及一种用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置。
背景技术：
数控机床移动工作台是数控机床的重要组成部分之一，对机床加工精度和动态性能有着很大的影响。目前，数控移动工作台主要采用伺服进给系统进行驱动，为了满足机床的性能，需要具有定位精度高、运行平稳、摩擦力小和惯量低等特点。为了保证数控移动工作台的运行精度和动态性能，需要对伺服进给系统进行研究，因此需要进行一些相关的实验验证。在实验过程中，需要对移动工作台的受载情况进行模拟，工作台平面内的加载对研究进给系统的性能有着重要的意义，其典型的受载形式主要有纵向载荷、横向载荷和转矩。 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，难以进行随动加载；配重方式是在工作台的不同位置固定一定数量的质量块，但这只能模拟垂直载荷的加载，无法实现工作台平面内的加载。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平面受载形式，及时且可控地连续改变加载载荷的大小。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置，该装置包括模拟数控移动工作台、纵向加载装置和横向加载装置。所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座I上布置有两条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之间平行布置有第一滚珠丝杠4 ;所述的第一滚珠丝杠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进行支撑，并在所述的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；所述的第一伺服电机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 ;所述的第一丝杠螺母12上固接有第一丝杠螺母座13 ;移动工作台14固定连接在所述的第一滑块10、第二滑块11和第一丝杠螺母座13的上部；所述的纵向加载装置包括两个相同的纵向加载机构，分别对称地布置在所述的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3上；其中一个纵向加载机构的结构如下布置在所述第一滑动导轨2外侧且与第一滑动导轨2平行的第二滚珠丝杠15，通过固定在底座I上的第二滚珠丝杠固定支撑座16和第二滚珠丝杠浮动支撑座17进行支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座16的伸出端通过第二联轴器18与第二伺服电机19直连；所述的第二伺服电机19通过第二电机座20固定在底座I上；在所述的第二滚珠丝杠15上连接有法兰型式的第二丝杠螺母21 ;在所述的第二丝杠螺母21上固接有第二丝杠螺母座22 ;在所述的第一滑动导轨2上，且与第二丝杠螺母21处于同一横向位置处，布置有第三滑块23 ;所述的第二丝杠螺母座22和所述的第三滑块23通过第一连接板24进行连接；在所述的第一连接板24上固定有第一支撑座25，在所述的第一支撑座25上安装有第一压力传感器26 ;第一加载弹簧27的一端连接在所述的第一支撑座25的端部，并和所述的第一压力传感器26相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台14上的第一连接座28 ；另一个纵向加载机构的结构是布置在所述第二直线导轨3外侧且与其平行的第三滚珠丝杠29，通过固定在底座I上的第三滚珠丝杠固定支撑座30和第三滚珠丝杠浮动支撑座31进行支撑，并在第三滚珠丝杠固定支撑座30的伸出端通过第三联轴器32与第三伺服电机33直连；所述的第三伺服电机33通过第三电机座34固定在底座I上；在所述的第三滚珠丝杠29上连接有法兰型式 的第三丝杠螺母35 ;在所述的第三丝杠螺母35上固接有第三丝杠螺母座36 ;在所述的第二滑动导轨3上，且与所述第三丝杠螺母35处于同一横向位置处，布置有第四滑块37 ;所述的第三丝杠螺母座36和所述的第四滑块37通过第二连接板38进行连接；在所述的第二连接板38上固定有第二支撑座39，在所述的第二支撑座39上安装有第二压力传感器40 ；第二加载弹簧41的一端连接在所述的第二支撑座39的端部，并和所述的第二压力传感器40相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台14上的第二连接座42 ；所述的横向加载装置的结构是立柱43位于所述移动工作台14的一侧，并固定在所述的底座I上；支撑板44固定在所述的立柱43上；第四伺服电机46通过第四电机座45固定在所述支撑板44上；所述的第四伺服电机46的转轴与所述的移动工作台14的横向平行；第四滚珠丝杠47通过第四联轴器48与所述的第四伺服电机46直连，并通过第四滚珠丝杠固定支撑座49支撑；所述的第四滚珠丝杠47上连有法兰型式的第四丝杠螺母50 ;所述的第四丝杠螺母50上安装有第三压力传感器51 ;在所述的第四滚珠丝杠47的另一端与连接头52通过螺纹连接；第一直线轴承53安放在连接头52的另一侧所开的孔中，用于引导加载头54的圆柱端在连接头52中滑动；所述的加载头54的另一端为轴线与所述移动工作台14的侧面短边相平行的圆柱轴，并通过所述的圆柱轴连接有第二直线轴承55 ;在所述的加载头54和第三压力传感器51之间装有第三加载弹簧56 ;所述的第三加载弹簧56将所述的第二直线轴承55压紧在所述移动工作台14的侧面。本发明的有益效果为I、本发明所述的用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置，通过分别控制两个纵向伺服加载机构弹簧的压缩量，可以实现对移动工作台施加平面内的单向纵向载荷、单向转矩、以及纵向载荷和转矩的复合载荷；2、本发明所述的横向加载装置通过直线轴承与移动工作台侧面接触进行加载，直线轴承在加载头圆柱轴中滚动的阻力很小，且与工作台侧面是线接触，因此可以保证所加载荷垂直于工作台侧面；3、本发明所有加载弹簧的压缩量是通过伺服电机进行控制的，同时在弹簧的末端都安装有压力传感器，因此可以通过闭环控制实现对加载力大小的精确控制；4、本发明的纵向加载装置利用已有的模拟数控工作台的直线导轨进行导向，使得结构更加简单；
5、本发明的横向加载装置只对移动工作台施加横向载荷，加载力沿着滚珠丝杠的轴向方向，因此横向伺服加载机构中的第四滚珠丝杠采用悬臂式支撑方式，简化了结构，且并不影响加载的效果。
图I是本发明所述试验装置的整体结构示意图；图2是本发明所述试验装置的数控模拟移动工作台结构示意图；图3是本发明所述试验装置的横向加载装置的部分分解结构示意图；图4是本发明所述试验装置所采用的控制方案框图。
具体实施方式
·
下面结合附图和具体的实施例对本发明提出的用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置做详细的说明如图I和图2所示，所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座I上布置有两条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之间平行布置有第一滚珠丝杠4 ;所述的第一滚珠丝杠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进行支撑,并在所述的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；所述的第一伺服电机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 ;所述的第一丝杠螺母12上固接有第一丝杠螺母座13 ;移动工作台14固定连接在所述的第一滑块10、第二滑块11和第一丝杠螺母座13的上部；。如图I和图2所示，所述的纵向加载装置包括两个相同的纵向加载机构，分别对称地布置在所述的第一滑动导轨2和第二滑动导轨3上；其中一个纵向加载机构的结构如下布置在所述第一滑动导轨2外侧且与第一滑动导轨2平行的第二滚珠丝杠15，通过固定在底座I上的第二滚珠丝杠固定支撑座16和第二滚珠丝杠浮动支撑座17进行支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座16的伸出端通过第二联轴器18与第二伺服电机19直连；所述的第二伺服电机19通过第二电机座20固定在底座I上；在所述的第二滚珠丝杠15上连接有法兰型式的第二丝杠螺母21 ;在所述的第二丝杠螺母21上固接有第二丝杠螺母座22 ;在所述的第一滑动导轨2上，且与第二丝杠螺母21处于同一横向位置处，布置有第三滑块23 ；所述的第二丝杠螺母座22和所述的第三滑块23通过第一连接板24进行连接；在所述的第一连接板24上固定有第一支撑座25，在所述的第一支撑座25上安装有第一压力传感器26 ;第一加载弹簧27的一端连接在所述的第一支撑座25的端部,并和所述的第一压力传感器26相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台14上的第一连接座28 ；另一个纵向加载机构的结构是布置在所述第二直线导轨3外侧且与其平行的第三滚珠丝杠29，通过固定在底座I上的第三滚珠丝杠固定支撑座30和第三滚珠丝杠浮动支撑座31进行支撑，并在第三滚珠丝杠固定支撑座30的伸出端通过第三联轴器32与第三伺服电机33直连；所述的第三伺服电机33通过第三电机座34固定在底座I上；在所述的第三滚珠丝杠29上连接有法兰型式的第三丝杠螺母35 ;在所述的第三丝杠螺母35上固接有第三丝杠螺母座36 ;在所述的第二滑动导轨3上，且与所述第三丝杠螺母35处于同一横向位置处，布置有第四滑块37 ;所述的第三丝杠螺母座36和所述的第四滑块37通过第二连接板38进行连接；在所述的第二连接板38上固定有第二支撑座39，在所述的第二支撑座39上安装有第二压力传感器40 ；第二加载弹簧41的一端连接在所述的第二支撑座39的端部，并和所述的第二压力传感器40相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台14上的第二连接座42 ；如图I和图3所示，所述的横向加载装置的结构是立柱43位于所述移动工作台14的一侧，并固定在所述的底座I上；支撑板44固定在所述的立柱43上；第四伺服电机46通过第四电机座45固定在所述支撑板44上；所述的第四伺服电机46的转轴与所述的移动工作台14的横向平行；第四滚珠丝杠47通过第四联轴器48与所述的第四伺服电机46直连，并通过第四滚珠丝杠固定支撑座49支撑；所述的第四滚珠丝杠47上连有法兰型式的第四丝杠螺母50 ;所述的第四丝杠螺母50上安装有第三压力传感器51 ;在所述的第四滚珠丝杠47的另一端与连接头52通过螺纹连接；第一直线轴承53安放在连接头52的另一侧 所开的孔中，用于引导加载头54的圆柱端在连接头52中滑动；所述的加载头54的另一端为轴线与所述移动工作台14的侧面短边相平行的圆柱轴，并通过所述的圆柱轴连接有第二直线轴承55 ;在所述的加载头54和第三压力传感器51之间装有第三加载弹簧56 ;所述的第三加载弹簧56将所述的第二直线轴承55压紧在所述的移动工作台14的侧面。本发明所述的用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置的工作过程详述如下如图4，移动工作台14的横向载荷大小、纵向载荷大小和转矩大小是本发明所述的加载装置所需实现的加载要求，其中横向载荷大小通过第四伺服电机46进行控制，纵向载荷和转矩大小通过第二伺服电机19和第三伺服电机33共同进行控制；如图I、图2和图4，移动工作台14的位置通过第一伺服电机8进行控制，将移动工作台14的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根据位置控制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，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；如图I和图4，将所需加载的纵向载荷或转矩大小转换为移动工作台14上的第一连接座28和第二连接座42处的纵向载荷大小，再根据第一加载弹簧27和第二加载弹簧41的位移-载荷曲线，将纵向载荷大小转换为对应的第一加载弹簧27和第二加载弹簧41的压缩量；由于两个纵向伺服加载机构的结构相同，这里以其中一个纵向伺服加载机构工作原理进行说明第一加载弹簧27的压缩量即为第三滑块23相对于移动工作台14所需的移动值，该压缩量值即为第二伺服电机19的位置指令；第二伺服电机19根据位置指令值驱动电机轴的旋转，通过第二联轴器18带动第二滚珠丝杠15旋转，第二滚珠丝杠15的旋转转换为第二丝杠螺母21的轴向移动，从而通过第二丝杠螺母座22及第一连接板24带动第三滑块23在第一滑动导轨2上的纵向移动，就可以对第一加载弹簧27进行压缩，实现了移动工作台14在第一连接座28处的纵向加载；在加载过程中，第一压力传感器26将测得的压力值进行反馈，通过与所需的纵向加载力大小进行比较，将偏差载荷值转换为第一加载弹簧27所需的压缩调整量，通过第二伺服电机19调整第三滑块23的位置，实现对该纵向加载力的闭环控制；由于两个纵向伺服加载机构对称布置，因此若第一加载弹簧27和第二加载弹簧41的加载力大小相等，且方向相同，即对移动工作台14施加了单向纵向力的加载；若第一加载弹簧27和第二加载弹簧41的加载力大小相等，但方向相反，即对移动工作台14施加了单向转矩加载；若第一加载弹簧27和第二加载弹簧41的加载力大小不相等，即对移动工作台14施加了纵向力和转矩的复合加载；如图3和4，将所需加载的横向载荷大小根据第三加载弹簧56的位移-载荷关系转换为第三加载弹簧56的压缩量，该压缩量值即为第四丝杠螺母50在横向方向上的移动量；将该压缩量转换为第四伺服电机46的位置控制指令，第四伺服电机46根据位置指令驱动电机轴转动，通过第四联轴器48带动第四滚珠丝杠47旋转，第四滚珠丝杠47的旋转转换为第四丝杠螺母50的轴向移动，从而对第三加载弹簧56进行压缩，进而将第二直线轴承55压紧在移动工作台14的侧面，实现对移动工作台14的横向加载；移动工作台14在纵向移动时，第二直线轴承55在移动工作台14侧面滚动，由于第二直线轴承55滚动阻力很小， 同时与移动工作台14侧面是线接触，因此保证了施加的载荷垂直于移动工作台14的侧面；在加载过程中，第三压力传感器51将测得的压力值进行反馈，通过与所需的横向载荷大小进行比较，将偏差载荷值转换为第三加载弹簧56所需的压缩调整量，通过第四伺服电机46对第四丝杠螺母50的位置进行重新调整，实现对横向加载力大小的闭环控制。
权利要求
1.一种用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括模拟数控移动工作台、纵向加载装置和横向加载装置 所述的模拟数控移动工作台的结构是在底座(I)上布置有两条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)之间平行布置有第一滚珠丝杠(4);所述的第一滚珠丝杠(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)进行支撑，并在所述的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；所述的第一伺服电机(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);所述的第一丝杠螺母(12)上固接有第一丝杠螺母座(13);移动工作台(14)固定连接在所述的第一滑块(10)、第二滑块(11)和第一丝杠螺母座(13)的上部； 所述的纵向加载装置包括两个相同的纵向加载机构，分别对称地布置在所述的第一滑动导轨(2)和第二滑动导轨(3)上；第一个纵向加载机构的结构如下布置在所述第一滑动导轨(2)外侧且与第一滑动导轨(2)平行的第二滚珠丝杠(15)，通过固定在底座(I)上的第二滚珠丝杠固定支撑座(16)和第二滚珠丝杠浮动支撑座(17)进行支撑，并在第二滚珠丝杠固定支撑座(16)的伸出端通过第二联轴器(18)与第二伺服电机(19)直连；所述的第二伺服电机(19)通过第二电机座(20)固定在底座(I)上；在所述的第二滚珠丝杠(15)上连接有法兰型式的第二丝杠螺母(21);在所述的第二丝杠螺母(21)上固接有第二丝杠螺母座(22);在所述的第一滑动导轨(2)上，且与第二丝杠螺母(21)处于同一横向位置处，布置有第三滑块(23);所述的第二丝杠螺母座(22)和所述的第三滑块(23)通过第一连接板(24)进行连接；在所述的第一连接板(24)上固定有第一支撑座(25)，在所述的第一支撑座(25)上安装有第一压力传感器(26);第一加载弹簧(27)的一端连接在所述的第一支撑座(25)的端部，并和所述的第一压力传感器(26)相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台(14)上的第一连接座(28)； 另一个纵向加载机构的结构是 布置在所述第二直线导轨(3)外侧且与其平行的第三滚珠丝杠(29)，通过固定在底座(I)上的第三滚珠丝杠固定支撑座(30)和第三滚珠丝杠浮动支撑座(31)进行支撑，并在第三滚珠丝杠固定支撑座(30)的伸出端通过第三联轴器(32)与第三伺服电机(33)直连；所述的第三伺服电机(33)通过第三电机座(34)固定在底座(I)上；在所述的第三滚珠丝杠(29)上连接有法兰型式的第三丝杠螺母(35);在所述的第三丝杠螺母(35)上固接有第三丝杠螺母座(36);在所述的第二滑动导轨(3)上，且与所述第三丝杠螺母(35)处于同一横向位置处，布置有第四滑块(37);所述的第三丝杠螺母座(36)和所述的第四滑块(37)通过第二连接板(38)进行连接；在所述的第二连接板(38)上固定有第二支撑座(39)，在所述的第二支撑座(39)上安装有第二压力传感器(40);第二加载弹簧(41)的一端连接在所述的第二支撑座(39)的端部，并和所述的第二压力传感器(40)相接触，另一端连接于固定在所述移动工作台(14)上的第二连接座(42)； 所述的横向加载装置的结构是立柱(43)位于所述移动工作台(14)的一侧，并固定在所述的底座(I)上；支撑板(44)固定在所述的立柱(43)上；第四伺服电机(46)通过第四电机座(45)固定在所述支撑板44上；所述的第四伺服电机(46)的转轴与所述的移动工作台(14)的横向平行；第四滚珠丝杠(47)通过第四联轴器(48)与所述的第四伺服电机(46)直连，并 通过第四滚珠丝杠固定支撑座(49)支撑；所述的第四滚珠丝杠(47)上连有法兰型式的第四丝杠螺母(50);所述的第四丝杠螺母(50)上安装有第三压力传感器(51);在所述的第四滚珠丝杠(47)的另一端与连接头(52)通过螺纹连接；第一直线轴承(53)安放在连接头(52)的另一侧所开的孔中，用于引导加载头(54)的圆柱端在连接头(52)中滑动；所述的加载头(54)的另一端为轴线与所述移动工作台(14)的侧面短边相平行的圆柱轴，并通过所述的圆柱轴连接有第二直线轴承(55);在所述的加载头(54)和第三压力传感器(51)之间装有第三加载弹簧(56);所述的第三加载弹簧(56)将所述的第二直线轴承(55)压紧在所述移动工作台(14)的侧面。
全文摘要
本发明公开了一种用于数控移动工作台的平面连续加载试验装置，属于机械制造技术领域。所述的试验装置包括一个模拟数控移动工作台、两个相同的纵向加载装置和一个横向加载装置。横向载荷大小、纵向载荷大小和转矩大小是本发明所述的加载装置所需实现的加载要求，其中横向载荷大小通过一个伺服电机进行控制，纵向载荷和转矩大小通过两个伺服电机共同进行控制；且每个载荷大小都经过压力传感器的反馈，通过调整加载弹簧的压缩量实现了对加载力大小的闭环控制。本发明提供的试验装置能实现对移动工作台施加平面内的单向纵向载荷、单向转矩、以及纵向载荷和转矩的复合载荷，并且可以对加载力大小进行精确控制。
文档编号G01M99/00GK102890000SQ201210287238
公开日2013年1月23日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者王立平, 李铁民, 姜峣, 吴军, 关立文, 唐晓强 申请人:清华大学