一种基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测装置和方法与流程

本发明涉及一种基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测装置和方法，属于机电一体化领域。

背景技术：

刀库及自动换刀装置是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分，复合凸轮是自动换刀装置中的重要功能部件。复合凸轮包括平面槽凸轮和弧面分度凸轮两部分。平面槽凸轮控制换刀手臂的直进插拔刀动作，弧面分度凸轮控制换刀手臂的旋转换刀动作。复合凸轮机构的特点在于弧面分度凸轮和平面沟槽凸轮为一体，节省了空间，整个装置结构简单紧凑、重量轻，并且换刀时间短。但由于弧面分度凸轮特殊的廓面形式，且其几何尺寸会制约着平面沟槽凸轮的尺寸和布局，所以对复合凸轮机构进行设计和制造将非常困难。因此，若想得到运动平稳，换刀速度快，精度高的自动换刀装置，必须对复合凸轮的加工精度进行准确检测。目前对复合弧面凸轮的误差研究方式主要有两种：对复合弧面凸轮的表面进行直接测量、通过复合弧面凸轮和从动件的啮合传动对输入输出信号进行测量。对复合凸轮的误差分析很难通过直接测量凸轮表面来实现。根据运动参数可以用来表征复合凸轮的加工精度。

为了更加准确地检测复合凸轮的加工精度，需要结构简单又能满足要求的、测试精度较高的装置和相应的研究方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测装置和方法，对复合凸轮加工精度进行快速测量，实现复合凸轮的快速检测和质量评价。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测装置和方法，包括复合凸轮实验台和数据采集与分析系统。

所述复合凸轮实验台包括底座(1)、复合凸轮(2)、第一角度传感器(3)、左支座(4)、三爪卡盘(5)、从动轴(6)、第二角度传感器(7)、第一激光位移传感器(8)、第一手轮(9)、从动件支撑臂(10)、第二激光位移传感器(11)、从动件固定臂(12)、从动件(13)、摆杆(14)、右顶座(15)、第二手轮(16)、右支座(17)和主动轴(18)。

左支座(4)与底座(1)垂直固定安装；左支座(4)上方装有滑动导轨机构，从动件支撑臂(10)作为滑块与滑动导轨相连接；从动件固定臂(12)垂直固定安装在从动件支撑臂(10)上，从动轴(6)即安装在从动件固定臂(12)上，因从动轴(6)为水平位移运动，从动轴(6)与从动件固定臂(10)之间为间隙配合；右支座(17)垂直固定安装在底座(1)上，右顶座(15)通过滑槽与右支座(17)连接；三爪卡盘(5)固定安装在左支座(4)上，且三爪卡盘与右顶座(15)保证同轴度；复合凸轮(2)通过键与主动轴(18)连接；复合凸轮(2)和从动件(13)的中心距调整好后将摆杆(14)与从动轴(6)上的滑轨和复合凸轮(2)的平面槽相连接；第一手轮(9)通过联轴器与左支座(4)滑动导轨的主轴连接；第二手轮(16)通过联轴器与右顶座(15)的主轴连接；第一角度传感器(3)、第二角度传感器(7)分别固定安装在主动轴(18)、从动轴(6)上，第一激光位移传感器(8)、第二激光位移传感器(11)分别固定安装在从动件支撑臂(10)、从动件固定臂(12)上。

所述数据采集与分析系统包括计算机、数据采集系统、控制电路及分析软件。控制电路将第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一角度传感器和第二角度传感器连接集成至数据采集系统，数据采集系统通过接口与计算机相连接，分析系统负责将采集到的数据进行后续处理并显示相关数据。

首先将复合凸轮(2)的主动轴(18)使用三爪卡盘(5)装卡，复合凸轮(2)固定安装在主动轴(18)上，右顶座(15)的顶尖定位至主动轴(18)保证同轴度；从动件(13)固定安装在从动轴(6)上，调节左支座(4)的滑动导轨机构做垂直水平运动以适应相应尺寸的复合凸轮。复合凸轮(2)及从动件(13)机构安装好之后，第二激光位移传感器(11)测量中心距，主轴驱动电机匀速转动，从而带动从动件(13)、摆杆(14)及从动轴(6)运动，同时第一激光位移传感器(8)测量从动轴(6)的水平位移，第一角度传感器(3)测量主动轴转角量，第二角度传感器(7)测量从动轴转角量，数据采集系统实时采集并存储各个传感器采集到的数据，分析系统将采集到的转角信号量数据做转角精度误差曲线θ-t曲线，将采集到的位移量做从动轴位移误差曲线l-t图等信息，实现复合凸轮加工精度的快速测量和误差显示。

与现有技术相比较，为了解决复合凸轮加工精度误差难以进行高精度的检测以及运动参数表征复合凸轮精度不明确的问题。

1)设计了一套基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测装置，结构简单，体积紧凑，且符合刚度和精度要求，能够准确获得预期的结果。

2)采用激光位移传感器、高精度的角度传感器，保证了采集的从动件位移和主动轴、从动轴转角信号的数据准确性，对于后续分析提供了大量且准确的数据。

3)设计了一套完整的数据采集与分析系统，控制电路连接各个传感器，通过rs422和usb接口集成至计算机的扩展槽，分析软件采集并建立了运动参数数据库，比较了位移、转角及中心距随时间的变化，以误差曲线表征了复合凸轮的精度。

4)该装置可通过滑动导轨和手轮对复合凸轮机构的位置进行实时调整，以适应不同尺寸规格的复合凸轮机构。

附图说明

图1是复合凸轮加工精度检测装置整体构成图。

图2是复合凸轮加工精度检测装置具体结构图。

图3是右顶座传动示意图。

图4是主传动轴示意图。

图5是从动件支撑臂传动示意图。

图6是从动件顶尖定位和传动示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明进行详细说明。

该装置包括复合凸轮实验台和数据采集与分析系统。所述复合凸轮实验台包括底座(1)、复合凸轮(2)、第一角度传感器(3)、左支座(4)、三爪卡盘(5)、从动轴(6)、第二角度传感器(7)、第一激光位移传感器(8)、第一手轮(9)、从动件支撑臂(10)、第二激光位移传感器(11)、从动件固定臂(12)、从动件(13)、摆杆(14)、右顶座(15)、第二手轮(16)、右支座(17)和主动轴(18)。

所述右支座垂直固定安装在底座上，右顶座与右支座间隙配合，手轮2控制右顶座的水平位移移动，具体实现为转动第二手轮(16)时，带动主锥齿轮传动，从动锥齿轮带动滚柱丝杠传动，而丝杠上连接有两个螺母滑块，从而带动固定连接在两个螺母滑块上做水平运动；主轴驱动电机固定在左支座内部，当主轴驱动电机转动时，驱动电机的输出轴与主动轴采用梅花型联轴器连接，保证同轴度，同时利用三爪卡盘固定主动轴，右顶座顶尖与主动轴定位保证同轴度。角度传感器1安装在主动轴上，用来采集复合凸轮的转角信号量。

所述左支座与底座垂直固定安装，保证垂直度；左支座上方装有滑动导轨机构，从动件支撑臂作为滑块与滑动导轨相连接，且从动件支撑臂上装有斜支撑块保证其垂直度，滑动导轨机构的上下位移运动由第一手轮所控制，转动第一手轮时，通过联轴器带动滚柱丝杠传动，丝杠上固定的螺母滑块带动滑块(从动件支撑臂)实现上下移动；从动件固定臂垂直固定安装在从动件支撑臂上，传动轴即安装在从动件固定臂上，从动轴与从动件固定臂为间隙配合，具体表现为弧面凸轮转动，带动从动件转动，从而带动与平面槽凸轮相连接的摆杆运动，同时使得从动轴会前后位移运动。第一激光位移传感器安装在从动件支撑臂上，用以测量复合凸轮和从动件的中心距；第二激光位移传感器安装在从动轴上，用以测量复合凸轮运动时从动轴的位移量；角度传感器安装在从动件传动轴上，用以采集从动件的转角信号。

所述数据采集与分析系统包括计算机、数据采集系统、控制电路及分析软件。控制电路将第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一角度传感器和第二角度传感器连接集成至数据采集系统，数据采集系统通过接口与计算机相连接，分析系统负责将采集到的数据进行后续处理并显示相关数据。

右支座垂直固定安装在底座上，右顶座与右支座间隙配合，第二手轮控制右顶座的水平位移移动，转动第二手轮时，带动主锥齿轮传动，从动锥齿轮带动滚柱丝杠传动，而丝杠上连接有两个螺母滑块，从而带动固定连接在两个螺母滑块上做水平运动；主轴驱动电机固定在左支座内部，当主轴驱动电机转动时，驱动电机的输出轴与主动轴采用梅花型联轴器连接，保证同轴度，同时利用三爪卡盘固定主动轴，右顶座顶尖与主动轴定位保证同轴度；角度传感器1安装在主动轴上，用来采集复合凸轮的转角信号量。

所述左支座与底座垂直固定安装，保证垂直度；左支座上方装有滑动导轨机构，从动件支撑臂作为滑块与滑动导轨相连接，且从动件支撑臂上装有斜支撑块保证其垂直度，滑动导轨机构的上下位移运动由第一手轮所控制，转动第一手轮时，通过联轴器带动滚柱丝杠传动，丝杠上固定的螺母滑块带动滑块实现上下移动；从动件固定臂垂直固定安装在从动件支撑臂上，传动轴即安装在从动件支撑臂上，从动轴与从动件支撑臂为间隙配合，具体表现为弧面凸轮转动，带动从动件转动，从而带动与平面槽凸轮相连接的摆杆运动，同时使得从动轴会前后位移运动；第一激光位移传感器安装在从动件支撑臂上，用以测量复合凸轮和从动件的中心距；第二激光位移传感器安装在从动轴上，用以测量复合凸轮运动时从动轴的位移量；角度传感器安装在从动件传动轴上，用以采集从动件的转角信号。

所述基于运动参数表征的复合凸轮加工精度检测方法是首先将复合凸轮主动轴使用三爪卡盘装卡，复合凸轮固定安装在主动轴上，右顶座顶尖定位至主动轴保证同轴度；从动件固定安装在从动轴上，调节左支座的滑动导轨机构做垂直水平运动以适应相应尺寸的复合凸轮。复合凸轮及从动件机构安装好之后，第二激光位移传感器测量中心距，主轴驱动电机匀速转动，从而带动从动件、摆杆及从动轴运动，同时第一激光位移传感器测量从动轴水平位移，第一转角传感器测量主动轴转角量，第二转角传感器测量从动轴转角量，数据采集系统实时采集并存储各个传感器采集到的数据，分析系统将采集到的转角信号量数据做转角精度误差曲线θ-t曲线，将采集到的位移量做从动轴位移误差曲线l-t图等信息，实现复合凸轮加工精度的快速测量和误差显示。