CN102866030B - 一种五轴联动机床加载试验装置及加载试验方法 - Google Patents

Abstract

一种五轴联动机床加载试验装置，该装置由随动加载机构机械部分与测控系统组成；随动加载机构机械部分通过与机床主轴的接口给主轴施加载荷，测控系统用于实现随动加载机构机械部分的伺服电机控制、机构运动控制、载荷计算以及信号处理功能；一种五轴联动机床加载试验方法，它有五大步骤：步骤一：载荷数据测量；步骤二：载荷谱的建立；步骤三：刀轨数据整理：步骤四：数据硬件固化过程：步骤五：数据库的标定与修正过程。本发明具备通用性，可广泛应用于各种类型的机床可靠性测试中，对推动我国高性能负载模拟器的研制有着重要的现实意义和参考价值。

Description

一种五轴联动机床加载试验装置及加载试验方法

技术领域

本发明涉及一种五轴联动机床加载试验装置及加载试验方法，属于机床可靠性实验技术领域。

背景技术

数控机床是现代机械制造业的关键设备，当前中国机床消费量已居世界首位，但国内机床市场上高档数控机床还主要依赖进口。影响国产高档机床竞争力的主要原因之一是产品质量，而国产机床最主要的质量问题之一是产品的可靠性。大多数国产数控机床在产品可靠性方面与国外先进机床存在较大差距。除关键零部件、制造工艺等基础环节外，影响数控机床可靠性的另一关键因素，就是缺乏必要的整机试验手段。

机床的可靠性一般通过工厂使用一段时间后将记载下的大量数据反馈回来后，通过采用常用的可靠性数据分析方法而得出。但对于现在日趋广泛应用的小批量多品种五轴数控联动机床的可靠性则无法得出，主要原因在于其生产量小。可靠性数据的分析方法几乎均建立在大量数据分析基础之上，所以对其可靠性无法求得。解决此问题的主要方法为数控机床的可靠性试验之一为加载试验。

加载试验是在模拟工作状态下，对机床施加至少超过正常使用的载荷，以此来考察机床的可靠性。已经成熟使用的随动加载系统多为单轴随动加载系统，能够对高速运动主轴进行五轴高精度随动加载的试验装置尚未出现。机床在工作时总是在多维运动的条件下承受多向力，单轴加载实际上无法复现机床的实际载荷状态，可靠性测试结果无法得到保证。国内外一些机床制造厂在生产实践中只好采用对样机进行“经时试验”来考查其可靠性，即机床在出厂前进行长时间（几周甚至几个月）的连续切削试验，显然这种方法时间和材料的消耗很大，资源浪费很大，试验成本很高，测量效率很低。

针对上述无法通过大量的反馈数据对机床进行可靠性分析的情况下，可以借用并联机构对机床进行可靠性试验之一的机床加载试验。随着并联机构的研究越来越深入，并联机构刚度大，结构稳定紧凑，承载能力强，动态响应好，精度高等优点得到广泛的认同。机床随动加载试验装置可实现对机床主轴进行空间多维力和力矩的高精度随动加载，此在机床加载领域属首次，为机床可靠性出厂测试提供了新的高效试验手段。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种五轴联动机床加载试验装置及加载试验方法，该装置无须进行真实材料切削，可按照给定载荷谱对机床进行空间多自由度的力/力矩载荷联合加载，以测试机床在工作载荷状况下连续工作的可靠性；该装置为机床可靠性评估提供新的绿色高效试验手段。

2、技术方案：

（1）本发明一种五轴联动机床加载试验装置，该装置由随动加载机构机械部分与测控系统组成。其间关系是：随动加载机构机械部分通过与机床主轴的接口给主轴施加载荷，测控系统用于实现随动加载机构机械部分的伺服电机控制、机构运动控制、载荷计算以及信号处理等功能。

所述随动加载机构机械部分包括：随动加载机构与机床工作台接口固定平台、6套控力加载支链、12套加载机构关节球铰、加载机构动平台以及与机床主轴连接的机械接口。其位置及连接关系是：随动加载机构与机床工作台接口固定平台和机床工作台固连；随动加载机构与机床工作台接口固定平台上安装有直线电机的三组平行的直线导轨，直线导轨上安装有直线电机的动子，直线电机的动子与控力加载支链下端的加载机构关节球铰连接；控力加载支链向上通过末端加载机构关节球铰与加载机构动平台相连接，加载机构动平台上端面中心位置固连有与机床主轴连接的机械接口，随动加载机构与机床工作台接口固定平台通过该机械接口与加载机构动平台上方的机床主轴相连接。

该随动加载机构与机床工作台接口固定平台中包含直线导轨基座，并且直线导轨基座平行安装在机床工作台接口平台上，通过该平台实现与机床工作台之间的螺栓连接；

该控力加载支链是机床工作台接口固定平台与加载机构动平台的连接装置，其两端安装有加载机构关节球铰的球头部分，控力加载支链中间串联安装有单向测力传感器；

该加载机构关节球铰将控力加载支链两端分别与加载机构动平台、直线电机相连接，形成三自由度关节，是市购件；

该加载机构动平台为圆形结构，其上沿圆周方向均布6个球铰链安装基座。

该与机床主轴连接的机械接口，其主要包括：传感器固定下平台，传感器固定上平台，角压轴承和刀具夹持接口。六维力传感器可有选择的安装在传感器固定上、下平台之间，传感器固定上、下平台可直接互连，角压轴承安装于传感器固定上平台中间，角压轴承与刀具夹持接口同心安装。该传感器固定下平台，传感器固定上平台呈园盘状，该角压轴承是市购件，该刀具夹持接口是圆柱形件。

所述测控系统包括：控制柜、一套六维力传感器，六套单向力传感器、信号补偿及处理装置、六套直线电机组件、六套电机伺服驱动器、六套位移传感器以及机构运动控制器。其位置及连接关系是：电机伺服驱动器、机构运动控制器以及信号补偿及处理装置安装于控制柜中；每个控力加载支链两个加载机构关节球铰之间串联安装有一个单向测力传感器，六维力传感器安装在与机床主轴连接的机械接口上；单向力传感器与信号补偿及处理装置之间电气连接；直线电机组件与电机伺服驱动器之间电气连接，电机伺服驱动器与机构运动控制器之间电气连接，信号补偿及处理装置与机构运动控制器之间电气连接。

该控制柜是箱式金属结构件，电机伺服驱动器、机构运动控制器以及信号补偿及处理装置安装于控制柜中。

该六维力传感器是SDC-C4H型六维力传感器，可实现对空间六维载荷的测量；

该直线电机组件包括永磁同步直线电机动子、静子和直线导轨，其间关系是：永磁同步直线电机静子与直线导轨固连，且两者方向平行，永磁同步直线电机动子通过直线导轨上的滑块在永磁同步直线电机静子中滑移；直线电机组件为加载机构力控制提供动力。该永磁同步直线电机动子是L型钢板，上面覆盖导磁材料；该永磁同步直线电机静子中间开有凹槽，凹槽两内表面分别沿动子运动方向均布永磁体；该直线导轨是NHK牌HSR20直线导轨，长度为400mm。

该电机伺服驱动器是交流伺服驱动器，与直线电机配套使用。按需选用市购件。

该单向力传感器采用商品拉压式力传感器，它安装在每个控力加载支链上，用于测量控力加载支链上的单自由度力，作为控制系统的力反馈信号。按需选用市购件。

该位移传感器是光栅尺位移传感器，与直线导轨平行安装。按需选用市购件。

该机构运动控制器包括工业控制计算机和商品运动控制卡，机构运动控制器根据输入的控制指令和反馈信号进行运算，向各控力加载支链发出加载控制指令。该工业控制计算机是是市购件；该商品运动控制卡的规格是Turbo PMAC多轴运动控制卡。

该信号补偿及处理装置，包括中央处理器CPU，硬件存储器FLASH，随机存储器RAM、可编程逻辑门阵列FPGA、A/D采集装置、通用I/O接口、载荷谱及刀轨数据库以及信号补偿及处理算法程序。其中，中央处理器CPU，硬件存储器FLASH，随机存储器RAM、可编程逻辑门阵列FPGA、A/D采集装置、通用I/O接口通过电气连接，刀轨数据库及信号补偿处理算法程序固化到硬件存储器FLASH中，供中央处理器CPU调用。其主要功能是接收一套六维力传感器以及六套单向力传感器和位移传感器的反馈信号，对力信号进行滤波和补偿；使用位置信号在刀轨数据库中进行载荷谱数据查询，确定当前控制系统输入；上述结果输送给机构运动控制器进行运动控制。

本项发明中包括一种基于硬件存储数据库的信号在线补偿的控制方法。所述基于硬件存储数据库的信号在线补偿方法其实现过程包括：载荷谱数据库的测量与整理、刀轨数据整理与硬件固化和数据库的标定与修订。所述控制方法采用了一种准滑动模态控制和模型参考前馈控制相结合的控制算法。模型参考前馈控制用来消除系统噪声干扰，需要进行加载机构的模型辨识和辨识模型参数的验证；准滑动模态控制用来提供快速收敛的鲁棒控制律，以实现快速稳定的系统控制。

（2）本发明一种五轴联动机床加载试验方法，该方法具体步骤如下：

1）载荷数据测量：通过多维力传感器测量机床在多种工况下进行实际切削时主轴所受到的载荷数据，为机床载荷谱的分析提供重要数据。

2）载荷谱的建立：通过对机床在实际切削时主轴所受到的载荷数据进行分析，通过应用统计学方法确定在各工况机床所受载荷主要分布方式，建立机床在各工况下的载荷谱，形成载荷谱数据库。

3）刀轨数据整理：将机床刀轨数据文件进行规范化处理，并按照时序与载荷谱数据进行匹配，按照固定格式进行整理，形成刀轨数据库。

4）数据硬件固化过程：将步骤2所建立的载荷谱数据库与刀轨数据库进行匹配处理，得到机床在特定工况下主轴在其运动轨迹上各位置的具体受力情况，并将此数据下载到信号补偿与处理装置的硬件存储器中；

5）数据库的标定与修正过程：在与机床主轴的机械接口中安装六维传感器，连接被加载机床进行加载试验，实时测量单向力传感器数据和六维力传感器数据；对测量数据进行离线的比较处理，对数据库中数据进行修订，最后形成准确的标准试验数据库，并固化到硬件存储器中。

完成上述方法步骤后，可形成用于并联随动加载装置的控制算法。机床加载试验实施过程需要按照上述步骤进行。

3、优点及功效：

本发明提出一种用于机床可靠性试验用的多维力随动加载试验机及加载试验方法，与背景技术相比，其优势在于：

1)该加载试验装置可以在跟踪机床主轴运动的同时，实现对主轴进行空间六维力/力矩高速、高精度随动加载，在尽可能符合实际载荷环境下对机床进行多维力测试，得到机床在模拟工作状况下的可靠性参数，对于明确机床的可靠性及进一步改进机床的性能提供试验依据；

2)该加载试验装置进行机床可靠性加载试验避免了实际材料的切削，节约成本，具有绿色制造的特色；

3)本发明所采用的补偿及控制方法具有较高的实时性，可实现并联加载机构的力与位置的协调高精度控制，满足多维力/力矩高速、高精度随动加载的苛刻要求；

4)该加载试验装置具备通用性，可广泛应用于各种类型的机床可靠性测试中，另外，其对推动我国高性能负载模拟器的研制有着重要的现实价值。

附图说明

图1并联加载试验装置系统简图

图2与机床主轴连接的机械接口示意图

图3导轨基座示意图

图4信号补偿及处理装置模块组成示意图

图5控制系统流程简图

图6实施例示意图

图7为本发明加载试验方法流程图

图中具体标号说明如下：

1、与机床主轴连接的机械接口    2、加载机构动平台        3、控力加载支链

4、单向测力传感器              5、加载机构关节球铰      6、直线电机

7、机床工作台接口固定平台      8、电机伺服驱动器        9、机构运动控制器

10、信号补偿及处理装置         11、工业控制计算机       12、刀具夹持接口

13、角压轴承                   14、传感器固定上平台     15、六维力传感器

16、传感器固定下平台           17、直线导轨             18、直线导轨基座

19、位移传感器                 20、机床工作台           21、机床主轴

22、控制柜                     23、并联加载装置         24、被测机床

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行具体实施方式进行阐述：

（1）本发明一种五轴联动机床加载试验装置，该装置由随动加载机构机械部分和测控系统两大部分组成，装置如图1所示。

随动加载机构机械部分所述机械部分由与机床工作台接口固定平台7、控力加载支链3、加载机构关节球铰5、加载机构动平台2、与机床主轴连接的机械接口1、直线导轨17、直线导轨基座18组成。

随动加载机构机械部分通过与机床主轴连接的机械接口1和机床主轴21相固连。与机床主轴连接的机械接口1如图2所示，与机床主轴连接的机械接口由传感器固定下平台16，传感器固定上平台14，角压轴承13和刀具夹持接口12组成。与机床主轴连接的机械接口1通过刀具夹持接口12将机床刀具和该加载试验装置连接在一起，刀具夹持接口12通过过盈配合与角压轴承13连接，角压轴承13通过过盈配合与传感器固定上平台14连接。

在并联加载装置数据库的标定与修订过程，传感器固定平台14通过螺栓与六维力传感器15连接，六维力传感器15通过螺栓与传感器固定下平台16连接，传感器固定下平台通过螺栓与动平台2连接。机械接口1的功能是传递和测量刀具和加载装置之间的作用力，并将力测量结果反馈给控制系统。

在随动加载机构机械部分正常工作状态下，传感器固定平台14通过螺栓与固定下平台16刚性连接，再与加载机构动平台2连接。此时与机床主轴连接的机械接口1的作用是传递刀具和该加载试验装置之间的作用力。

加载机构动平台2通过加载机构关节球铰5与控力支链3连接，控力加载支链3中部安装有单向测力传感器4。控力加载支链5下部通过加载机构关节球铰5与直线电机6动子连接。控力加载支链3的主要作用是实时测量加载过程中各控力加载支链3的单向力，并反馈给控制系统，通过控制律调整，并借助直线电机6进行支链力控制，最终达到输出指定力载荷的目的。

如图3所示，直线导轨基座18安装在机床工作台接口固定平台7上，直线导轨基座18上安装有直线导轨17和位移传感器19，直线导轨17上安装有直线电机6。在本发明的加载试验装置中，直线电机6作为加载动力装置，通过根据控制系统控制信号，输出指定的直线力，同时被动满足加载机构动平台2的位置跟踪要求。机床工作台接口固定平台7通过螺栓与机床工作台20固定连接，其将主轴传递给加载试验装置的反作用力传递给机床工作台20，模拟实际切削过程中被加载零件的工装的功能

所述测控系统部分主要硬件电机伺服驱动器8、机构运动控制器9以及信号补偿及处理装置10安装在控制柜22中，单向力传感器4安装在控力加载支链3中部，六维传感器15安装在与机床主轴连接的机械接口1上，位移传感器19安装在直线导轨基座18上。控制测控系统控制柜22中硬件包括电机伺服控制器8、机构运动控制器9、信号补偿及处理装置10、工业计算机11。各主要系统硬件之间通过电缆电气连接。

加载试验装置主要信号处理装置为信号补偿及处理装置10，如图4所示，处理装置10中集成有运算用中央处理单元CPU、存储器FLASH芯片、随机存储器RAM、可编程逻辑门阵列FPGA、A/D数据采集组件和通用输入输出接口GIO。CPU主要用来进行信号时序的同步以及力及位置信号的解算与补偿，FLASH存储器用来存储载荷谱、刀轨数据库和信号处理算法数据，FPGA用来对力信号进行数字滤波处理，RAM为CPU的运算提供内存。其中中央处理单元CPU、存储器FLASH芯片、随机存储器RAM、可编程逻辑门阵列FPGA、A/D数据采集组件和通用输入输出接口GIO等硬件集成到电路板上，电路板自主设计。信号补偿及处理装置10接收来自力传感器的信号F_f和位置传感器的信号X_f，信号F_f通过FPGA进行数字滤波，并和X_f、FLASH中的载荷谱及刀轨数据一起作为补偿算法输入参数，在CPU中参与补偿算法运算。

加载试验装置运行过程中，信号补偿及处理装置10采集由力传感器反馈的力信号F_f和位移传感器测量的位置信息X_f。使用开发的补偿算法对上述数据与硬件数据库中整理的数据(F_k,X_k)进行运算,得出力值的偏差信号与位置的偏差信号，并将信号反馈到机构运动控制器9中进行混合运动控制和工业控制计算机11进行状态监测。加载试验装置运行过程中，信号补偿及处理装置10利用位移传感器测量的位置信息X_f在载荷谱数据库中进行快速查询，以确定当前位姿下需要加载的载荷数据F_i，查询结果通过I/O输送给机构运动控制器9，作为控制系统的当前输入。

所述机构运动控制器9中集成有控制程序算法，其主要功能是接收工业控制计算机11和信号补偿及处理装置10的数据指令，通过控制算法运算，输出控制指令给伺服驱动器8。

所述工业控制计算机11中安装有并联加载装置状态监控程序，对机构当前的运动状态进行监测，并负责加载装置的启动、停机、控制系统初始化以及急停等自保护程序。

（2）见图7，本发明一种五轴联动机床加载试验方法，该方法具体步骤如下：

1）载荷数据测量：通过多维力传感器测量机床在多种工况下进行实际切削时主轴所受到的载荷数据，对载荷谱数据进行数字滤波处理，去除噪声的影响，得到能够反应真实切削载荷的数据，为机床载荷谱的分析提供重要数据。

2）载荷谱的建立：通过对机床在实际切削时主轴所受到的载荷数据进行分析，通过应用统计学方法确定在各工况机床所受载荷主要分布方式，将载荷数据进行插值得到连续载荷谱，之后进行基于时基离散，离散结果按照固定格式进行时序整理，形成载荷谱数据库建立机床在各工况下的载荷谱，形成载荷谱数据库。

3）刀轨数据整理：将机床刀轨数据文件进行规范化处理，并按照时序与载荷谱数据进行匹配，并按照与2中相同的时基进行离散，并与载荷谱数据进行匹配，按照固定格式与载荷谱数据一起进行时序整理，形成综合数据库。并且，按照固定格式进行整理，形成刀轨数据库。

4）数据硬件固化过程：将步骤2所建立的载荷谱数据库与刀轨数据库进行匹配处理，得到机床在特定工况下主轴在其运动轨迹上各位置的具体受力情况，并将此数据下载到信号补偿与处理装置的硬件存储器中；

5）数据库的标定与修正过程：在与机床主轴的机械接口中安装六维传感器，连接被加载机床进行加载试验，实时测量单向力传感器数据和六维力传感器数据；对测量数据进行离线的比较处理，找出与输入载荷谱的时差，进行数据重新离散和对齐，对数据库中数据进行修订，最后形成准确的标准试验数据库，并固化到硬件存储器中。

完成上述过程后，可形成实用于并联加载控制过程的算法，算法原理图如图5所示。在图5中信号补偿和处理算法及数据库接收机床位置传感器的反馈X_f和F_f，进行运算和查询，得到加载机构动平台2的位姿输入X_i和力加载输入F_i；F_i分别作为准滑动模态控制算法和机构动力学反解算法的输入进行运算，前者得到滑模控制律u_c，后者得到模型参考输入F_p，F_p和反馈F_f差值后，做为干扰信号负反馈并入控制律u_c，位姿输入X_i与反馈X_f差值后，经过增益K，做为正反馈并入控制律u_c，最终得到实际控制律u。控制律u信号输入伺服控制器，对电机进行伺服控制，输出力以驱动并联加载机构对机床进行加载。

实施实例：

所述五轴联动机床加载试验装置可对龙门式铣床进行随动加载，如图6所示。将并联加载装置23固定到机床24的工作台20上，调整工作台20的位置以及并联加载装置23的位姿，将加载机构与主轴的接口1与机床主轴21固连。

实际加载时，首先由工业控制计算机11发出机构初始化指令，使能并初始化机构运动控制器9、电机伺服驱动器8、直线电机6和信号补偿及处理装置10，检验并确认并联加载机构状态；之后启动机床主轴21，并使机床沿指定刀轨运动；在控制系统的作用下，并联加载装置按照信号补偿及处理装置10中的载荷谱要求对被测机床24进行随动加载。加载过程为有限次的循环过程，具体加载循环次数根据被测机床的可靠性指标来确定。

Claims (1)

1.一种五轴联动机床加载试验方法，该方法的实施依赖于五轴联动机床加载试验装置，该装置由随动加载机构机械部分与测控系统组成；随动加载机构机械部分通过与机床主轴的接口给主轴施加载荷，测控系统用于实现随动加载机构机械部分的伺服电机控制、机构运动控制、载荷计算以及信号处理功能；

所述随动加载机构机械部分包括：随动加载机构与机床工作台接口固定平台、6套控力加载支链、12套加载机构关节球铰、加载机构动平台以及与机床主轴连接的机械接口；随动加载机构与机床工作台接口固定平台和机床工作台固连；随动加载机构与机床工作台接口固定平台上安装有直线电机的三组平行的直线导轨，直线导轨上安装有直线电机的动子，直线电机的动子与控力加载支链下端的加载机构关节球铰连接；控力加载支链向上通过末端加载机构关节球铰与加载机构动平台相连接，加载机构动平台上端面中心位置固连有与机床主轴连接的机械接口，随动加载机构与机床工作台接口固定平台通过该机械接口与加载机构动平台上方的机床主轴相连接；

该随动加载机构与机床工作台接口固定平台中包含直线导轨基座，并且该直线导轨基座平行安装在机床工作台接口平台上，通过该平台实现与机床工作台之间的螺栓连接；

该控力加载支链是机床工作台接口固定平台与加载机构动平台的连接装置，其两端安装有加载机构关节球铰的球头部分，控力加载支链中间串联安装有单向测力传感器；

该加载机构关节球铰将控力加载支链两端分别与加载机构动平台、直线电机相连接，形成三自由度关节；

该加载机构动平台为圆形结构，其上沿圆周方向均布6个球铰链安装基座；

该与机床主轴连接的机械接口，包括：传感器固定下平台，传感器固定上平台，角压轴承和刀具夹持接口；六维力传感器有选择的安装在传感器固定上、下平台之间，传感器固定上、下平台直接互连，角压轴承安装于传感器固定上平台中间，角压轴承与刀具夹持接口同心安装；该传感器固定下平台，传感器固定上平台呈园盘状，该角压轴承是市购件，该刀具夹持接口是圆柱形件；

所述测控系统包括：控制柜、一套六维力传感器、六套单向力传感器、信号补偿及处理装置、六套直线电机组件、六套电机伺服驱动器、六套位移传感器以及机构运动控制器；电机伺服驱动器、机构运动控制器以及信号补偿及处理装置安装于控制柜中；每个控力加载支链两个加载机构关节球铰之间串联安装有一个单向测力传感器，六维力传感器安装在与机床主轴连接的机械接口上；单向力传感器与信号补偿及处理装置之间电气连接；直线电机组件与电机伺服驱动器之间电气连接，电机伺服驱动器与机构运动控制器之间电气连接，信号补偿及处理装置与机构运动控制器之间电气连接；

该控制柜是箱式金属结构件，电机伺服驱动器、机构运动控制器以及信号补偿及处理装置安装于控制柜中；

该六维力传感器是SDC-C4H型六维力传感器，实现对空间六维载荷的测量；

该直线电机组件包括永磁同步直线电机动子、静子和直线导轨，永磁同步直线电机静子与直线导轨固连，且两者方向平行，永磁同步直线电机动子通过直线导轨上的滑块在永磁同步直线电机静子中滑移；直线电机组件为加载机构力控制提供动力；该永磁同步直线电机动子是L型钢板，上面覆盖导磁材料；该永磁同步直线电机静子中间开有凹槽，凹槽两内表面分别沿动子运动方向均布永磁体；该直线导轨是NHK牌HSR20直线导轨；

该电机伺服驱动器是交流伺服驱动器，与直线电机配套使用；

该单向力传感器采用商品拉压式力传感器，它安装在每个控力加载支链上，用于测量控力加载支链上的单自由度力，作为控制系统的力反馈信号；

该位移传感器是光栅尺位移传感器，与直线导轨平行安装；

该机构运动控制器包括工业控制计算机和商品运动控制卡，机构运动控制器根据输入的控制指令和反馈信号进行运算，向各控力加载支链发出加载控制指令；该工业控制计算机是是市购件；该商品运动控制卡的规格是Turbo PMAC多轴运动控制卡；

该信号补偿及处理装置，包括中央处理器CPU、硬件存储器FLASH、随机存储器RAM、可编程逻辑门阵列FPGA、A/D采集装置、通用I/O接口、载荷谱及刀轨数据库以及信号补偿及处理算法程序；其中，中央处理器CPU，硬件存储器FLASH，随机存储器RAM，可编程逻辑门阵列FPGA，A/D采集装置，通用I/O接口通过电气连接，刀轨数据库及信号补偿处理算法程序固化到硬件存储器FLASH中，供中央处理器CPU调用；其功能是接收一套六维力传感器以及六套单向力传感器和位移传感器的反馈信号，对力信号进行滤波和补偿；使用位置信号在刀轨数据库中进行载荷谱数据查询，确定当前控制系统输入，上述结果输送给机构运动控制器进行运动控制；

其特征在于：具体方法步骤如下：

步骤一：载荷数据测量：通过多维力传感器测量机床在多种工况下进行实际切削时主轴所受到的载荷数据，为机床载荷谱的分析提供重要数据；

步骤二：载荷谱的建立：通过对机床在实际切削时主轴所受到的载荷数据进行分析，通过应用统计学方法确定在各工况机床所受载荷主要分布方式，建立机床在各工况下的载荷谱，形成载荷谱数据库；

步骤三：刀轨数据整理：将机床刀轨数据文件进行规范化处理，并按照时序与载荷谱数据进行匹配，按照固定格式进行整理，形成刀轨数据库；

步骤四：数据硬件固化过程：将步骤二所建立的载荷谱数据库与刀轨数据库进行匹配处理，得到机床在特定工况下主轴在其运动轨迹上各位置的具体受力情况，并将此数据下载到信号补偿与处理装置的硬件存储器中；

步骤五：数据库的标定与修正过程：在与机床主轴的机械接口中安装六维传感器，连接被加载机床进行加载试验，实时测量单向力传感器数据和六维力传感器数据；对测量数据进行离线的比较处理，对数据库中数据进行修订，最后形成准确的标准试验数据库，并固化到硬件存储器中，完成上述方法步骤后，形成了用于并联随动加载装置的控制算法。