CN104197985A - 数控刀架检测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数控刀架检测系统，包括平台基体、刀架放置台、加载装置、检测装置、控制装置及液压站。所述刀架放置台和加载装置安装于平台基体上。所述刀架放置台包括放置台底座及安装于放置台底座上的调节垫。所述加载装置包括滑台组件、安装于滑台组件上的转动组件及加力刀杆。所述加力刀杆安装在待测刀架上。所述检测装置检测数据包括激光位移传感器、加速度传感器、噪声检测仪及激光干涉仪。所述控制装置向转动组件和液压站发送控制指令，同时接收检测装置采集的信号。本发明数控刀架检测系统能够针对数控刀架自动完成不同工况下的多项目检测，得到与数控刀架实际性能接近的大量测试结果，全面、客观、准确的反应出数控刀架的性能。

Description

数控刀架检测系统及其工作方法

【技术领域】

本发明涉及一种数控刀架检测系统及其工作方法，用于检测数控刀架的具体性能。

【背景技术】

随着装备制造业的蓬勃发展，作为装备业母机的数控机床也在快速的发展并被大规模的应用。作为数控车床重要配套部件——数控刀架在数控车床中有着举足轻重的地位，它的性能直接决定了数控车床的相关性能指标。为了满足市场的需求，适应制造业的发展，数控刀架在自身各项性能指标方面，不仅需要通过创新、改进来提高自身的水平，同时也必须借助先进的检测技术，对数控刀架的各项性能要求进行更为全面、准确的检测。

基于以上需求，很多数控刀架生产厂商和科研机构提出了数控刀架综合性能检测平台解决方案：通过各种加载装置和检测装置，来完成数控刀架的精度、速度、刚度等性能评测工作。但是由于加载装置结构简单，检测装置种类较少，每次检测仅能够简单的检测在单一的工况条件下数控刀架的性能，结果不具有说服力，无法反应出数控刀架的真实性能。如果要在这种测试平台上检测不同工况、负载载荷下数控刀架的性能，则需要通过人工不断调整各项检测参数，模拟不同的工况，通过反复多次的调整和检测才能得到检测结果，检测过程极为繁琐，且通过离散、特定的试验无法反映出数控刀架在所有状态下的性能。同时由于这种平台在软件和硬件上的限制，难以逼真地模拟出数控刀架在应用时的真实工况，会造成检测结果与数控刀架实际性能有较大出入。

因此，鉴于以上问题，实有必要提供一种新的数控刀架检测系统及其工作方法，以解决上述问题。

【发明内容】

本发明涉及一种数控刀架检测系统及其工作方法，其可针对多项性能指标进行综合检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种数控刀架检测系统，用于检测待测刀架的性能，所述数控刀架检测系统包括平台基体、刀架放置台、加载装置、检测装置、控制装置及液压站；所述刀架放置台和加载装置安装于平台基体上；所述刀架放置台包括放置台底座及安装于放置台底座上的调节垫；所述加载装置包括滑台组件、安装于滑台组件上的转动组件及加力刀杆；所述加力刀杆安装在待测刀架上；所述检测装置检测数据包括激光位移传感器、加速度传感器、噪声检测仪及激光干涉仪；所述激光位移传感器放置于平台基体上，所述加速度传感器安装在待测刀架上，所述噪声检测仪放置于平台基体上，所述激光干涉仪包括发射与接收部分及反射部分，所述发射与接收部分放置于平台基体上，所述反射部分安装于待测刀架上；所述控制装置向转动组件和液压站发送控制指令，同时接收检测装置采集的信号。

进一步的，所述转动组件包括相互配合的转动座和转动部及安装于转动部上的第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件；所述第一液压加载缸的轴线与转动部的转动轴线同轴，所述第二液压加载缸的轴线与第一液压加载缸的轴线垂直相交，所述振动加载件与第二液压加载缸位于同一直线且相对设置。

进一步的，所述加力刀杆一段呈圆柱状且可分别与第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件接触。

进一步的，所述转动部的转动轴线与平台基体的上表面平行且垂直相交于待测刀架的主轴轴线；所述转动座包括伺服电机及与伺服电机连接的蜗杆蜗轮机构。

进一步的，所述振动加载件包括力矩电机及振动发生器；所述力矩电机与振动发生器之间由可自锁丝杠导轨连接。

进一步的，所述滑台组件包括滑台底座、动态安装于滑台底座上的滑动台及相互垂直的两移动轴；所述一移动轴平行于待测刀架的主轴轴线，所述另一移动轴垂直于待测刀架的主轴轴线；所述两移动轴皆连接有伺服电机，所述两移动轴皆为丝杠导轨结构。

进一步的，所述滑台组件还包括液压刹紧机构，所述液压刹紧机构可锁死滑台组件。

进一步的，所述加力刀杆一段呈圆柱状且可分别与第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件接触；所述振动加载件包括力矩电机及振动发生器；所述力矩电机与振动发生器之间由可自锁丝杠导轨连接；所述滑台组件包括滑台底座、动态安装于滑台底座上的滑动台及相互垂直的两移动轴；所述一移动轴平行于待测刀架的主轴轴线，所述另一移动轴垂直于待测刀架的主轴轴线；所述两移动轴皆连接有伺服电机，所述两移动轴皆为丝杠导轨结构；所述滑台组件还包括液压刹紧机构，所述液压刹紧机构可锁死滑台组件；所述控制装置包括工控机、PCI总线、运动控制板卡、I/O板卡、伺服驱动器、控制面板及信号采集装置；所述工控机通过PCI总线和I/O板卡向运动控制板卡和液压站发送控制指令，同时接收各伺服电机的状态信号和检测装置采集的信号；所述运动控制板卡接收工控机的控制指令，通过伺服驱动器控制各伺服电机转动，继而控制待测刀架转动、滑台组件移动和转动组件旋转，并接收各伺服电机的状态信号将其传递给工控机；所述I/O板卡将工控机的控制信号传递给液压站、控制面板和振动发生器并获取液压站、控制面板和振动发生器的状态；所述控制面板设有控制按钮；所述信号采集装置连接在PCI总线上且与各检测元件连接，其接收检测信号并进行A/D转换、去噪等处理，进一步将信号传递给工控机。

一种数控刀架检测系统的工作方法，

进行测试前，将待测刀架安装在刀架放置台上，调节调节垫；将加力刀杆安装在待测刀架的相应刀位上；根据检测需求，配置检测装置；设置检测工况和检测项目，控制装置判断检测装置能否满足检测需求，若缺少检测元件将提示安装新检测元件；控制装置判断现有硬件是否与驱动匹配，若不匹配将提示安装硬件驱动；控制装置根据工况和检测项目进行处理计算以生成控制指令。

进行刚性检测时，在控制指令的控制下，待测刀架转位到被测刀位，滑台组件移动到位，第一液压加载缸与加力刀杆的圆柱状一段位于同一直线且指向加力刀杆，第二液压加载缸和振动加载件分别垂直与加力刀杆指向加力刀杆；液压刹紧机构将滑台组件锁死；在控制装置和液压站的配合下，第一液压加载缸根据径向力进行加载，转动组件的转动部根据轴向力和切向力的比例进行旋转，第一液压加载缸和第二液压加载缸皆与加力刀杆接触；振动加载件亦与加力刀杆接触；激光位移传感器和加速度传感器将待测刀架的形变情况和振动情况通过信号采集装置传回工控机，工控机将数据进行处理后进行存储。

进行精度检测时，待测刀架根据检测需求进行松开-回转-刹紧操作，激光干涉仪对分度精度进行检测，将检测数据传回工控机，工控机根据预设算法计算出分度精度检测结果。

进行跑车试验时，待测刀架根据检测需求不断进行松开-回转-刹紧操作，工控机接收各伺服电机的状态以及噪声检测仪传回的数据，记录跑车状态噪声相关数据。

其中，刚性检测、精度检测、跑车试验的形式和顺序可根据需求自由的设定。

与现有技术相比，本发明数控刀架检测系统至少具有以下有益效果：本发明数控刀架检测系统能够针对数控刀架自动完成不同工况下的多项目检测，得到与数控刀架实际性能接近的大量测试结果，全面、客观、准确的反应出数控刀架的性能。

【附图说明】

图1是数控刀架检测系统整体结构示意图；

图2是数控刀架检测系统机械结构部分俯视图；

图3是数控刀架检测系统的加载装置结构示意图；

图4是数控刀架检测系统的滑台组件结构俯视图；

图5A是数控刀架检测系统的转动组件的剖视图；

图5B是数控刀架检测系统的转动组件的左视图；

图6是数控刀架检测系统的控制装置硬件架构示意图；

图7是数控刀架检测系统的控制流程图。

【主要组件符号说明】

数控刀架检测系统	100	平台基体	10
				第一台阶部	11	第二台阶部	12
刀架放置台	20	放置台底座	21
				调节垫	22	加载装置	30
滑台组件	31	滑台底座	311
				滑动台	312	移动轴	313、314
伺服电机	315、316	液压刹紧机构	317
				转动组件	32	转动座	321
转动部	322	伺服电机	3221
				蜗杆蜗轮机构	3222	第一液压加载缸	323
第二液压加载缸	324	振动加载件	325
				力矩电机	3251	振动发生器	3252
加力刀杆	33	检测装置	40
				激光位移传感器	41	加速度传感器	42
噪声检测仪	43	激光干涉仪	44
				控制装置	50	液压站	60

待测刀架

70

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

【具体实施方式】

下面结合附图来详细说明本发明数控刀架检测系统100的具体实施方式。

请参阅图1至图7，本发明数控刀架检测系统100包括平台基体10、刀架放置台20、加载装置30、检测装置40、控制装置50及液压站60。

详参图1，所述平台基体10主要作用为机械载体，其呈台阶状而包括第一台阶部11和第二台阶部12。所述刀架放置台20安装于第一台阶部11，所述加载装置30安装于第二台阶部12。

详参图1和图2，所述刀架放置台20用于承载待测刀架70，其包括放置台底座21及安装于放置台底座21上的调节垫22。所述调节垫22用于调节待测刀架70主轴轴线与加载装置30轴线的关系。

详参图3和图4，所述加载装置30包括滑台组件31及安装于滑台组件31上的转动组件32。所述滑台组件31包括滑台底座311、动态安装于滑台底座311上的滑动台312及相互垂直的两移动轴313、314。所述一移动轴313平行于待测刀架70的主轴轴线，所述另一移动轴314垂直于待测刀架70的主轴轴线。所述移动轴313连接有伺服电机315，所述移动轴314连接有伺服电机316。所述两移动轴313、314皆为丝杠导轨结构。在伺服电机315、316的驱动下，所述滑动台312可以实现分别于移动轴313、314所在方向的精确移动和定位。所述滑台组件31还包括液压刹紧机构317，所述液压刹紧机构317可将滑台底座311、滑动台312及平台基体10互相之间稳定定位，以保证加载装置30在加载时具有足够的刚性。

详参图3和图5，所述转动组件32安装于滑动台312之上，其包括相互配合的转动座321及转动部322。所述转动座321包括伺服电机3221及与伺服电机3221连接的蜗杆蜗轮机构3222。所述转动部322在伺服电机3221及蜗杆蜗轮机构3222的传动下而现实转动。所述转动部322的转动轴线与平台基体10的上表面平行且垂直相交于待测刀架70的主轴轴线。所述转动组件32还包括安装于转动部322上的第一液压加载缸323、第二液压加载缸324及振动加载件325。所述第一液压加载缸323的轴线与转动部322的转动轴线位于同一直线(即本领域中所称同轴)，以实现对待测刀架70的径向力加载。所述第二液压加载缸324的轴线与第一液压加载缸323的轴线垂直相交，以实现对待测刀架70轴向力和切向力的合力加载。所述第一液压加载缸323和第二液压加载缸324的前端皆设有压力传感器。所述液压刹紧机构317、第一液压加载缸323和第二液压加载缸324连接液压站60，以实现液压作动。所述振动加载件325与第二液压加载缸324位于同一直线且相对设置，其包括力矩电机3251及振动发生器3252。所述力矩电机3251与振动发生器3252之间由可自锁丝杠导轨连接。

所述加载装置30还包括加力刀杆33。所述加力刀杆33一段呈圆柱状且可分别与第一液压加载缸323、第二液压加载缸324和振动加载件325接触，以实现各个方向力的加载。所述加力刀杆33对应于待测刀架70的不同工位和不同刀种(如车刀、镗刀等)而设置。

详参图2，所述检测装置40包括激光位移传感器41、加速度传感器42、噪声检测仪43及激光干涉仪44。所述激光位移传感器41放置于平台基体10上，用于检测待测刀架70受力点在各方向的形变量。所述加速度传感器42安装在待测刀架70上，用于检测待测刀架70的振动情况。所述噪声检测仪43放置于平台基体10上，用于检测待测刀架70的噪声情况。所述激光干涉仪44包括发射与接收部分及反射部分，发射与接收部分放置于平台基体10上，反射部分安装于待测刀架70上，用于检测待测刀架70的分度精度。所述检测装置40的各检测元件放置于适宜位置，以保证测试功能的实现。在其他实施方式中，可根据需求自行添加新的检测元件。

所述控制装置50的硬件架构示意图参见图6，其包括工控机、PCI总线、运动控制板卡、I/O板卡、伺服驱动器、控制面板及信号采集装置。所述工控机用于运行检测系统程序和存储数据，其通过PCI总线和I/O板卡向运动控制板卡和液压站60发送控制指令，同时接收各伺服电机的状态信号和检测装置40采集的信号。所述运动控制板卡接收工控机的控制指令，通过伺服驱动器控制各伺服电机转动，继而控制待测刀架70转动、滑台组件31移动、转动组件32旋转等，并接收各伺服电机的状态信号将其传递给工控机。所述I/O板卡用于将工控机的控制信号传递给液压站60、控制面板和振动发生器3252并获取液压站60、控制面板和振动发生器3252的状态。所述控制面板设有控制按钮，用于人机交互。所述信号采集装置连接在PCI总线上且与各检测元件连接，其接收检测信号并进行A/D转换、去噪等处理，进一步将信号传递给工控机。所述控制装置50设有预留接口，以实现连接更多的装置。

所述控制装置50的软件功能模块包括平台配置、性能检测、管理评估三大模块。平台配置模块负责根据平台的硬件情况，对软件驱动进行修改，以配合硬件进行平台的柔性化配置。性能检测模块负责检测工况的设定、检测内容的设定及检测过程的自动控制和数据采集。管理评估模块负责检测数据的管理及待测刀架70的性能评价，生成检测报告。

本发明数控刀架检测系统100能够针对数控刀架自动完成不同工况下的多项目检测，得到与数控刀架实际性能接近的大量测试结果，全面、客观、准确的反应出数控刀架的性能。

以上为本发明数控刀架检测系统100的结构及软硬件介绍，以下将结合图7详细介绍该数控刀架检测系统100的工作方法。

进行测试前，将待测刀架70安装在刀架放置台20上，调节调节垫22；将加力刀杆33安装在待测刀架70的相应刀位上；根据检测需求，配置检测装置40；设置检测工况(包括不同工位上的加力刀杆33安装情况)和检测项目，控制装置50判断检测装置40能否满足检测需求，若缺少检测元件将提示安装新检测元件；控制装置50判断现有硬件是否与驱动匹配，若不匹配将提示安装硬件驱动；控制装置50根据检测工况和检测项目进行处理计算以生成控制指令。检测开始后，控制指令自动运行，工控机实时记录。

进行刚性检测时，在控制指令的控制下，待测刀架70转位到被测刀位，滑台组件31移动到位，第一液压加载缸323与加力刀杆33的圆柱状一段位于同一直线且指向加力刀杆33，第二液压加载缸324和振动加载件325分别垂直与加力刀杆33指向加力刀杆33；液压刹紧机构317将滑台组件31锁死；在控制装置50和液压站60的配合下，第一液压加载缸323根据径向力进行加载，转动组件32的转动部322根据轴向力和切向力的比例进行旋转，第一液压加载缸323和第二液压加载缸324皆与加力刀杆33接触，实现径向力、轴向力和切向力的加载；振动加载件325亦与加力刀杆33接触，以将振动传递到待测刀架70；激光位移传感器41和加速度传感器42将待测刀架70的形变情况和振动情况通过信号采集装置传回工控机，工控机将数据进行处理后进行存储。

进行精度检测时，待测刀架70根据检测需求进行松开-回转-刹紧操作，激光干涉仪44对分度精度进行检测，将检测数据传回工控机，工控机根据预设算法计算出分度精度检测结果。

进行跑车试验时，待测刀架70根据检测需求不断进行松开-回转-刹紧操作，工控机接收各伺服电机的状态以及噪声检测仪43传回的数据，记录跑车状态噪声相关数据。

刚性检测、精度检测、跑车试验并非相互独立，在检测前可根据需求自由的设定刚性检测、精度检测、跑车试验的形式和顺序，各检测项目也可自由的同时、分时或交替进行。

检测完成后，控制装置50将检测结果根据相关标准及相应算法进行分析处理，再将处理后的结果与控制装置50内部数据库的数据进行比对，输出检测评价报告，并将最终结果保存到内部数据库，以作日后分析的依据。

以上所述仅为本发明的一种或几种实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变化，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种数控刀架检测系统，用于检测待测刀架的性能，其特征在于：所述数控刀架检测系统包括平台基体、刀架放置台、加载装置、检测装置、控制装置及液压站；所述刀架放置台和加载装置安装于平台基体上；所述刀架放置台包括放置台底座及安装于放置台底座上的调节垫；所述加载装置包括滑台组件、安装于滑台组件上的转动组件及加力刀杆；所述加力刀杆安装在待测刀架上；所述检测装置检测数据包括激光位移传感器、加速度传感器、噪声检测仪及激光干涉仪；所述激光位移传感器放置于平台基体上，所述加速度传感器安装在待测刀架上，所述噪声检测仪放置于平台基体上，所述激光干涉仪包括发射与接收部分及反射部分，所述发射与接收部分放置于平台基体上，所述反射部分安装于待测刀架上；所述控制装置向转动组件和液压站发送控制指令，同时接收检测装置采集的信号。

2.如权利要求1所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述转动组件包括相互配合的转动座和转动部及安装于转动部上的第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件；所述第一液压加载缸的轴线与转动部的转动轴线同轴，所述第二液压加载缸的轴线与第一液压加载缸的轴线垂直相交，所述振动加载件与第二液压加载缸位于同一直线且相对设置。

3.如权利要求2所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述加力刀杆一段呈圆柱状且可分别与第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件接触。

4.如权利要求2所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述转动部的转动轴线与平台基体的上表面平行且垂直相交于待测刀架的主轴轴线；所述转动座包括伺服电机及与伺服电机连接的蜗杆蜗轮机构。

5.如权利要求2所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述振动加载件包括力矩电机及振动发生器；所述力矩电机与振动发生器之间由可自锁丝杠导轨连接。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述滑台组件包括滑台底座、动态安装于滑台底座上的滑动台及相互垂直的两移动轴；所述一移动轴平行于待测刀架的主轴轴线，所述另一移动轴垂直于待测刀架的主轴轴线；所述两移动轴皆连接有伺服电机，所述两移动轴皆为丝杠导轨结构。

7.如权利要求6所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述滑台组件还包括液压刹紧机构，所述液压刹紧机构可锁死滑台组件。

8.如权利要求4所述的数控刀架检测系统，其特征在于：所述加力刀杆一段呈圆柱状且可分别与第一液压加载缸、第二液压加载缸和振动加载件接触；所述振动加载件包括力矩电机及振动发生器；所述力矩电机与振动发生器之间由可自锁丝杠导轨连接；所述滑台组件包括滑台底座、动态安装于滑台底座上的滑动台及相互垂直的两移动轴；所述一移动轴平行于待测刀架的主轴轴线，所述另一移动轴垂直于待测刀架的主轴轴线；所述两移动轴皆连接有伺服电机，所述两移动轴皆为丝杠导轨结构；所述滑台组件还包括液压刹紧机构，所述液压刹紧机构可锁死滑台组件；所述控制装置包括工控机、PCI总线、运动控制板卡、I/O板卡、伺服驱动器、控制面板及信号采集装置；所述工控机通过PCI总线和I/O板卡向运动控制板卡和液压站发送控制指令，同时接收各伺服电机的状态信号和检测装置采集的信号；所述运动控制板卡接收工控机的控制指令，通过伺服驱动器控制各伺服电机转动，继而控制待测刀架转动、滑台组件移动和转动组件旋转，并接收各伺服电机的状态信号将其传递给工控机；所述I/O板卡将工控机的控制信号传递给液压站、控制面板和振动发生器并获取液压站、控制面板和振动发生器的状态；所述控制面板设有控制按钮；所述信号采集装置连接在PCI总线上且与各检测元件连接，其接收检测信号并进行A/D转换、去噪等处理，进一步将信号传递给工控机。

9.如权利要求8所述的数控刀架检测系统的工作方法，

进行测试前，将待测刀架安装在刀架放置台上，调节调节垫；将加力刀杆安装在待测刀架的相应刀位上；根据检测需求，配置检测装置；设置检测工况和检测项目，控制装置判断检测装置能否满足检测需求，若缺少检测元件将提示安装新检测元件；控制装置判断现有硬件是否与驱动匹配，若不匹配将提示安装硬件驱动；控制装置根据工况和检测项目进行处理计算以生成控制指令；

进行刚性检测时，在控制指令的控制下，待测刀架转位到被测刀位，滑台组件移动到位，第一液压加载缸与加力刀杆的圆柱状一段位于同一直线且指向加力刀杆，第二液压加载缸和振动加载件分别垂直与加力刀杆指向加力刀杆；液压刹紧机构将滑台组件锁死；在控制装置和液压站的配合下，第一液压加载缸根据径向力进行加载，转动组件的转动部根据轴向力和切向力的比例进行旋转，第一液压加载缸和第二液压加载缸皆与加力刀杆接触；振动加载件亦与加力刀杆接触；激光位移传感器和加速度传感器将待测刀架的形变情况和振动情况通过信号采集装置传回工控机，工控机将数据进行处理后进行存储；

进行精度检测时，待测刀架根据检测需求进行松开-回转-刹紧操作，激光干涉仪对分度精度进行检测，将检测数据传回工控机，工控机根据预设算法计算出分度精度检测结果；

进行跑车试验时，待测刀架根据检测需求不断进行松开-回转-刹紧操作，工控机接收各伺服电机的状态以及噪声检测仪传回的数据，记录跑车状态噪声相关数据；

其中，刚性检测、精度检测、跑车试验的形式和顺序可根据需求自由的设定。