CN109142782B - 一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法。该方法包括以下步骤：首先将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器随机安装在链式刀库换刀机械手上的任意位置；之后进行N次换刀试验，获取每次试验所述P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度；最后根据获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度。本发明利用三轴加速度传感器间接对链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度进行测量，实现在线测量；并通过多次循环测量，减小了安装误差和测量误差，进而提高测量的准确性。
Description
技术领域
本发明属于刀库换刀机械手运动检测领域，特别是一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法。
背景技术
刀库是数控机床中关键的功能部件之一。链式刀库作为刀库的一种主要类型，其性能直接影响着机床的性能。链式刀库的换刀机械手作为链式刀库的关键组成部分，其性能的好坏对链式刀库整体的换刀性能有着直接的影响。链式刀库换刀机械手在换刀的过程中是空间运动，且是非匀速运动，因此换刀机械手处于不断的加速和减速状态，这样换刀机械手的损耗程度较大，通过检测换刀机械手夹刀爪圆心的加速度，能够实时监控换刀机械手的运动状态，进而可以判断换刀机械手性能的好坏，故对链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度的测试是十分必要的。
链式刀库换刀机械手加速度的测量方法目前国内提出的不多，其中许多专利中提出需要针对换刀机械手的加速度进行检测，也给出了相应的检测方法。专利“王禹林,冯虎田,钱林方,陶卫军,欧屹,韩军,李春梅,董维新,刘亚峰,夏仰球,朱振华.盘式刀库可靠性试验装置及其方法[P].江苏：CN102507228A,2012-06-20.”中的技术方案为将加速度传感器安装在刀柄末端，但是该技术方案不能测量夹刀爪圆心的加速度。专利“黎园亮,苟卫东,董伟,张海英.一种刀库及换刀机械手综合性能检测方法及平台[P].青海：CN105643365A,2016-06-08.”中提到采用无线加速度传感器，但是该技术方案采样频率低，采样间隔大，没有有线的三轴加速器传感器精度高。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，包括以下步骤：
步骤1、将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上；
步骤2、进行N次换刀试验，获取每次试验所述P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度；
步骤3、根据步骤2获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明利用三轴加速度传感器测量出链式刀库空间运动时的换刀机械手夹刀爪圆心加速度，方便快捷且采样频率高，精度高；2)本发明利用同一轴线上的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心和三轴加速度传感器安装位置，能够快速方便的求解链式刀库夹刀爪圆心的加速度；3)本发明利用多个三轴加速度传感器，减小了安装误差，进而提高了测量结果的精度；4)本发明中通过多次测量及均值法求解，减小了测量误差。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心位置加速度的测试方法流程图。
图2为本发明实施例中所用链式刀库可靠性及综合性能试验台结构图。
图3为本发明实施例中三轴加速度传感器安装位置示意图。
图4为本发明实施例中一段时间内链式刀库换刀机械手装夹夹刀爪圆心轴向加速度结果示意图。
图5为本发明实施例中一段时间内链式刀库换刀机械手装夹夹刀爪圆心切向加速度结果示意图。
图6为本发明实施例中一段时间内链式刀库换刀机械手装夹夹刀爪圆心径向加速度结果示意图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，包括以下步骤：
步骤1、将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上。具体为：将P个三轴加速度传感器随机安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上的任意位置。
步骤2、进行N次换刀试验，获取每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度。每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度具体为：第i次试验获得的第t个三轴加速度传感器沿轴向方向的加速度为axti，第t个三轴加速度传感器沿切向方向的加速度为ayti，第t个三轴加速度传感器沿径向方向的加速度为azti，其中1≤t≤P，1≤i≤N，N为换刀试验总次数，P为三轴加速度传感器的个数。
步骤3、根据步骤2获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度。具体为：
步骤3-1、根据步骤2获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取每次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向、切向、径向三个方向的加速度；其中，链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度包括链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度、切向加速度和径向加速度。该步骤具体为：
步骤3-1-1、由于测量链式刀库换刀机械手加速度采用的三轴加速度传感器，链式刀库换刀机械手沿轴向方向进行前后移动，则根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向方向的加速度，求取第i次试验P个三轴加速度传感器沿链式刀库换刀机械手轴向的加速度axi，则第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度aMi为：
步骤3-1-2、假设链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的角加速度为ε，由于链式刀库换刀机械手进行非匀速旋转运动，且三轴加速度传感器安装在链式刀库换刀机械手同轴但不同半径的表面圆的位置上，则第i次试验第t个三轴加速度传感器对应的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度aΓti与ayti的比值为：
式中，R为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心到链式刀库换刀机械手旋转轴线的距离，Rt为第t个三轴加速度传感器安装位置到链式刀库换刀机械手旋转轴线的距离；
根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿切向方向的加速度，求取第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度aΓi为：
步骤3-1-3、假设链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的角速度为ω，则第i次试验第t个三轴加速度传感器对应的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度aRti与azti的比值为：
根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿径向方向的加速度，求取第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度aRi为：
步骤3-2、根据步骤3-1获得的所有链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向、切向和径向加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度，所用公式为：
式中，aM为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度、aΓ为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度，aR为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度。
优选地，步骤1中P＝3，P个三轴加速度传感器分别为第一三轴加速度传感器1、第二三轴加速度传感器2、第三三轴加速度传感器3。
优选地，步骤1中将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上，具体为：
从链式刀库正面观察，将第一三轴加速度传感器1安装在链式刀库换刀机械手支撑轴靠近链式刀库一端的侧面，记为前端101；将第二三轴加速度传感器2安装在链式刀库换刀机械手支撑轴中间的侧面，记为中端102；将第三三轴加速度传感器3安装在链式刀库换刀机械手支撑轴远离链式刀库一端的侧面，记为尾端103。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
结合图2，本发明实施例中链式刀库可靠性试验台主要包括：计算机A、数据采集系统B、数控系统C、链式刀库D、换刀机械手E，气泵F。结合图1，本发明包括以下内容：
1、结合图3，将第一三轴加速度传感器1安装在链式刀库换刀机械手支撑轴靠近链式刀库一端的外侧，记为前端101；将第二三轴加速度传感器2安装在链式刀库换刀机械手支撑轴中间的外侧，记为中端102；将第三三轴加速度传感器3安装在链式刀库换刀机械手支撑轴远离链式刀库一端的外侧，记为尾端103。
2、测量出第一三轴加速度传感器1到转动中心轴的距离R1为66mm，第二三轴加速度传感器1到转动中心轴的距离R2为132mm，第三三轴加速度传感器1到转动中心轴的距离R3为113mm，链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心到转动中心轴的距离R为486mm。
3、连接数据采集系统B和三轴加速度传感器，在计算机A上安装数据采集系统的程序，然后设置三轴加速度传感器的精度和采集频率为5000Hz等，完成测试前的准备工作。之后打开气泵F，启动数控系统C，利用数控系统将一把带有模拟刀柄的刀套移动到换刀点处，然后与主轴的模拟刀柄进行连续换刀。
4、设置采样时间为30s，测量三个三轴加速度传感器的加速度值，总共测量3次，根据3次测量结果获取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度。获取到的某一段时间内链式刀库换刀机械手装夹夹刀爪圆心的轴向加速度如图4所示、切向加速度如图5所示、径向加速度如图6所示。
Claims (4)
1.一种链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上；具体为：将P个三轴加速度传感器随机安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上的任意位置；
步骤2、进行N次换刀试验，获取每次试验所述P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度；具体为：
第i次试验获得的第t个三轴加速度传感器沿轴向方向的加速度为axti，第t个三轴加速度传感器沿切向方向的加速度为ayti，第t个三轴加速度传感器沿径向方向的加速度为azti，其中1≤t≤P，1≤i≤N，N为换刀试验总次数，P为三轴加速度传感器的个数；
步骤3、根据步骤2获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度；具体为：
步骤3-1、根据步骤2获取的每次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向、切向、径向三个方向的加速度，求取每次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向、切向、径向三个方向的加速度；具体为：
步骤3-1-1、根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿轴向方向的加速度，求取第i次试验P个三轴加速度传感器沿链式刀库换刀机械手轴向的加速度axi，则第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度aMi为：
步骤3-1-2、假设链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的角加速度为ε，则第i次试验第t个三轴加速度传感器对应的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度aΓti与ayti的比值为：
式中，R为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心到链式刀库换刀机械手旋转轴线的距离，Rt为第t个三轴加速度传感器安装位置到链式刀库换刀机械手旋转轴线的距离；
根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿切向方向的加速度，求取第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度aΓi为：
步骤3-1-3、假设链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的角速度为ω，则第i次试验第t个三轴加速度传感器对应的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度aRti与azti的比值为：
根据第i次试验P个三轴加速度传感器各自沿径向方向的加速度，求取第i次试验链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度aRi为：
步骤3-2、根据步骤3-1获得的所有链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向、切向和径向加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度；所述链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度包括链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度、切向加速度和径向加速度。
2.根据权利要求1所述的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，其特征在于，步骤3-2所述根据步骤3-1获得的所有链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向、切向和径向加速度，求取链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的加速度，所用公式为：
式中，aM为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的轴向加速度、aΓ为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的切向加速度，aR为链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心的径向加速度。
3.根据权利要求1所述的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，其特征在于，步骤1中所述P＝3，P个三轴加速度传感器分别为第一三轴加速度传感器(1)、第二三轴加速度传感器(2)、第三三轴加速度传感器(3)。
4.根据权利要求1或3所述的链式刀库换刀机械手夹刀爪圆心加速度测试方法，其特征在于，步骤1中所述将用于检测换刀机械手运动时的夹刀爪圆心加速度的P个三轴加速度传感器安装于链式刀库换刀机械手支撑轴上，具体为：
从链式刀库正面观察，将所述第一三轴加速度传感器(1)安装在链式刀库换刀机械手支撑轴靠近链式刀库一端的侧面，记为前端(101)；将所述第二三轴加速度传感器(2)安装在链式刀库换刀机械手支撑轴中间的侧面，记为中端(102)；将所述第三三轴加速度传感器(3)安装在链式刀库换刀机械手支撑轴远离链式刀库一端的侧面，记为尾端(103)。
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