CN109143967B - 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法 - Google Patents

一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109143967B
CN109143967B CN201810983871.8A CN201810983871A CN109143967B CN 109143967 B CN109143967 B CN 109143967B CN 201810983871 A CN201810983871 A CN 201810983871A CN 109143967 B CN109143967 B CN 109143967B
Authority
CN
China
Prior art keywords
force application
workbench
force
cutting force
thermal error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810983871.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109143967A (zh
Inventor
刘阔
刘志松
吴嘉锟
刘海波
李特
王永青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201810983871.8A priority Critical patent/CN109143967B/zh
Publication of CN109143967A publication Critical patent/CN109143967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109143967B publication Critical patent/CN109143967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31446—Detect if workpiece, object present

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法，属于数控机床伺服进给机构误差测试技术领域。测试装置包括台架、丝杠传动系统、导轨支承系统、位置检测系统、切削力模拟加载系统和数控系统，实现模拟切削力加载情况的伺服进给系统热误差测试。测试方法结合测试装置的特点，首先采用激光干涉仪先对进给系统常温稳态下的定位精度进行测试。然后在模拟切削力加载的情况下让伺服进给系统往复运动热机，并进行定位误差测试。循环热机与定位精度测试过程，直到进给系统达到热平衡。本装置与方法实现了模拟切削力加载情况的进给轴热误差测试，使得测试的热误差更接近真实加工工况下的热误差，为进给系统的热误差评测以及热误差补偿提供参考。

Description

一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法
技术领域
本发明属于数控机床伺服进给机构误差测试技术领域，具体为一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法。
背景技术
热误差是影响数控机床精度的重要因素之一，文献表明，热误差约占机床总误差的40％～70％。由于机床热误差的存在，往往导致加工零件的精度下降，甚至出现不合格产品。热误差对众多机床，尤其是精密数控机床造成了众多不良影响，相关学者也对其进行了深入地研究。2010年，高卫国等在专利“模拟工况载荷条件下机床主轴热误差试验装置”申请号：201010292289.0和专利“模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法”申请号：201010292286.7中，提供了一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误差试验装置及方法。2017年，杨泽青等在专利“一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法”申请号：201710292461.4中提供了一种机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法。2012年，王立平等在专利“一种直线轴进给系统动态特性综合测试试验装置”申请号：201210404440.4中，公开了一种直线进给系统动态特性综合测试试验转置。
但是，目前对于机床热误差的研究局限于机床空载情况下，而切削力作用下往复运动产生的进给轴温升和热变形难以在空载情况下得到体现，并且机床热态特性与载荷之间可能产生耦合效应，空载情况难以反映进给轴真实的热误差情况。另外，针对数控机床热误差测试装置及方法的研究也主要针对于机床主轴热误差。因此，研究模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试，对进给系统的热误差评测以及热误差补偿具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有进给轴热误差测试的不足，提供一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法。本装置及方法可以最大限度地模拟真实工况下进给系统受到的载荷作用，更加真实地还原进给轴热误差的情况。
本发明的技术方案：
一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置，包括台架、丝杠传动系统、导轨支承系统、位置检测系统、切削力模拟加载系统和数控系统；切削力模拟加载系统可实现模拟切削力加载情况下的伺服进给系统热误差测试；
所述的切削力模拟加载系统包括伺服电机27、联轴器28、施力伺服电机支座29、施力伺服电机滚珠丝杠副26、施力工作台10、施力液压缸9、压力传感器8、连接块7、浮动接头6和连接座5；施力伺服电机27与被测伺服电机17受同一数控系统35控制，安装在施力伺服电机支座29上，通过联轴器28与施力伺服电机滚珠丝杠副26连接，施力伺服电机滚珠丝杠副26的螺母与施力工作台10固结，实现对施力工作台10的驱动，施力液压缸9固定在施力工作台10上，由液压站31为施力液压缸9提供压力，产生模拟切削力，施力液压缸9顶端固定有压力传感器8用于测量施加模拟切削力的大小，压力传感器8串联连接块7，连接块7通过浮动接头6，与安装在被测工作台4上的连接座5实现柔性连接，最终实现对被测工作平台4模拟切削力的加载。
一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试方法，包括以下步骤：
第一步，定位精度测试
断开连接块7与浮动接头6的连接，将施力工作台10移动到施力伺服电机27一侧，确保施力工作台10不影响被测工作台在导轨22上的自由移动；将定位精度反光镜25通过磁力吸座24固定在被测工作台4上，将XL-80激光头33固定在三脚架32上，调整三脚架32的位移以及XL-80激光头33俯仰、偏摆角度，使得XL-80激光头33发出的激光束与导轨22平行，并且能够达到定位精度反光镜25上，光路调整完毕后将分光镜21置于光路之中，由磁力吸座20固定在装置台体4上，并保证XL-80激光干涉33接收到足够光强，进行定位精度测量；
第二步，模拟切削力加载
将被测工作台4和施力工作台10移动到伺服进给平台靠近被测伺服电机17一侧，并使被测工作台4和施力工作台10保留一定间隙，保证被测工作台4与施力工作台10之间只通过施力液压缸9连接，施力液压缸9固定在施力工作台10上，液压站31为施力液压缸10提供压力，连接座5固定在被测工作台4，连接座5上装有浮动接头6，用于承受施力液压缸9所施加的模拟切削载荷，压力传感器7串联在施力液压缸9和浮动接头6之间，用于测量施加的模拟切削力，通过改变液压压强调整模拟切削力；
第三步，模拟切削力加载下的热机运动
由数控系统35控制被测工作台4和施力工作台10同步运动，以保证切削力在被测平台4在移动过程中受到的模拟切削力大小不变，被测工作台4和施力工作台10在一定行程范围内，以一定速度做往复运动以模拟实际工况中连续切削的状况，持续一段时间后停止；然后，循环第一步到第三步的定位精度测试与加载下的热机运动，直到进给系统达到热平衡。
本发明的有益效果：
1)模拟进给轴在切削力加载情况下进行热误差测试，可获得接近真实加工情况下的进给轴热变形规律，为更加准确的机床进给轴热误差补偿提供了一种切实可行的试验装置；
2)模拟施加载荷装置中施力工作台和被测工作台在同一导轨上，受同一数控系统驱动，可最大限度地保证切削力在进给轴往复运动中，所施加模拟切削力大小恒定，具有良好的稳定性和随动性；
3)模拟切削力的大小由液压站施加的压力大小决定，可方便模拟多种切削力载荷作用，进而得到不同工况下进给轴的热误差情况。
附图说明
图1是模拟切削力加载情况的伺服进给系统热误差测试装置正视图。
图2是模拟切削力加载情况的伺服进给系统热误差测试装置俯视图。
图3是模拟切削力加载情况的伺服进给系统热误差测试装置总体示意图。
图4是热误差测试方法的流程图。
图5是热误差测试的结果图。
图中：1地脚螺栓；2拖链支架；3装置台体；4被测工作台；5连接座；6浮动接头；7连接块；8压力传感器；9施力液压缸；10施力工作台；11撞块；12撞块座；13拖链；14.拖链支架；15拖链；16被测伺服电机支座；17被测伺服电机；18联轴器；19轴承支座；20磁力吸座；21分光镜；22导轨；23被测伺服电机滚珠丝杠副；24磁力吸座；25定位精度反光镜；26施力伺服电机滚珠丝杠副；27施力伺服电机；28联轴器；29施力伺服电机支座；30轴承支座；31液压站；32三脚架；33激光头；34装有激光干涉仪配套软件的电脑；35数控系统；36电器柜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作详细说明。本实施例是以本发明的技术方案为前提进行的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
测量开始前，将被测进给系统和模拟切削力加载系统安装在台体3上，控制线通过拖链13、15连接到电器柜36、数控系统35，确保数控系统35能够控制被测工作台4和施力工作台10导轨22上顺利、平稳滑动，不产生干涉运动，并且保证二者可以实现同步运动和单独运动。液压站31满足施力液压缸9的使用条件，提供恒压液压源，保证被测工作台4和施力工作台10在同步运动时之间作用力(即模拟切削力)大小恒定。
完成试验装置搭建后，进行模拟切削力加载情况下系统热误差测试，确保测试之前进给系统停机3小时以上以保证丝杠的温度场是均匀的。。
第一步，定位精度测试
将施力工作台10移动到施力伺服电机27一侧，确保施力工作台10不影响被测工作台在导轨22上的自由移动。将定位精度反光镜25通过磁力吸座24固定在被测工作台4上，将激光头33固定在三脚架32上，调整三脚架32的位移以及激光头33俯仰、偏摆角度，使得激光头33发出的激光束与导轨22平行，并且能够达到定位精度反光镜25上，光路调整完毕后将分光镜21置于光路之中，由磁力吸座20固定在装置台体4上，并保证激光头33接收到足够光强，设置数控系统35和笔记本电脑34中配套激光干涉仪软件定位精度采样点数为11个，分别在导轨22距离被测伺服电机支座16内侧距离为0、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500mm处进行测量，如图4中状态1所示。
第二步，模拟切削力加载
将被测工作台4和施力工作台10移动到伺服进给平台靠近被测伺服电机17一侧，并使两工作台保留200mm间隙，保证被测工作台4与施力工作台10之间只通过施力液压缸9连接，施力液压缸9固定在施力工作台10上，液压站31为施力液压缸10提供压力，连接座5固定在被测工作台4，连接座5上装有浮动接头6，用于承受施力液压缸9所施加的模拟切削载荷，用压力传感器7串联在施力液压缸9和浮动接头6之间，用于测量施加的模拟切削力，通过改变液压压强，调整模拟切削力至200N。
第三步，模拟切削力加载下的热机运动
由数控系统35控制被测工作台4和施力工作台10同步运动，以保证切削力在被测平台4在移动过程中受到的模拟切削力大小不变，被测工作台4和施力工作台10全行程540mm，以5000mm/min的速度做匀速往复运动，模拟实际工况中连续切削的状况，持续15分钟后停止运动。
然后，循环第一步到第三步的定位精度测试与加载下的热机运动，直到进给系统达到热平衡。进给轴的热误差测量和热机过程如图4中所示。将测试结果导入到MATLAB中，取正向热误差测试数据作图，结果如图5所示。

Claims (1)

1.一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试方法，其特征在于，该方法基于一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置实现；所述的进给系统热误差测试装置包括台架、丝杠传动系统、导轨支承系统、位置检测系统、切削力模拟加载系统和数控系统；切削力模拟加载系统可实现模拟切削力加载情况的伺服进给系统热误差测试；
所述的模拟切削力加载系统由施力伺服电机(27)、联轴器(28)、施力伺服电机支座(29)、施力伺服电机滚珠丝杠副(26)、施力工作台(10)、施力液压缸(9)、压力传感器(8)、连接块(7)、浮动接头(6)、连接座(5)组成；其中施力伺服电机(27)，与被测伺服电机(17)受同一数控系统(35)控制，安装在施力伺服电机支座(29)上，通过联轴器(28)与施力伺服电机滚珠丝杠副(26)连接，施力伺服电机滚珠丝杠副(26)的螺母与施力工作台(10)固结，实现对施力工作台(10)的驱动，施力液压缸(9)固定在施力工作台(10)上，由液压站(31)为施力液压缸(9)提供压力，产生模拟切削力，施力液压缸(9)顶端固定有压力传感器(8)用于测量施加模拟切削力的大小，压力传感器(8)串联连接块(7)，连接块(7)通过浮动接头(6)，与安装在被测工作台(4)上的连接座(5)实现柔性连接，最终实现对被测工作台(4)模拟切削力的加载；
所述的进给系统热误差测试方法，步骤如下：
第一步，定位精度测试
断开连接块(7)与浮动接头(6)的连接，将施力工作台(10)移动到施力伺服电机(27)一侧，确保施力工作台(10)不影响被测工作台在导轨(22)上的自由移动；将定位精度反光镜(25)通过磁力吸座(24)固定在被测工作台(4)上，将激光干涉仪的激光头(33)固定在三脚架(32)上，调整三脚架(32)的位置以及激光头(33)的俯仰、偏摆角度，使得激光头(33)发出的激光束与导轨(22)平行，并且能够达到定位精度反光镜(25)上，光路调整完毕后将分光镜(21)置于光路之中，由磁力吸座(20)固定在装置台体(3)上，并保证激光头(33)接收到足够光强，进行定位精度测量；
第二步，模拟切削力加载
将被测工作台(4)和施力工作台(10)移动到伺服进给平台靠近被测伺服电机(17)一侧，并使被测工作台(4)和施力工作台(10)保留一定间隙，保证被测工作台(4)与施力工作台(10)之间只通过施力液压缸(9)连接，施力液压缸(9)固定在施力工作台(10)上，液压站(31)为施力液压缸(10)提供压力，连接座(5)固定在被测工作台(4)，连接座(5)上装有浮动接头(6)，用于承受施力液压缸(9)所施加的模拟切削载荷，压力传感器(8)安装在连接块(7)上，串联在施力液压缸(9)和浮动接头(6)之间，用于测量施加的模拟切削力，通过改变液压压强调整模拟切削力；
第三步，模拟切削力加载下的热机运动
由数控系统(35)控制被测工作台(4)和施力工作台(10)同步运动，以保证切削力在被测平台(4)在移动过程中受到的模拟切削力大小不变，被测工作台(4)和施力工作台(10)在一定行程范围内，以一定速度做往复运动以模拟实际工况中连续切削的状况，持续一段时间后停止；然后，循环第一步到第三步的定位精度测试与加载下的热机运动，直到进给系统达到热平衡。
CN201810983871.8A 2018-08-28 2018-08-28 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法 Active CN109143967B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810983871.8A CN109143967B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810983871.8A CN109143967B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109143967A CN109143967A (zh) 2019-01-04
CN109143967B true CN109143967B (zh) 2021-04-20

Family

ID=64828472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810983871.8A Active CN109143967B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109143967B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109656198B (zh) * 2019-01-31 2020-05-19 大连理工大学 一种进给轴热误差自适应补偿方法
CN109765846B (zh) * 2019-03-11 2022-03-18 哈尔滨理工大学 双转台五轴数控机床热误差建模温度敏感点的选择方法
CN111966043B (zh) * 2020-07-21 2023-10-31 天津大学 一种机床转台综合热误差检测装置及安装方法
CN113779726B (zh) * 2021-09-14 2023-08-22 重庆大学 基于切削力的热误差模型创建方法及求解方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012011509A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Jtekt Corp 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
CN101972947B (zh) * 2010-09-26 2011-11-09 天津大学 模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法
CN102672527B (zh) * 2012-05-03 2014-08-20 四川大学 数控机床进给系统全工作行程热误差补偿方法及其实施系统
CN103868693B (zh) * 2014-03-25 2016-06-15 清华大学 一种机械主轴系统热分析综合测试实验装置
CN104165768B (zh) * 2014-09-04 2017-01-25 大连理工大学 一种轴承综合动态性能试验装置及其测试方法
CN104792533B (zh) * 2015-04-29 2017-05-17 武汉理工大学 一种数控机床主轴热误差成因综合试验平台及测试方法
CN106736848B (zh) * 2016-12-13 2019-04-12 西安交通大学 数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法
CN106483928B (zh) * 2017-01-03 2019-01-29 重庆大学 一种干切数控滚齿机床径向热变形误差在机实时补偿方法
CN107498391B (zh) * 2017-08-03 2019-07-02 南京航空航天大学 机床切削加工过程的热力载荷模拟和误差检测系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109143967A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109143967B (zh) 一种模拟切削力加载情况的进给系统热误差测试装置及方法
CN102901450B (zh) 一种测量装置以及轴体检测设备
CN104236483A (zh) 滚动直线导轨副精度与摩擦力测量装置及方法
CN107271182B (zh) 一种模拟刀具切削力和作用位置的加载实验装置
CN205383997U (zh) 一种锥光全息三维扫描装置
CN104568485A (zh) 机床三向动态切削力随动模拟加载装置
CN103801826B (zh) 激光加工调焦装置、调焦方法及激光加工设备
US11092501B2 (en) Ultrasonic testing device and method for connection force of interference fit
CN108527007B (zh) 基于光学三角测量法的立式加工中心在机测量系统及方法
CN102689171B (zh) 一种仪表机芯间隙精密自动调节系统
Liu et al. Measurement and compensation of machine tool geometry error based on Abbe principle
CN108490878B (zh) 一种数控机床组合直线进给单元磨损规律试验方法
CN2874727Y (zh) 激光调阻机
CN214080521U (zh) 一种丝杠反向间隙的预检测装置
CN204202574U (zh) 滚动直线导轨副精度与摩擦力测量装置
CN208721382U (zh) 一种电主轴性能实验台
CN107491094B (zh) 一种实时精密平衡z轴重量的方法
CN109059820B (zh) 一种三坐标多工位自动测量装置和方法
CN115533675A (zh) 一种光学元件控时磨削面形测量系统及面形测量方法
CN215338888U (zh) 丝杆检测装置
CN210255403U (zh) 一种完成产品铣削高度自动补偿的装置
CN112440155A (zh) 一种丝杠反向间隙的预检测装置及检测方法
CN210625569U (zh) 一种差动变压式线位移传感器校准装置
CN203069370U (zh) 一种滚动直线导轨额定动载荷及寿命试验装置
CN113092108A (zh) 丝杆检测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant