一種伺服進給機構性能測試試驗裝置及測試方法
【專利摘要】本發明公開一種伺服進給機構性能測試試驗裝置，包括臺體，臺體兩側設有導軌，導軌上設有被測工作臺和施力工作臺，施力工作臺上固接液壓缸并活動連接被測工作臺，設置在導軌外側的光柵尺，施力伺服驅動單元具有伺服電機Ⅰ，通過聯軸器Ⅰ與伺服電機Ⅰ連接的絲杠Ⅰ，穿在絲杠Ⅰ上的絲母Ⅰ，絲母Ⅰ與施力工作臺連接；被測伺服驅動單元具有伺服電機Ⅱ，通過兩個相連的聯軸器Ⅱ與伺服電機Ⅱ連接的絲杠Ⅱ，穿在絲杠Ⅱ上的絲母Ⅱ，絲母Ⅱ與被測工作臺連接；控制系統，具有電氣柜，伺服電機Ⅰ與伺服電機Ⅱ通過線路與電氣柜連接，電氣柜上連有數控系統；以及利用該試驗裝置進行測試的方法。本發明可以對伺服進給機構進行多項性能的測試。
【專利說明】一種伺服進給機構性能測試試驗裝置及測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控機床用伺服進給機構測試領域，具體為一種伺服進給機構性能測試試驗裝置及測試方法。
【背景技術】
[0002]目前數控機床產品基本上都是采用的絲杠絲母驅動、滑塊導軌驅動的伺服進給機構，而伺服進給機構性能好壞直接影響機床的整機性能，因此了解并掌握各個影響伺服進給機構性能的因素對設計和分析伺服進給機構至關重要。各種不同規格機床采用的伺服進給機構的結構尺寸不盡相同，但工作機理類似，如絲杠驅動絲母帶動工作臺沿著導軌運行，因此研究一種能夠滿足數控機床裝配指定伺服進給機構性能測試需求的試驗裝置是本領域技術人員亟需解決的問題。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種伺服進給機構性能測試試驗裝置，該試驗裝置可以進行伺服進給機構多項性能的測試。
[0004]本發明所采用的技術方案為:
[0005]一種伺服進給機構性能測試試驗裝置，包括
[0006]臺體，臺體兩側設有導軌，導軌上設有被測工作臺和施力工作臺，施力工作臺上固接施力液壓缸，施力液壓缸依次與連接塊、浮動接頭和連接座連接，連接座與被測工作臺活動連接，液壓站通過管道與液壓缸連接，導軌的外側設有光柵尺，光柵尺固接在臺體上；
[0007]施力伺服驅動單元固設在臺體上，具有伺服電機I，通過聯軸器I與伺服電機I連接的絲杠I，穿在絲杠I上的絲母I，絲母I與施力工作臺連接；
[0008]被測伺服驅動單元固設在臺體上，具有伺服電機II，通過兩個相連的聯軸器II與伺服電機II連接的絲杠II，穿在絲杠II上的絲母II，絲母II與被測工作臺連接；
[0009]控制系統，具有電氣柜，伺服電機I與伺服電機II通過線路與電氣柜連接，電氣柜上連有數控系統。
[0010]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述導軌上設有滑塊，被測工作臺與施力工作臺設置在滑塊上；光柵尺通過光柵尺座設置在臺體上；施力伺服驅動單元通過支座I固設在臺體上，絲杠I穿過支座I其兩端通過軸承支座I和軸承支座II支撐并固定在臺體上，被測伺服驅動單元通過支座II固設在臺體上，絲杠II穿過支座II其兩端通過軸承支座III和軸承支座IV支撐并固定在臺體上。
[0011]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，還包括測試系統，所述測試系統包括扭矩傳感器和測試柜，扭矩傳感器設置在兩個相連聯軸器II的連接處，并通過線路與測試柜連接。
[0012]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述測試系統還包括若干個磁式溫度傳感器，分別安裝在絲母I1、軸承支座IV和被測工作臺的兩側，若干個磁式溫度傳感器分別通過線路與測試柜連接。
[0013]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述測試系統還包括若干個紅外溫度傳感器，均布在絲杠II的一側并通過固定支架固定在臺體上，所述若干個紅外溫度傳感器通過線路與測試柜連接。
[0014]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述測試系統還包括壓力傳感器，設置在浮動接頭與連接座之間，并通過線路與測試柜連接。
[0015]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述測試系統還包括激光位移傳感器，設置在絲杠II的軸端，固接在臺體上，并通過線路與測試柜連接。
[0016]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述測試柜通過線路與控制計算機IPC連接。
[0017]上述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，所述臺體通過地腳螺栓支撐在地面上，所述導軌通過螺栓固定在臺體上，所述導軌的端部設有撞塊，撞塊通過撞塊座固定在臺體上。
[0018]本發明還提供一種利上述伺服進給機構性能測試試驗裝置進行測試的方法，具體為，檢測被測工作臺在無力情況下的各參數時，數控系統控制電氣柜啟動伺服電機II，伺服電機II通過聯軸器II帶動絲杠II運動從而通過絲母II驅動被測工作臺運動；扭矩傳感器檢測伺服電機II傳遞給絲杠II的扭矩值；磁式溫度傳感器檢測軸承支座IV、被測工作臺和絲母II的溫度值；紅外傳感器檢測絲杠II的溫度分布；激光位移傳感器檢測絲杠II的熱伸長量；檢測被測工作臺在受力情況下的各參數時，將連接座與被測工作臺連接，數控系統控制電氣柜啟動伺服電機I，伺服電機I通過聯軸器I帶動絲杠I運動從而通過絲母I控制施力工作臺運動；壓力傳感器檢測施力工作臺作用在被測工作臺的壓力值，扭矩傳感器檢測伺服電機II傳遞給絲杠II的扭矩值；磁式溫度傳感器檢測軸承支座IV、被測工作臺和絲母II的溫度值；紅外傳感器檢測絲杠II的溫度分布；激光位移傳感器檢測絲杠II的熱伸長量。
[0019]本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置具有以下有益效果:
[0020]1、本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置結構簡單，可以有效對由絲杠驅動絲母帶動工作臺沿導軌運行的伺服進給機構進行性能測試，從而掌握影響伺服進給機構性能的各種因素，為設計和分析伺服進給機構提供理論依據。
[0021]2、在絲母I1、軸承支座II和被測工作臺的兩側分別設置磁式溫度傳感器，主要測試絲母I1、軸承支座II和被測工作臺由于運動而產生的溫度值和環境溫度變化引起的伺服進給機構的溫升變化，通過溫度傳感器反饋的數據有利于分析運動熱源點和環境溫度的變化對伺服進給機構熱誤差的影響。
[0022]3、在絲杠II的一側均布設置紅外溫度傳感器，可以有效測試絲杠II各部位的溫度，檢測絲杠II由于運動而產生的溫度分布及其溫度變化規律，為測試伺服進給機構熱誤差提供真實的溫度數據。
[0023]4、在浮動接頭與連接座之間設置壓力傳感器，可以測試被測工作臺的靜剛度，通過測量拉壓力數據分析尋找伺服進給系統中剛度薄弱環節，減小伺服進給系統剛度對定位精度的影響。
[0024]5、在待測試絲杠軸端設置激光位移傳感器采集由于被測伺服驅動單元運轉發熱及環境溫度變化導致絲杠熱變形產生的絲杠端面位置變化，在伺服機構運行過程中，進行伺服進給機構軸向熱變形誤差的實時測量，通過分析測試得到數據為研究伺服進給機構熱變形提供依據。
[0025]6、在臺體下設置地腳螺栓，起到對臺體進行調平的作用，通過螺栓固定導軌，可以將導軌穩固地固定在臺體上，在導軌的端部設置撞塊，對工作臺的移動起到限位的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置側面結構示意圖。
[0027]圖2為本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置俯視結構示意圖。
[0028]圖3為本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置去掉施力工作臺和被測工作臺的俯視結構示意圖。
[0029]圖4為本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置的總體示意圖。
[0030]其中，1-地腳螺栓，2-拖鏈支架I，3-臺體，4一聯軸器I，5-磁式溫度傳感器，6-被測工作臺，7-拖鏈I，8-光柵尺座II，9-拖鏈II，10-拖鏈支架II，11-導軌，12-支架，13-支座II，14-被測伺服驅動單元，15-撞塊座，16-撞塊，17-光柵尺I，18-光柵尺座I，19-浮動接頭，20-壓力傳感器，21-連接塊，22-施力液壓缸，23-施力伺服驅動單元，24-支座I，25-光柵尺II，26-施力工作臺，27-連接板，28-連接座，29-連接板，30-紅外溫度傳感器，31-扭矩傳感器，32-激光位移傳感器，33-液壓站，34-數控系統，35-電氣柜，36-測試柜，37-控制計算機IPC，38-激光干涉儀，39-動態測試儀，40-裝有IBN_T00L軟件的筆記本電腦，41-千分表，42-伺服電機II，43-聯軸器II，44-軸承支座III，45-絲杠II，46-絲母II，47-軸承支座I，48-絲杠I，49-軸承支座IV，50-絲母I，51-軸承支座II，52-伺服電機I。
【具體實施方式】
[0031 ] 實施例1 一種伺服進給機構性能測試試驗裝置
[0032]如圖1-4所示，一種伺服進給機構性能測試試驗裝置，包括臺體3，臺體3的兩側設有導軌11，導軌11上設有被測工作臺6和施力工作臺26，施力工作臺26上固接施力液壓缸22，施力液壓缸22依次與連接塊21、浮動接頭19和連接座28連接，連接座28與被測工作臺6可拆卸式連接，液壓站33通過管道與液壓缸22連接，導軌11的外側分別設有光柵尺
I17和光柵尺II 25，光柵尺I 17和光柵尺II 25固接在臺體3上；優選地，導軌11上設有滑塊，被測工作臺6與施力工作臺26設置在滑塊上；光柵尺I 17和光柵尺II 25分別通過光柵尺座I 18和光柵尺座II 8設置在臺體3上。臺體3的側面設有由拖鏈支架I 2支撐的拖鏈I 7和由拖鏈支架II 10支撐的拖鏈II 9，拖鏈I 7和拖鏈II 9分別通過連接板I 29和連接板II 27固定在臺體3上，試驗裝置的線路設置在拖鏈I 7和拖鏈II 9里，方便被測工作臺6和施力工作臺26的運動。優選地，臺體3通過地腳螺栓I支撐在地面上，導軌11通過螺栓固定在臺體3上，導軌11的端部設有撞塊16，撞塊16通過撞塊座15固定在臺體3上。
[0033]施力伺服驅動單元23固設在臺體3上，具有伺服電機I 52，通過聯軸器I 4與伺服電機I 52連接的絲杠I 48，穿在絲杠I 48上的絲母I 50，絲母I 50與施力工作臺26連接；優選地，施力伺服驅動單元23通過支座I 24固設在臺體3上，絲杠I 48穿過支座I，絲杠I 48的兩端通過軸承支座I 47和軸承支座II 51支撐并固定在臺體3上。
[0034]被測伺服驅動單元14固設在臺體3上，具有伺服電機II 42，通過兩個相連的聯軸器II 43與伺服電機II 42連接的絲杠II 45，穿在絲杠II 45上的絲母II 46，絲母II 46與被測工作臺連接6 ;被測伺服驅動單元14通過支座II 13固設在臺體3上，絲杠II 45穿過支座II 13，絲杠II 45的兩端通過軸承支座III 44和軸承支座IV 49支撐并固定在臺體3上。
[0035]控制系統，具有電氣柜35,伺服電機I 52與伺服電機II 42通過線路與電氣柜35連接，電氣柜35上連有數控系統34。
[0036]測試系統，包括扭矩傳感器31和測試柜36，扭矩傳感器31設置在兩個相連聯軸器
II43的連接處，并通過線路與測試柜36連接。優選地，測試系統還包括四個磁式溫度傳感器5，一個磁式溫度傳感器5貼在絲母II 46上，一個磁式溫度傳感器5貼在軸承支座II 49上，另兩個磁式溫度傳感器5分別設置在被測工作臺6的兩側，4個磁式溫度傳感器通過線路與測試柜36連接。更優選地，測試系統還包括5個紅外溫度傳感器30，均布在絲杠II 45的一側并通過固定支架12固定在臺體3上，所述5個紅外溫度傳感器30通過線路與測試柜36連接。優選地，測試系統還包括壓力傳感器20，設置在浮動接頭19與連接塊21之間，并通過線路與測試柜36連接。優選地，測試系統還包括激光位移傳感器32，設置絲杠II 45的另一側，固接在臺體3上，并通過線路與測試柜36連接。測試柜36通過線路與控制計算機IPC37連接。
[0037]優選地，本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置，還可包括激光干涉儀38，動態測試儀39，裝有IBN_T00L軟件的筆記本電腦40，千分表41、振動測量儀。
[0038]在伺服進給機構性能測試試驗裝置周圍布置激光干涉儀38，可以對被測伺服進給機構進行定位精度、重復定位精度的檢驗，并配合數控系統的補償功能對伺服進給機構進行反向間隙、螺距補償。布置振動測量儀，可以整個裝置進行動態性測試，包括機構固有頻率、阻尼比、模態振型等震動模態參數，通過模態分析方法研究結構在某一易受影響的頻率范圍內各階主要模態的振型。可以在本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置的控制系統上進行伺服進給機構頻率響應特性測試，包括電流環、速度環和位置環進行頻率響應特性測試。通過Bode圖來描述頻率特性。
[0039]可以在本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置上進行伺服進給機構剛度測量，提高絲杠進給機構的綜合拉壓剛度(含支撐軸承的接觸剛度和絲杠螺母副的接觸剛度、軸承座和螺母座的剛度、絲杠自身的拉壓剛度)和扭轉剛度上，提高伺服進給系統剛度和降低機械傳動鏈慣性，通過測量分析尋找伺服進給系統中剛度薄弱環節，并根據實驗結果優化伺服進給系統，從而減小伺服進給系統剛度對定位精度的影響。
[0040]可以在本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置上進行高速伺服進給系統加減速特性測試，分析伺服軸以不同速度進行直線往復運動時速度和加(減)速度給定值和實際值曲線判斷加減速特性，為高速伺服進給系統性能評價和優化提供實驗數據支撐。
[0041]可以在本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置上進行伺服電機綜合性能測試，測試伺服電機靜態扭矩(電機短時過載能力的一種體現)、動態扭矩、旋轉扭矩等綜合性能，為伺服進給系統伺服電機選型及伺服控制優化提供實驗數據支撐。
[0042]可以在本發明伺服進給機構性能測試試驗裝置上進行伺服電機參數與機械傳動系統慣量匹配關系測試，研究伺服電機參數與機械傳動系統慣量匹配關系，使用IBN_TOOL軟件測試在不同負載慣量下的頻率響應特性和最大進給速度下的加減速特性通過實驗結果優化伺服進給系統設計時驅動電機選型。
[0043]因此通過本發明的伺服進給機構性能測試試驗裝置，可以對伺服進給機構進行多點溫度的實時測量、熱變形誤差的測量，有關反向間隙、定位精度、重復定位精度、動態特性、頻率響應特性的測試，及對伺服進給機構剛度的測量，對高速伺服進給系統加減速特性的測試，及對伺服電機的參數與機械傳動系統慣量匹配關系等綜合性能的測試。
[0044]實施例2 —種利上述伺服進給機構性能測試試驗裝置進行測試的方法。
[0045]具體為，檢測被測工作臺6在無力情況下的各參數時，數控系統34控制電氣柜35啟動伺服電機II 42，伺服電機II 42通過聯軸器II 43帶動絲杠II 45運動從而通過絲母II 46驅動被測工作臺6運動；扭矩傳感器31檢測伺服電機II 42傳遞給絲杠II 45的扭矩值；磁式溫度傳感器5檢測軸承支座IV 49、被測工作臺6和絲母II 46的溫度值；紅外傳感器30檢測絲杠II 45的溫度分布；激光位移傳感器32檢測伺服機構在運動中由于溫度變化引起的絲杠II 45的熱伸長量；扭矩傳感器31，磁式溫度傳感器5，紅外傳感器30和激光位移傳感器32，將信號傳遞給測試柜36，測試柜36再將信號反饋給控制計算機IPC37中，進行顯示和分析。
[0046]檢測被測工作臺在受力情況下的各參數時，數控系統34控制電氣柜35啟動伺服電機I 52，伺服電機I 52通過聯軸器I 4帶動絲杠I 48運動從而通過絲母I 50控制施力工作臺26運動；數控系統34控制電氣柜35啟動伺服電機II 42，伺服電機II 42通過聯軸器II 43帶動絲杠II 45運動從而通過絲母II 46驅動被測工作臺6運動；扭矩傳感器31檢測伺服電機II 42傳遞給絲杠II 45的扭矩值；磁式溫度傳感器5檢測軸承支座IV 49、被測工作臺6和絲母II 46的溫度值；紅外傳感器30檢測絲杠II 45的溫度分布；激光位移傳感器32檢測伺服機構在運動中由于溫度變化引起的絲杠II 45的熱伸長量；壓力傳感器20在伺服進給機構的剛度檢測中檢測施力工作臺26作用在被測工作臺6的壓力值。扭矩傳感器31,磁式溫度傳感器5,紅外傳感器30,激光位移傳感器32和壓力傳感器20,將信號傳遞給測試柜36，測試柜36再將信號反饋給控制計算機IPC37中，進行顯示和分析。
[0047]以上實施例僅為本發明的示例性實施例，不用于限制本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出的各種修改或等同替換也落在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，包括 臺體，臺體兩側設有導軌，導軌上設有被測工作臺和施力工作臺，施力工作臺上固接施力液壓缸，施力液壓缸依次與連接塊、浮動接頭和連接座連接，連接座與被測工作臺活動連接，液壓站通過管道與液壓缸連接，導軌的外側設有光柵尺，光柵尺固接在臺體上； 施力伺服驅動單元固設在臺體上，具有伺服電機I，通過聯軸器I與伺服電機I連接的絲杠I，穿在絲杠I上的絲母I，絲母I與施力工作臺連接； 被測伺服驅動單元固設在臺體上，具有伺服電機II，通過兩個相連的聯軸器II與伺服電機II連接的絲杠II，穿在絲杠II上的絲母II，絲母II與被測工作臺連接； 控制系統，具有電氣柜，伺服電機I與伺服電機II通過線路與電氣柜連接，電氣柜上連有數控系統。
2.根據權利要求1所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述導軌上設有滑塊，被測工作臺與施力工作臺設置在滑塊上；光柵尺通過光柵尺座設置在臺體上；施力伺服驅動單元通過支座I固設在臺體上，絲杠I穿過支座I其兩端通過軸承支座I和軸承支座II支撐并固定在臺體上，被測伺服驅動單元通過支座II固設在臺體上，絲杠II穿過支座II其兩端通過軸承支座III和軸承支座IV支撐并固定在臺體上。
3.根據權利要求2所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，還包括測試系統，所述測試系統包括扭矩傳感器和測試柜，扭矩傳感器設置在兩個相連聯軸器II的連接處，并通過線路與測試柜連接。
4.根據權利要求3所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述測試系統還包括若干個磁式溫度傳感器，分別安裝在絲母I1、軸承支座IV和被測工作臺的兩側，若干個磁式溫度傳感器分別通過線路與測試柜連接。
5.根據權利要求3所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述測試系統還包括若干個紅外溫度傳感器，均布在絲杠II的一側并通過固定支架固定在臺體上，所述若干個紅外溫度傳感器通過線路與測試柜連接。
6.根據權利要求3所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述測試系統還包括壓力傳感器，設置在浮動接頭與連接座之間，并通過線路與測試柜連接。
7.根據權利要求3所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述測試系統還包括激光位移傳感器，設置在絲杠II的軸端，固接在臺體上，并通過線路與測試柜連接。
8.根據權利要求3-7之一所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述測試柜通過線路與控制計算機IPC連接。
9.根據權利要求1所述的伺服進給機構性能測試試驗裝置，其特征在于，所述臺體通過地腳螺栓支撐在地面上，所述導軌通過螺栓固定在臺體上，所述導軌的端部設有撞塊，撞塊通過撞塊座固定在臺體上。
10.一種利用伺服進給機構性能測試試驗裝置進行測試的方法，其特征在于，檢測被測工作臺在無力情況下的各參數時，數控系統控制電氣柜啟動伺服電機II，伺服電機II通過聯軸器II帶動絲杠II運動從而通過絲母II驅動被測工作臺運動；扭矩傳感器檢測伺服電機II傳遞給絲杠II的扭矩值；磁式溫度傳感器檢測軸承支座IV、被測工作臺和絲母II的溫度值；紅外傳感器檢測絲杠II的溫度分布；激光位移傳感器檢測絲杠II的熱伸長量；檢測被測工作臺在受力情況下的各參數時，將連接座與被測工作臺連接，數控系統控制電氣柜啟動伺服電機I，伺服電機I通過聯軸器I帶動絲杠I運動從而通過絲母I控制施力工作臺運動；壓力傳感器檢測施力工作臺作用在被測工作臺的壓力值，扭矩傳感器檢測伺服電機II傳遞給絲杠II的扭矩值；磁式溫度傳感器檢測軸承支座IV、被測工作臺和絲母II的溫度值；紅外傳感器檢測絲杠II的溫度分布；激光位移傳感器檢測絲杠II的熱伸長量。
【文檔編號】G01M99/00GK104006982SQ201410244810
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】劉闊, 吳玉亮, 李焱, 于文東, 譚智, 李鵬 申請人:沈陽機床(集團)有限責任公司
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