專利名稱：一種數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機床技術(shù)，具體為一種數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀， 它適用于數(shù)控加工過程的進給負(fù)荷與進給電機電流關(guān)系的標(biāo)定，尤其適用
于機床以5m/min以上速度進給時的標(biāo)定。
背景技術(shù)：
目前，全世界數(shù)控機床的擁有量和生產(chǎn)量與日俱增，我國數(shù)控機床的 擁有量和進口量均已達世界第二位。與此同時，數(shù)控機床價格仍普遍較高， 維修成本高昂，在數(shù)控加工過程中為了避免損壞機床，在進行零件加工時 大都采用比較保守的切削用量，將切削力控制在相對較小的狀況下進行切 削，降低了數(shù)控機床工作效率，增加了加工成本。
切削力作為判斷切削加工過程狀態(tài)的主要指標(biāo)之一，通過對切削力的 檢測，能了解切削狀態(tài)、機床運行狀況、判斷切削用量是否合理，避免因 零件材質(zhì)和毛坯加工余量不均勻造成刀具磨損、工件報廢、機床損壞等事 故，盡可能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，因此，在數(shù)控加工過程中對切 削力進行實時檢測是十分必要的。
加工過程中刀具負(fù)荷的變化通過機械傳動系統(tǒng)的傳遞作用，在交流電
機系統(tǒng)的電參量變化中得到體現(xiàn)。其負(fù)荷傳遞有兩條路徑路徑1是負(fù)荷 傳遞到進給伺服系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為進給負(fù)荷并在進給電機電流中得到體現(xiàn)的過 程；路徑2是負(fù)荷傳遞到主軸電機系統(tǒng)并在主軸電機電流中的得到體現(xiàn)的 過程。
目前，生產(chǎn)中主要通過人工試切，選定切削參數(shù)以確定合適的切削力。 在生產(chǎn)中，工人依據(jù)加工經(jīng)驗對材料進行試切，記錄大量的實驗數(shù)據(jù)來調(diào) 整切削參數(shù)，以使切削力保持在一個合適的范圍。但這樣的調(diào)整要進行大量的加工前實驗，不僅浪費材料，而且切削力只能控制在一個范圍內(nèi)，無 法確定切削力的具體數(shù)值。當(dāng)加工材質(zhì)、余量不均勻時容易產(chǎn)生切削力大 范圍的波動，造成刀具磨損甚至機床損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀，該標(biāo)定儀 操作方便，能標(biāo)定進給伺服電機電流與進給負(fù)荷之間關(guān)系，為切削力恒定 控制提供了條件，減小了材料耗費、提高了機床使用效率。
本發(fā)明提供的數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀，其特征在于它包括油 箱、液壓回路塊、單向閥、整流板、電液比例調(diào)速閥、液控單向閥、液壓 馬達、齒輪、齒條導(dǎo)軌、主軸刀柄、霍爾電流傳感器，放大器，數(shù)據(jù)采集 卡和標(biāo)定處理器；
液壓馬達通過液壓回路塊中的第一條工作油路與液控單向閥相連，液 壓回路塊中的第一條工作油路還通過整流板與電液比例調(diào)速閥相通；
液壓馬達通過液壓回路塊中的第二條工作油路分別與單向閥和液控單 向閥的控制口相連，第二條工作油路還通過整流板與電液比例調(diào)速閥相通；
油箱通過液壓回路塊中的第一補油油路與液控單向閥相連；
油箱通過液壓回路塊中的第二補油油路與單向閥相連；
液壓馬達軸通過齒輪、齒條導(dǎo)軌與主軸刀柄相連；
標(biāo)定處理器依次經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡、放大器輸出控制信號給電液比例調(diào) 速閥；
霍爾電流傳感器掛在機床的進給伺服電機的電源線上，其信號輸出端 經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡與標(biāo)定處理器相連。
本發(fā)明采用一種低成本的方法，首先標(biāo)定自身控制參量(閥芯開口控 制電壓和機床進給速度)和輸出參量(進給負(fù)荷)之間關(guān)系，再通過設(shè)定 不同控制參量，并采用霍爾電流傳感器監(jiān)測進給伺服電機電流變化，標(biāo)定出機床進給負(fù)荷和進給飼服電機電流的關(guān)系，從而間接實現(xiàn)加工過程中的 切削力與進給伺服電機電流關(guān)系的標(biāo)定，為通過控制進給電機電流實現(xiàn)切 削力的恒定控制提供條件。本發(fā)明體積小，重量輕，使用方便，便于拆卸 和攜帶，適合于在生產(chǎn)車間條件下用來進行切削負(fù)荷的標(biāo)定，是一種普及 型的檢測工具。


圖1為本發(fā)明數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀的原理圖； 圖3為本發(fā)明數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀液壓回路塊透視圖； 圖4為本發(fā)明數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀自身標(biāo)定方式示意圖； 圖5為本發(fā)明標(biāo)定裝置工作方式示意圖； 圖6為本發(fā)明標(biāo)定處理器的工作流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明適用于高速進給(V〉5m/min)狀態(tài)時，進給負(fù)荷與進給詞服電 機電流之間關(guān)系的標(biāo)定。本文中的負(fù)荷特指進給抗力負(fù)荷。下面結(jié)合附圖 從幾個方面對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
如圖l、 2所示，本發(fā)明提供的數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀包括油箱 1、液壓回路塊2、單向閥3、整流板4、電液比例調(diào)速閥5、液控單向閥6、 支架7、液壓馬達8、齒輪9、齒條導(dǎo)軌IO、主軸刀柄ll、霍爾電流傳感器 12，放大器13，數(shù)據(jù)采集卡14和標(biāo)定處理器15。測力儀16為標(biāo)定儀自身
標(biāo)定時需要使用的測力工具。
如圖3所示，液壓回路塊2上開有螺紋孔17，分別用于與單向閥3、 液控單向閥6和整流板4連接。液壓回路塊2還開有第一、第二工作油路 18、 19以及第一、第二補油油路20、 21。
第一工作油路18的一端與液壓馬達8通過螺紋相連，分成二條支路后 其中一條支路與液控單向閥6相連，另一條支路通過整流板4后與電液比 例調(diào)速閥5相連。第二工作油路19的一端與液壓馬達8通過螺紋連接，分成三條支路后，其中二條支路分別與單向閥3和液控單向閥6的控制油口
相連，第三條支路通過整流板4后與電液比例調(diào)速閥5相連。第一補油油 路20的一端與油箱1相連，另一端與液控單向閥6相連；第二補油油路21 的一端與油箱1相連，另一端與單向闊3相連。液壓回路塊2通過連接油 箱1、單向閥3、整流板4、電液比例調(diào)速閥5、液控單向閥6以及液壓馬 達8組成液壓系統(tǒng)。
本實例以液壓回路塊2為中心，油箱l置于其左側(cè)，單向閥3、整流板 4和電液比例調(diào)速閥5置于其右側(cè)，電液比例調(diào)速閥5疊加在整流板4上與 液壓回路塊2相連，液控單向閥6置于液壓回路塊2上側(cè)；支架7中間安 裝液壓馬達8;齒輪9固定在液壓馬達8的軸上，齒條導(dǎo)軌10安裝在支架 上端面的支座上，導(dǎo)軌上的齒條可來回滑動。液壓馬達8上兩個油口與液 壓回路塊2上油口相連，各部件間以螺釘連接并且各部件間油路接口都采 用O型密封圈密封。
液壓馬達軸通過齒輪9、齒條導(dǎo)軌10與主軸刀柄11相連。液壓馬達8 順時針旋轉(zhuǎn)時，油液流入液壓回路塊2，經(jīng)第一工作油路18流入整流板4、 電液比例調(diào)速闊5，然后從第二工作油路19流回液壓馬達8，組成工作回 路；油箱1與液壓回路塊2相連，經(jīng)第一補油油路20流入液控單向閥6后 流入第一工作油路18，組成一條補油油路；油箱1與液壓回路塊2相連， 經(jīng)第二補油油路21流過單向閥3后流入第二工作油路19組成另一條補油 油路。液壓馬達8逆時針旋轉(zhuǎn)時工作回路油液流向反向。
標(biāo)定儀通過安裝在工作臺上的測力儀平臺16與機床固連，通過主軸刀 柄11與機床主軸相連。數(shù)控機床給定進給速度使工作臺作進給運動，此時， 齒條導(dǎo)軌10上齒條帶動齒輪9驅(qū)動液壓馬達軸旋轉(zhuǎn)，使液壓系統(tǒng)內(nèi)油液流 動，第一工作油路18為高壓端時液控單向閥關(guān)閉，油液由第一工作回路18 經(jīng)過整流板4和電液比例調(diào)速閥5流向第二工作回路19，然后流回液壓馬 達8，如油路有油液泄漏則單向閥開啟第二補油油路21對油路補油；工作 臺向另一方向作進給時，齒條導(dǎo)軌10上的齒條帶動齒輪9驅(qū)動液壓馬達軸 旋轉(zhuǎn)，第二工作油路19為高壓端時單向閥關(guān)閉，液控單向閥開啟，油液由第二工作油路19經(jīng)過整流板4和電液比例調(diào)速閥5流向第一工作油路18， 然后流回液壓馬達8。
標(biāo)定處理器15經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡14輸出控制電壓，由放大器13功率放大 后控制電液比例調(diào)速閥5閥芯開口大小以調(diào)整液壓馬達8兩端的壓差，達 到調(diào)節(jié)進給負(fù)荷大小的目的。數(shù)據(jù)采集卡14采集測力儀16測量的力信號 和霍爾電流傳感器12測得的進給電機電流信號，經(jīng)標(biāo)定處理器15處理后 存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對軸向進給負(fù)荷和進給伺服電機電流關(guān)系的標(biāo)定。
如圖4所示，標(biāo)定儀組裝完成后，首先需要進行控制電壓U、機床進給 速度V與輸出進給負(fù)載F關(guān)系的標(biāo)定。由數(shù)控機床給定進給速度V，標(biāo)定處 理器15經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡14的模擬輸出通道輸出控制電壓U;采用測力儀16 測量進給負(fù)載F的大小，并用數(shù)據(jù)采集卡14進行數(shù)據(jù)采集，將采得的數(shù)據(jù) 經(jīng)標(biāo)定處理器15進行一系列處理后與輸出的控制電壓U、進給速度V —起 存入標(biāo)定處理器的數(shù)據(jù)庫，達到標(biāo)定本儀器控制參量(控制電壓U、進給速 度V)與輸出參量(進給負(fù)荷F)關(guān)系的目的。
如圖5本發(fā)明標(biāo)定裝置工作方式示意圖所示，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用時，將標(biāo) 定儀安裝在機床工作臺上，并通過主軸刀柄與機床主軸相連。數(shù)控機床給 定不同的進給速度V使工作臺作進給運動，由于標(biāo)定儀本身已經(jīng)過標(biāo)定， 則可根據(jù)標(biāo)定處理器15輸出的控制電壓U和機床給定的進給速度V知道輸 出的進給負(fù)荷F的大小。此時，采集霍爾電流傳感器12測量進給伺服電機 電流I的大小，經(jīng)標(biāo)定處理器15進行一系列處理后存入數(shù)據(jù)庫，從而標(biāo)定 出機床進給伺服電機電流I與進給負(fù)荷F的關(guān)系。
如圖6標(biāo)定處理器數(shù)據(jù)處理流程圖所示。自身標(biāo)定時，給定控制電壓 和進給速度，數(shù)據(jù)采集卡采集測力儀測量的力信號，然后截取其有效數(shù)據(jù) 段進行分析，求取力信號均值并與此時給定的控制電壓、進給速度組成記 錄存入數(shù)據(jù)庫，從而標(biāo)定出裝置控制參量(控制電壓、進給速度)與輸出參 量(進給負(fù)荷)的關(guān)系；進給伺服電機標(biāo)定時，通過設(shè)定控制電壓和進給速 度給定進給負(fù)荷，數(shù)據(jù)采集卡采集霍爾傳感器測得的進給伺服電機電流信 號，然后截取其有效數(shù)據(jù)段進行分析，經(jīng)數(shù)字濾波和三相疊加后，再轉(zhuǎn)化為等效的直流電流值與己知的進給負(fù)荷值存入數(shù)據(jù)庫。通過改變控制電壓 或進給速度來改變進給負(fù)荷大小進行液壓系統(tǒng)響應(yīng)滯后分析；對測得的進 給伺服電機電流信號進行時頻域分析觀測信號變化趨勢；曲線擬合可擬合 出各輸入量(控制電壓、進給速度、進給負(fù)荷等)與輸出量(進給負(fù)荷、進給 伺服電機電流等)之間的關(guān)系。
該標(biāo)定儀根據(jù)支架7在工作臺上安裝方向不同可以分別實現(xiàn)對X、 Y、 Z 等三個軸向的標(biāo)定。
該標(biāo)定儀有配套的標(biāo)定處理器在對裝置本身和對機床進行標(biāo)定時使 用，能對測得的數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲、曲線擬合計算和數(shù)據(jù)庫管理 等相關(guān)功能。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀，其特征在于它包括油箱(1)、液壓回路塊(2)、單向閥(3)、整流板(4)、電液比例調(diào)速閥(5)、液控單向閥(6)、液壓馬達(8)、齒輪(9)、齒條導(dǎo)軌(10)、主軸刀柄(11)、霍爾電流傳感器(12)，放大器(13)，數(shù)據(jù)采集卡(14)和標(biāo)定處理器(15)；液壓馬達(8)通過液壓回路塊(2)中的第一條工作油路與液控單向閥(6)相連，液壓回路塊(2)中的第一條工作油路還通過整流板(4)與電液比例調(diào)速閥(5)相通；液壓馬達(8)通過液壓回路塊(2)中的第二條工作油路分別與單向閥(3)和液控單向閥(6)的控制口相連，第二條工作油路還通過整流板(4)與電液比例調(diào)速閥(5)相通；油箱(1)通過液壓回路塊(2)中的第一補油油路與液控單向閥(6)相連；油箱(1)通過液壓回路塊(2)中的第二補油油路與單向閥(3)相連；液壓馬達軸通過齒輪(9)、齒條導(dǎo)軌(10)與主軸刀柄(11)相連；標(biāo)定處理器(15)依次經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡(14)、放大器(13)輸出控制信號給電液比例調(diào)速閥(5)；霍爾電流傳感器(12)掛在機床的進給伺服電機的電源線上，其信號輸出端經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡(14)與標(biāo)定處理器(15)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控機床高速進給負(fù)荷標(biāo)定儀，包括油箱、液壓回路塊、單向閥、整流板、電液比例調(diào)速閥、液控單向閥、液壓馬達、齒輪、齒條導(dǎo)軌、主軸刀柄、霍爾電流傳感器，放大器，數(shù)據(jù)采集卡和標(biāo)定處理器。進行標(biāo)定時，液壓馬達、液壓回路塊與閥組構(gòu)成液壓系統(tǒng)，通過齒輪、齒條的嚙合運動將液壓馬達與主軸相連，將高速的進給運動轉(zhuǎn)化為齒輪的旋轉(zhuǎn)運動；本發(fā)明實現(xiàn)了裝置的控制和標(biāo)定數(shù)據(jù)采集、分析，實現(xiàn)軸向進給負(fù)荷與進給電機電流關(guān)系的標(biāo)定。本裝置生產(chǎn)成本低廉，廣泛適用于在生產(chǎn)車間條件下進行數(shù)控機床的標(biāo)定，是一種普及型的標(biāo)定儀器。
文檔編號B23Q17/00GK101318300SQ20081004824
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者劉紅奇, 唐小琦, 偉 孫, 斌 李, 毛新勇, 蔣克強, 陳吉紅 申請人:華中科技大學(xué)