一種滑枕懸伸變形補償裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于大型數(shù)控機床或大型攪拌摩擦焊設(shè)備的誤差補償【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種滑枕懸伸變形補償裝置及方法，包括滑鞍、滑枕、立柱、力傳感器以及質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中立柱上沿豎直方向開設(shè)有矩形通孔I，滑鞍設(shè)置于立柱的矩形通孔I內(nèi)、并與立柱的前端和矩形通孔I的內(nèi)壁沿豎直方向滑動連接，滑鞍上沿長度方向設(shè)有矩形通孔II，滑枕插設(shè)于滑鞍的矩形通孔II內(nèi)、并與滑鞍沿水平方向滑動連接，滑鞍在立柱的矩形通孔I內(nèi)豎直方向運動，滑枕在滑鞍的矩形通孔II內(nèi)伸出或縮回；滑鞍的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，滑鞍與立柱的前端滑動連接處設(shè)有力傳感器。本發(fā)明補償彎矩大，補償效果好，且精度高，響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好。
【專利說明】一種滑枕懸伸變形補償裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大型數(shù)控機床或大型攪拌摩擦焊設(shè)備的誤差補償【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種滑枕懸伸變形補償裝置及方法，適用于大型臥式數(shù)控鏜銑床及結(jié)構(gòu)相似的大型攪拌摩擦焊設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國航空航天業(yè)、制造業(yè)的發(fā)展，大型臥式數(shù)控鏜銑床及結(jié)構(gòu)相似的大型攪拌摩擦焊設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛。然而其精度仍然是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素，其中滑枕懸伸變形對其精度的影響很大，目前仍是難以解決的技術(shù)問題。滑枕懸伸變形是指在滑枕前端在伸出滑鞍后，滑枕質(zhì)心前移使得滑枕前端向下傾斜。該變形是末端執(zhí)行工具偏離了預(yù)設(shè)的位置，從而產(chǎn)生了加工或焊接誤差。目前的補償方法主要為運動部件的質(zhì)心補償、滑枕變形補償、由滑枕與滑鞍整體重心變化產(chǎn)生變形的補償、液壓彎矩補償法等。雖然現(xiàn)有補償方法均不同程度地補償了部分滑枕懸伸變形，并取得了一些效果，然而其不足之處是滑枕伸出后，補償滑枕重心變化產(chǎn)生的變形，其作用力均作用滑鞍上，而滑鞍的變形引起的末端誤差沒有補償。而且還導(dǎo)致滑鞍上下運動導(dǎo)軌的受力嚴重不均，使得導(dǎo)軌磨損增大，降低了導(dǎo)軌使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種滑枕懸伸變形補償裝置及方法。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于安裝，可靠實用，且補償彎矩大，補償效果好，能夠滿足強度和剛度的要求。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0005]一種滑枕懸伸變形補償裝置，包括滑鞍、滑枕、立柱、力傳感器以及質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中立柱上沿豎直方向開設(shè)有矩形通孔I，所述滑鞍設(shè)置于立柱的矩形通孔I內(nèi)、并與立柱的前端和矩形通孔I的內(nèi)壁沿豎直方向滑動連接，所述滑鞍上沿長度方向設(shè)有矩形通孔II，所述滑枕插設(shè)于滑鞍的矩形通孔II內(nèi)、并與滑鞍沿水平方向滑動連接，所述滑鞍在立柱的矩形通孔I內(nèi)豎直方向運動，所述滑枕在滑鞍的矩形通孔II內(nèi)伸出或縮回；所述滑鞍的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，滑鞍與立柱的前端滑動連接處設(shè)有力傳感器，通過所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對滑枕懸伸后的變形進行補償。
[0006]所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括支撐箱體和設(shè)置于支撐箱體內(nèi)的馬達、鉸鏈支撐、升降機連接座、銷軸、扭轉(zhuǎn)軸、杠桿臂、螺旋升降機以及球形鉸鏈，其中扭轉(zhuǎn)軸安裝于滑鞍的側(cè)壁上，支撐箱體的一端與扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，杠桿臂的圓柱端套裝在扭轉(zhuǎn)軸上、并與扭轉(zhuǎn)軸連接，杠桿臂的另一端通過銷軸與球形鉸鏈相連，所述球形鉸鏈上端連有螺旋升降機，所述馬達安裝在螺旋升降機的一側(cè)，所述螺旋升降機上部安裝有升降機連接座，所述升降機連接座的兩側(cè)分別安裝有用于支撐螺旋升降機的鉸鏈支撐，所述鉸鏈支撐與支撐箱體的兩側(cè)連接，所述支撐箱體的一端與立柱的矩形通孔I內(nèi)壁滑動連接。[0007]所述立柱上的矩形通孔I與滑鞍連接的相對兩側(cè)面沿豎直方向?qū)ΨQ設(shè)有輔助導(dǎo)軌，所述支撐箱體上沿豎直方向設(shè)有凸臺，該凸臺上設(shè)有兩個輔助滑塊，所述輔助滑塊和輔助導(dǎo)軌形成滑動副。
[0008]所述支撐箱體的一端兩側(cè)開設(shè)有軸承安裝座孔，所述扭轉(zhuǎn)軸通過第一軸承和第二軸承分別在支撐箱體兩側(cè)的軸承安裝座孔處轉(zhuǎn)動連接，杠桿臂的圓柱端與第一軸承和第二軸承之間分別設(shè)有套筒和擋圈，所述擋圈的外側(cè)設(shè)有軸承擋板，支撐箱體開口側(cè)安裝蓋板。所述杠桿臂與扭轉(zhuǎn)軸花鍵連接。所述扭轉(zhuǎn)軸通過螺釘與滑鞍的側(cè)面固接。
[0009]所述立柱前端矩形通孔I的兩側(cè)分別安裝有主導(dǎo)軌，所述滑鞍的矩形端面的兩側(cè)分別設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)置有所述力傳感器，所述力傳感器上設(shè)有與主導(dǎo)軌形成移動副的主滑塊。
[0010]一種滑枕懸伸變形補償方法，通過力傳感器檢測滑枕懸伸后產(chǎn)生的彎矩，所述力傳感器將檢測到的數(shù)值輸入至控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)輸出指令給質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對滑枕懸伸后的變形進行補償。
[0011]所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)中的馬達接收到控制系統(tǒng)的指令、并驅(qū)動螺旋升降機工作，所述螺旋升降機推動杠桿臂，杠桿臂帶動扭轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述扭轉(zhuǎn)軸帶動滑鞍扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對滑枕懸伸后變形的補償。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為:
[0013]1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于安裝，可靠實用，且補償彎矩大，補償效果好，能夠滿足強度和剛度的要求。
[0014]2.本發(fā)明補償實時性好、補償精度高。本發(fā)明采用力傳感器檢測、電機閉環(huán)控制，補償精度高，同時其系統(tǒng)響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好。
[0015]3.本發(fā)明的動力系統(tǒng)采用電氣驅(qū)動，避免了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的使用，在航空航天制造領(lǐng)域有一定優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的立柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)的俯視圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)的等軸視圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明的杠桿臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:I為滑鞍，2為螺釘，3為滑枕，4為主導(dǎo)軌，5為立柱，6為力傳感器，7為主滑塊，8為輔助滑塊，9為輔助導(dǎo)軌，10為馬達，11為蓋板，12為鉸鏈支撐，13為升降機連接座，14為銷軸，15為軸承擋板，16為扭轉(zhuǎn)軸，17為套筒，18為擋圈，19為第一軸承，20為第二軸承，21為支撐箱體，22為杠桿臂，23為螺旋升降機，24為球形鉸鏈。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。[0025]如圖1?7所示，本發(fā)明包括滑鞍1、滑枕3、立柱5、力傳感器6以及質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中立柱5上沿豎直方向開設(shè)有矩形通孔I，該矩形通孔I內(nèi)側(cè)相對的兩個側(cè)面上沿豎直方向?qū)ΨQ設(shè)有凸臺，凸臺上安裝輔助導(dǎo)軌9，立柱5的前端面上矩形通孔I的兩側(cè)沿豎直方向?qū)ΨQ設(shè)有主導(dǎo)軌4。滑鞍I為T型，較寬一端的兩側(cè)沿豎直方向開設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)置有力傳感器6，力傳感器6上設(shè)有與主導(dǎo)軌4形成移動副的主滑塊7?；癐的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)上沿豎直方向設(shè)有輔助滑塊8。滑鞍I設(shè)置于立柱5的矩形通孔I內(nèi)、并通過主滑塊7和輔助滑塊8分別與立柱5上的主導(dǎo)軌4和輔助導(dǎo)軌9滑動連接?；癐上沿長度方向設(shè)有矩形通孔II，滑枕3插設(shè)于滑鞍I的矩形通孔II內(nèi)、并與滑鞍I沿水平方向滑動連接，滑枕3在滑鞍I的矩形通孔II內(nèi)伸出或縮回。
[0026]所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括支撐箱體21以及設(shè)置于支撐箱體21內(nèi)的馬達10、蓋板
11、鉸鏈支撐12、升降機連接座13、銷軸14、軸承擋板15扭轉(zhuǎn)軸16、套筒17、擋圈18、第一軸承19、第二軸承20、杠桿臂22、螺旋升降機23以及球形鉸鏈24，其中扭轉(zhuǎn)軸16通過螺釘2與滑鞍I的側(cè)面固接，杠桿臂22的圓柱端套裝在扭轉(zhuǎn)軸16上、并與扭轉(zhuǎn)軸16花鍵連接。杠桿臂22的圓柱端靠近滑鞍I的一側(cè)裝有套筒17、第一軸承19，另一側(cè)裝有擋圈18、第二軸承20以及軸承擋板15。杠桿臂22的另一端通過銷軸14與球形鉸鏈24相連，球形鉸鏈24上端連接有螺旋升降機23，馬達10安裝在螺旋升降機23的一側(cè)，螺旋升降機23上部安裝有升降機連接座13，升降機連接座13的兩側(cè)分別安裝有用于支撐螺旋升降機23的鉸鏈支撐12，兩個鉸鏈支撐12分別與支撐箱體21的兩側(cè)連接。
[0027]所述支撐箱體21兩側(cè)開有軸承安裝座孔，第一軸承19與第二軸承20分別安裝于支撐箱體21兩側(cè)的軸承安裝座孔處，支撐箱體21開口側(cè)安裝蓋板11。輔助滑塊8設(shè)置于支撐箱體21上。
[0028]質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)的安裝過程是:
[0029]用螺釘2將扭轉(zhuǎn)軸16與滑鞍I固連在一起，扭轉(zhuǎn)軸16較長的一段在滑鞍I外側(cè)，將第一軸承19和套筒17從扭轉(zhuǎn)軸16的懸出一側(cè)安裝進去，貼近滑鞍I的一側(cè)為第一軸承，套筒17用于軸向固定第一軸承19的內(nèi)圈，使得第一軸承19與杠桿臂22不會相互接觸摩擦；將杠桿臂22位于支撐箱體21的內(nèi)部，通過支撐箱體21的軸承安裝孔與杠桿臂22的圓柱孔套在扭轉(zhuǎn)軸16上，之后再將擋圈18、第二軸承20順次套入扭轉(zhuǎn)軸16之上，擋圈18用于軸向固定第二軸承的內(nèi)圈，使得第二軸承19與杠桿臂22不會相互接觸摩擦；在扭轉(zhuǎn)軸
16的端面安裝一軸承擋板15，用于固定第二軸承20 ;杠桿臂22的另一端通過銷軸14與球形鉸鏈24相連，球形鉸鏈24上端連有螺旋升降機23，馬達10安裝在螺旋升降機23的一偵牝螺旋升降機23上部安裝有升降機連接座13，且升降機連接座的兩側(cè)分別裝有鉸鏈支撐12，鉸鏈支撐12與支撐箱體21固接，用于支撐螺旋升降機23，安裝完畢后，調(diào)心機構(gòu)整體位于支撐箱體21的內(nèi)部，開口側(cè)安裝一蓋板11，馬達10通過蓋板11的開孔處伸出；將輔助滑塊8安裝在支撐箱體21的凸臺上，且將輔助導(dǎo)軌9與輔助滑塊8組成移動副。
[0030]本發(fā)明的工作原理是:
[0031]滑枕3伸出，滑枕3的重心移動，產(chǎn)生彎矩，該彎矩經(jīng)過滑鞍I傳遞到主導(dǎo)軌4，然后經(jīng)主導(dǎo)軌4下的力傳感器6傳至立柱5上，使力傳感器6的測量值增大，將力傳感器6測量值輸入至控制系統(tǒng)中，經(jīng)過分析計算，輸出模擬控制量。將模擬控制量輸入馬達10的驅(qū)動器中，控制馬達10的轉(zhuǎn)矩大小。馬達10驅(qū)動螺旋升降機23將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，螺旋升降機23的絲杠伸出，推動杠桿臂22，杠桿臂22帶動扭轉(zhuǎn)軸16旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)軸16與滑鞍I連在一起，使得滑鞍I扭轉(zhuǎn)一個微小角度，從而使末端變形量減小。此時，支撐滑鞍I運動的主導(dǎo)軌4下方力傳感器6的壓力減小，當力傳感器6恢復(fù)到初始標定值時，控制系統(tǒng)向馬達10驅(qū)動器發(fā)送力矩保持指令，直到力傳感器6的測量值再次增大或減小。該補償轉(zhuǎn)矩由滑鞍I開始，經(jīng)扭轉(zhuǎn)軸16-杠桿臂22-螺旋升降機23-支撐箱體21-輔助導(dǎo)軌9，最終傳遞到立柱5上。
【權(quán)利要求】
1.一種滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:包括滑鞍(I)、滑枕(3)、立柱(5)、力傳感器(6)以及質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中立柱(5)上沿豎直方向開設(shè)有矩形通孔I，所述滑鞍(I)設(shè)置于立柱(5)的矩形通孔I內(nèi)、并與立柱(5)的前端和矩形通孔I的內(nèi)壁沿豎直方向滑動連接，所述滑鞍(I)上沿長度方向設(shè)有矩形通孔II，所述滑枕(3)插設(shè)于滑鞍(I)的矩形通孔II內(nèi)、并與滑鞍(I)沿水平方向滑動連接，所述滑鞍(I)在立柱(5)的矩形通孔I內(nèi)豎直方向運動，所述滑枕(3)在滑鞍(I)的矩形通孔II內(nèi)伸出或縮回；所述滑鞍(I)的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，滑鞍(I)與立柱(5)的前端滑動連接處設(shè)有力傳感器(6)，通過所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對滑枕(3)懸伸后的變形進行補償。
2.按權(quán)利要求書I所述的滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括支撐箱體(21)和設(shè)置于支撐箱體(21)內(nèi)的馬達(10)、鉸鏈支撐(12)、升降機連接座(13)、銷軸(14)、扭轉(zhuǎn)軸(16)、杠桿臂(22)、螺旋升降機(23)以及球形鉸鏈(24)，其中扭轉(zhuǎn)軸(16)安裝于滑鞍(I)的側(cè)壁上，支撐箱體(21)的一端與扭轉(zhuǎn)軸(16)轉(zhuǎn)動連接，杠桿臂(22)的圓柱端套裝在扭轉(zhuǎn)軸(16)上、并與扭轉(zhuǎn)軸(16)連接，杠桿臂(22)的另一端通過銷軸(14)與球形鉸鏈(24)相連，所述球形鉸鏈(24)上端連有螺旋升降機(23)，所述馬達(10)安裝在螺旋升降機(23)的一側(cè)，所述螺旋升降機(23)上部安裝有升降機連接座(13)，所述升降機連接座(13)的兩側(cè)分別安裝有用于支撐螺旋升降機(23)的鉸鏈支撐(12)，所述鉸鏈支撐(12)與支撐箱體(21)的兩側(cè)連接，所述支撐箱體(21)的一端與立柱(5)的矩形通孔I內(nèi)壁滑動連接。
3.按權(quán)利要求書2所述的滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述立柱(5)上的矩形通孔I與滑鞍(I)連接的相對兩側(cè)面沿豎直方向?qū)ΨQ設(shè)有輔助導(dǎo)軌(9)，所述支撐箱體 (21)上沿豎直方向設(shè)有凸臺，該凸臺上設(shè)有兩個輔助滑塊(8)，所述輔助滑塊(8)和輔助導(dǎo)軌(9)形成滑動副。
4.按權(quán)利要求2所述滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述支撐箱體(21)的一端兩側(cè)開設(shè)有軸承安裝座孔，所述扭轉(zhuǎn)軸(16)通過第一軸承(19)和第二軸承(20)分別在支撐箱體(21)兩側(cè)的軸承安裝座孔處轉(zhuǎn)動連接，杠桿臂(22)的圓柱端與第一軸承(19)和第二軸承(20)之間分別設(shè)有套筒(17)和擋圈(18)，所述擋圈(18)的外側(cè)設(shè)有軸承擋板(15)，支撐箱體(21)開口側(cè)安裝蓋板(11)。
5.按權(quán)利要求2所述滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述杠桿臂(22)與扭轉(zhuǎn)軸(16)花鍵連接。
6.按權(quán)利要求2所述滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述扭轉(zhuǎn)軸(16)通過螺釘(2)與滑鞍(I)的側(cè)面固接。
7.按權(quán)利要求書I所述的滑枕懸伸變形補償裝置，其特征在于:所述立柱(5)前端矩形通孔I的兩側(cè)分別安裝有主導(dǎo)軌(4)，所述滑鞍(I)的矩形端面的兩側(cè)分別設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)置有所述力傳感器(6)，所述力傳感器(6)上設(shè)有與主導(dǎo)軌(4)形成移動副的主滑塊⑵。
8.一種利用權(quán)利要求1-7任一項所述裝置進行滑枕懸伸變形補償方法，其特征在于:通過力傳感器(6)檢測滑枕(3)懸伸后產(chǎn)生的彎矩，所述力傳感器(6)將檢測到的數(shù)值輸入至控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)輸出指令給質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對滑枕(3)懸伸后的變形進行補償。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)中的馬達(10)接收到控制系統(tǒng)的指令、并驅(qū)動螺旋升降機(23)工作，所述螺旋升降機(23)推動杠桿臂(22)，杠桿臂(22)帶動扭轉(zhuǎn)軸(16)旋轉(zhuǎn)，所述扭轉(zhuǎn)軸(16)帶動滑鞍(I)扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對滑枕(3)懸伸后變形的補償 。
【文檔編號】B23Q17/00GK103878645SQ201210562935
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】武加鋒, 周維佳, 宛敏紅, 田遠征, 楊廣新, 駱海濤, 孫澍鋒 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所