一种基于三自由度并联机构的机床加载装置及加载试验方法

摘要

一种基于三自由度并联机构的机床加载装置，它是由机械加载平台和加载控制系统组成，加载控制系统用于操控机械加载平台；机械加载平台的并联三直线力加载模块的安装基座固定在数控机床的工作台上，加载工作台与机械加载平台的主轴力矩加载模块连接；主轴力矩加载模块的末端通过与数控机床主轴相连的机械接口和数控机床主轴连接；一种基于三自由度并联机构的机床加载试验方法，它有三大步骤：步骤一：机械加载平台的装夹；步骤二：初始化机械加载平台；步骤三：实际加载。本发明可广泛应用于各种类型的立式数控机床三维力和主轴扭矩的加载试验，得到机床在模拟工作状况下的性能参数，为进一步改进数控机床的性能提供试验依据。

主权项

一种基于三自由度并联机构的机床加载装置，其特征在于：该装置由机械加载平台和加载控制系统两大部分组成，该加载控制系统操控机械加载平台； 所述机械加载平台设置于数控机床的工作台上，包括并联三直线力加载模块和主轴力矩加载模块；并联三直线力加载模块一端通过直线电机的直线导轨固定在数控机床的工作台上，主轴力矩加载模块通过扭矩电机的法兰连接在并联三直线力加载模块的加载工作台的中心位置；主轴力矩加载模块的末端与数控机床的主轴连接，给数控机床主轴加载；该并联三直线力加载模块为由安装基座、底部球铰链、运动支链、顶部球铰链和加载工作台组成的P即4S并联机构，安装基座一端固定在数控机床的工作台上，另一端与底部球铰链通过螺栓连接，运动支链的两端通过球铰分别连接底部球铰链和顶部球铰链，顶部球铰链与加载工作台通过螺栓连接；该安装基座包括三组平行布置于数控机床的工作台上的直线电机的直线导轨，数控机床的工作台与直线电机的直线导轨之间通过螺栓连接，该直线电机的直线导轨上安装有直线电机的动子，直线电机的动子与运动支链的下端通过底部球铰链连接，该直线导轨是长方形结构，上面加工有沟槽，以利于直线电机的动子的移动；该运动支链为并联三直线力加载模块的安装基座和加载工作台的连接装置，其两端与底部球铰链和顶部球铰链分别和直线电机的动子与加载工作台通过螺栓连接，运动支链中间串联安装有拉压力传感器，该拉压力传感器为单轴力传感器，该运动支链的形状是柱形结构，两端加工有与底部球铰链和顶部球铰链连接的螺纹轴；该底部球铰链和顶部球铰链的结构相同，采用的是圆形球窝与球头的结构形式；该加载工作台为圆形结构，其上沿周向方向分布有三组球铰链安装基座，每组球铰链安装基座中心连线的中点相连形成一等边三角形，加载工作台上端面固连有与数控机床主轴连接的主轴力矩加载模块，它能实现沿X、Y、Z向的平移；该主轴力矩加载模块包含有扭矩电机和与数控机床主轴相连的机械接口，该扭矩电机通过法兰与加载工作台的下端面通过螺钉连接，机械接口与加载工作台的上端面中心位置通过螺栓连接；该与数控机床主轴相连的机械接口，包括：结构框架、联轴器、减速装置、轴承和刀具夹持接口，减速装置一端与联轴器通过键连接，另一端与扭矩电机连接，减速装置一端连接联轴器，另一端通过轴承与刀具夹持接口连接，减速装置安装在结构框架内，结构框架通过螺钉安装在加载工作台上；该结构框架为长方壳体结构件；该刀具夹持接口是圆柱形件； 所述的加载控制系统包括运动控制器、直线电机、驱动器、拉压力传感器和位移传感器，运动控制器和驱动器安装在控制柜中，直线电机本身具有位移传感器，拉压力传感器安装在运动支链中；该运动控制器包括工业控制计算机、运动控制卡及其附带的控制软件，运动控制器通过输入的控制指令和反馈信号进行计算，向各运动支链发送加载控制指令；该驱动器为与直线电机配套的驱动器，其功能是将运动控制器的控制信号进行功率放大，驱动直线电机实施加载；该位移传感器为直线电机自带的光栅尺，用来测量直线电机的位移，并向运动控制器反馈信息。