[發(fā)明專利]一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的機床加載裝置及加載試驗方法

有效

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• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103308338A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王丹;樊銳;陳五一;劉歡
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的機床加載裝置，其特征在于：該裝置由機械加載平臺和加載控制系統(tǒng)兩大部分組成，該加載控制系統(tǒng)操控機械加載平臺；?

所述機械加載平臺設(shè)置于數(shù)控機床的工作臺上，包括并聯(lián)三直線力加載模塊和主軸力矩加載模塊；并聯(lián)三直線力加載模塊一端通過直線電機的直線導(dǎo)軌固定在數(shù)控機床的工作臺上，主軸力矩加載模塊通過扭矩電機的法蘭連接在并聯(lián)三直線力加載模塊的加載工作臺的中心位置；主軸力矩加載模塊的末端與數(shù)控機床的主軸連接，給數(shù)控機床主軸加載；該并聯(lián)三直線力加載模塊為由安裝基座、底部球鉸鏈、運動支鏈、頂部球鉸鏈和加載工作臺組成的P即4S并聯(lián)機構(gòu)，安裝基座一端固定在數(shù)控機床的工作臺上，另一端與底部球鉸鏈通過螺栓連接，運動支鏈的兩端通過球鉸分別連接底部球鉸鏈和頂部球鉸鏈，頂部球鉸鏈與加載工作臺通過螺栓連接；該安裝基座包括三組平行布置于數(shù)控機床的工作臺上的直線電機的直線導(dǎo)軌，數(shù)控機床的工作臺與直線電機的直線導(dǎo)軌之間通過螺栓連接，該直線電機的直線導(dǎo)軌上安裝有直線電機的動子，直線電機的動子與運動支鏈的下端通過底部球鉸鏈連接，該直線導(dǎo)軌是長方形結(jié)構(gòu)，上面加工有溝槽，以利于直線電機的動子的移動；該運動支鏈為并聯(lián)三直線力加載模塊的安裝基座和加載工作臺的連接裝置，其兩端與底部球鉸鏈和頂部球鉸鏈分別和直線電機的動子與加載工作臺通過螺栓連接，運動支鏈中間串聯(lián)安裝有拉壓力傳感器，該拉壓力傳感器為單軸力傳感器，該運動支鏈的形狀是柱形結(jié)構(gòu)，兩端加工有與底部球鉸鏈和頂部球鉸鏈連接的螺紋軸；該底部球鉸鏈和頂部球鉸鏈的結(jié)構(gòu)相同，采用的是圓形球窩與球頭的結(jié)構(gòu)形式；該加載工作臺為圓形結(jié)構(gòu)，其上沿周向方向分布有三組球鉸鏈安裝基座，每組球鉸鏈安裝基座中心連線的中點相連形成一等邊三角形，加載工作臺上端面固連有與數(shù)控機床主軸連接的主軸力矩加載模塊，它能實現(xiàn)沿X、Y、Z向的平移；該主軸力矩加載模塊包含有扭矩電機和與數(shù)控機床主軸相連的機械接口，該扭矩電機通過法蘭與加載工作臺的下端面通過螺釘連接，機械接口與加載工作臺的上端面中心位置通過螺栓連接；該與數(shù)控機床主軸相連的機械接口，包括：結(jié)構(gòu)框架、聯(lián)軸器、減速裝置、軸承和刀具夾持接口，減速裝置一端與聯(lián)軸器通過鍵連接，另一端與扭矩電機連接，減速裝置一端連接聯(lián)軸器，另一端通過軸承與刀具夾持接口連接，減速裝置安裝在結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，結(jié)構(gòu)框架通過螺釘安裝在加載工作臺上；該結(jié)構(gòu)框架為長方殼體結(jié)構(gòu)件；該刀具夾持接口是圓柱形件；?

所述的加載控制系統(tǒng)包括運動控制器、直線電機、驅(qū)動器、拉壓力傳感器和位移傳感器，運動控制器和驅(qū)動器安裝在控制柜中，直線電機本身具有位移傳感器，拉壓力傳感器安裝在運動支鏈中；該運動控制器包括工業(yè)控制計算機、運動控制卡及其附帶的控制軟件，運動控制器通過輸入的控制指令和反饋信號進(jìn)行計算，向各運動支鏈發(fā)送加載控制指令；該驅(qū)動器為與直線電機配套的驅(qū)動器，其功能是將運動控制器的控制信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動直線電機實施加載；該位移傳感器為直線電機自帶的光柵尺，用來測量直線電機的位移，并向運動控制器反饋信息。?

2.一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的機床加載試驗方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：?

步驟一：機械加載平臺的裝夾：將機械加載平臺固定在試驗機床的工作臺上，完成機械加載平臺與機床主軸的連接；?

步驟二：初始化機械加載平臺：由工業(yè)控制計算機發(fā)出初始化指令，初始化直線電機驅(qū)動器和加載控制系統(tǒng)，檢驗并確認(rèn)機械加載平臺的狀態(tài)；?

步驟三：實際加載：啟動機床，同時使機床主軸沿指定軌跡運動，在加載控制系統(tǒng)作用下，采集拉壓力傳感器反饋力信號與力指令載荷譜信號在運動控制器中進(jìn)行運算，得出力值?的偏差信號并輸出給伺服驅(qū)動器，保證機械加載平臺按照已有的載荷譜數(shù)據(jù)庫要求對被測機床進(jìn)行加載試驗，工業(yè)控制計算機中安裝有加載裝置狀態(tài)監(jiān)控程序，能夠在加載過程中對機構(gòu)當(dāng)前的運動狀態(tài)進(jìn)行檢測；加載過程為有限次的循環(huán)過程，具體的加載循環(huán)次數(shù)需要根據(jù)被測機床的性能指標(biāo)來確定。?

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的機床加載裝置，其特征在于：該三直線力加載模塊的數(shù)量是1套；該主軸力矩加載模塊的數(shù)量是1套。?

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的機床加載裝置，其特征在于：該安裝基座的數(shù)量是1套；該底部球鉸鏈的數(shù)量是6套；該運動支鏈的數(shù)量是6套；該頂部球鉸鏈的數(shù)量是6套；該加載工作臺的數(shù)量是6套。?