[發明專利]機床滾動功能部件精度保持性測量方法

有效

• 申請號: 201410081774.1
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103878640A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 舒啟林;鑫龍;王軍;張玉璞
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;G01M13/02
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

1.機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于：將被測的滾動功能部件安裝在機床滾動功能部件精度保持性測量裝置中，通過模擬裝置模擬機床實際工作狀態下的受力情況并實現機床按照預設要求恒定受力或者按照程序要求受力；并測試在此受力情況下機床滾動功能部件的精度保持性指標；?

所述機床實際工作狀態下的受力情況具體為下述幾種之一或其組合：沿某一坐標軸方向的受力、繞某一坐標軸方向的扭矩、某一載荷作用下的工作臺的傾覆力矩；

所述模擬裝置通過單一施力機構或者一個以上的施力機構的組合模擬機床的實際受力狀況并保證機床受力的綜合效果。

2.按照權利要求1所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于：

所述被測滾動功能部件中，絲杠、導軌均為水平或者豎直或者傾斜布置，通過施加力模擬機床受力的控制單元施力方案是下述幾種方案之一或其組合：方案一：第一坐標軸方向即垂直于被測絲杠所驅動的工作臺所在平面方向受力：使用2-4個施力部件聯合作用模擬機床的垂直于被測絲杠所驅動的工作臺的方向受力或/和沿該方向施加繞與該方向兩兩垂直的另兩個坐標方向作用的傾覆力矩；方案二：第二坐標軸方向受力：在安裝有被測的滾動功能部件的工作臺上的第二坐標軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標軸方向受力或者繞第一坐標軸作用的扭矩；其中每一組作用力由兩組施力部件構成且二者的施力方向為相對方向；?方案三：第三坐標軸方向即被測滾動功能部件軸線方向受力：使用伺服電機恒扭矩驅動或者變扭矩驅動模擬絲杠受力；

所述機床滾動功能部件精度保持性測量中所使用的驅動部件具體是以下幾種之一或其組合：伺服電機、氣動裝置、液壓施力裝置、恒轉矩電機、借助于電磁力工作的裝置、借助于摩擦力模擬刀具切削受力工作的裝置；模擬機床實際工作狀態下的受力情況的模擬裝置中，施力部件（7）具體的施力方式是：使用原動機通過聯軸器連接絲杠，并進而帶動由絲杠驅動的固定在螺母上的單軸滑臺沿絲杠軸向滑動，通過控制伺服電機的轉角對應換算得到精確的對外施力大小以便精確控制施力大小；

模擬機床實際工作狀態下的受力情況的模擬裝置為立式銑床加工受力模擬裝置，其使用下述7套或者9套施力機構的組合，具體要求是：其一：第一坐標軸方向：使用2個或者4個施力部件單一作用或者聯合作用于機床工作臺以模擬機床的第一坐標軸方向受力；其二：第二坐標軸方向：在安裝有絲杠、導軌的工作臺上的第二坐標軸方向施加成組的2組作用力共4組施力部件共同模擬機床工作臺的第二坐標軸方向受力或者繞第一坐標軸在第二坐標軸和第三坐標軸所組成的平面內作用的扭矩；每一組作用力由兩組施力部件構成且二者的施力方向為相對方向；其三：第三坐標軸方向：使用伺服電機恒扭矩驅動或者變扭矩驅動模擬絲杠受力。

3.按照權利要求2所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法，其特征在于：所述機床滾動功能部件精度保持性測量方法在雙水平導軌三坐標銑床中應用的具體要求是：首先以銑削平臺下方布置的共面的4個滾動直線導軌滑塊的中心點為原點建立直角坐標系，水平面為XOY平面；

然后在被測絲杠所驅動的工作臺所在平面方向使用2個施力部件分別施加作用力F₅、F₆聯合作用于銑削平臺以模擬機床的Z向受力或/和沿Z向施加繞X軸或者Y軸作用的傾覆力矩；同時，在第二坐標軸方向進行受力模擬：在安裝有絲杠、導軌的工作臺上的第二坐標軸方向施加成組的2組作用力以共同模擬機床工作臺的第二坐標軸方向受力或者繞第一坐標軸作用的扭矩；其中F₁、F₃以及F₂、F₄這兩組作用力中每一個作用力都由一個施力部件施加且同一組的二個作用力的施力方向為相對方向；如此，將銑刀銑削時在P（x,y）點產生的三個兩兩相互垂直的作用力即F_c、F_f、F_fN由上述的F₁、F₂、F₃、F₄、F₅、F₆六個作用力的組合進行等效模擬，；

建立直角坐標系XYZ，P（x,y）點是銑刀銑削時產生三個方向的力分別是F_c、F_f、F_fN，因刀具半徑所產生扭矩M及X、Y、Z方向的進給力F_x進、F_y進、F_z進,?我們可以認為，工作臺在加工過程中，X方向受力為F_x=F_c+F_x進，Y方向受力為F_y=F_f+F_y進，Z方向受力為F_z=F_fN+F_z進,?通過上述受力分析，我們只要可以在工作臺上移動的施加上X、Y、Z三個方向所需大小的力及扭矩M，就可以精確模擬真實切削時工作臺的受力等效力施加為F₁、F₂、F₃、F₄、F₅、F₆；

首先在X-Y平面內建立坐標系，X、Y方向的力為F_x、F_y作用效果應該與F₁、F₂、F₃、F₄所作用效果相同，其中F₁包括兩部分力，一部分是等效扭矩M所需的力F₁₁，另一部分是等效F_f、F_e對平臺中心所產生扭矩的力F₁₂；對應有下述數學模型：

把F₁分為兩部分力，???即??????????????????????????????????????????????????

????得????

根據Y方向上的力等效，得?????或?

算法一：

為了等效M而施加的力F₁₁和F₄，由于其對工作臺中心力臂不相等，就必然在工作臺中心產生一個扭矩，????得?；其中：a為Y向力對于刀具中心的力臂；x、y為切削點坐標；

①當x≥a，y≥0時?

????????????解得：?

?????????????????????

算法二：

當x≥a，y≥0時?

解得：??

????y＜0時?

解得：??

②當0≤x＜a，y≥0時?

????????????解得：????

?????????y＜0時?

解得：????

③當-a≤x＜0，y≥0時?

解得：????

y＜0時?

解得：????

④當x≤-a，y≥0時?

解得：????

y＜0時?

解得：????

綜上所述，無論x，y正負與否，結果都是同一公式：

即：?；???；??

同理，若銑刀向相反方向運動

即：?；????；

在Y-Z平面建立直角坐標系，銑削在Y、Z方向的力為F_e、F_fN作用效果應該與F₅、F₆所作用效果相同；根據力在Z方向的大小相等和各力對平臺中心點力矩的大小相等來計算出應施加的力與工作臺受力之間的關系；相關數學模型如下：

?

當y≥0時??

解得：?

當y＜0時??

解得：?

綜上所述，??；y有正負號；

模擬銑削加工過程中，銑削路徑是曲線運動，銑削過程進給方向沿任意方向；在平面360°內建立X-Y的直角坐標系，P為銑刀中心點，α是進給方向與X軸的夾角，0≤α＜90°；?為進給方向與X軸正向的夾角，-180°≤?≤180°；則有：

當0≤?＜90°時??α=????

???????

?????解得：

當90≤?≤180°時??-sinθ

??????????????????????????????cosθ

???????????????????????????????????

即

結果同①；

當-180≤?＜90°時?????sinθ

?????????????????????????????????cosθ

即

結果同①；

當-90≤?＜0°時????sinθ

????????????????????????cosθ

即

結果同①；

當為同一種進給方向在不同象限建立X-Y直角坐標系時，有：

②③④化簡后相同，因此同一進給角度在任何位置都是同一公式：

另外，還在第三坐標軸方向即被測絲杠軸線方向使用伺服電機恒扭矩驅動或者變扭矩驅動模擬絲杠受力；

在上述模擬受力環境下測量機床絲杠、導軌精度保持性。