[发明专利]测量刀架分度运动动态特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于刀架分度运动动态特性测量领域，特别涉及一种以编码器为传感元件的刀架分度运动动态特性测量方法和装置。

背景技术

近年来，随着装备制造业整体技术水平不断提高，对数控车床及车铣复合加工中心的关键功能部件——刀架的性能要求也越来越高。高速性是刀架未来发展的主要方向，但高速化的同时其定位精度、振动和扭动等性能指标也会受到不同程度地影响，这些性能参数直接关系到刀架的产品质量。目前，刀架分度运动动态特性测试方法的缺失及不完善严重制约了数控车床及车铣复合加工中心行业的发展，因此分析和研究刀架综合测试技术是十分必要的。

在实际加工过程中，刀架的分度运动动态特性对整个加工过程都有很大的影响。较高的换刀速度可有效减少换刀时间，进而提高加工效率；换刀结束时的刀盘定位精度直接影响加工工件的尺寸精度及位置精度，如果定位不精确，不仅增加废品率，还需要花额外的时间进行位置调整，增加了换刀的时间，进而影响加工效率；每个刀盘上安装有多把刀具，这些刀具的重量一般是不相同的，因此，在高速运转的情况下就有可能产生偏心力矩，进而导致刀架在运转过程中发生振动，严重时甚至导致刀架无法正常工作。换刀过程中由于多种因素的影响刀盘会发生颤动；换刀结束时由于定位不精确，刀盘可能没到达或超过了理想的位置，导致刀盘在锁紧的时候发生向前或者向后窜动，也就是所谓的扭动；颤动和扭动都会严重影响刀盘的寿命以及刀架换刀的重复精度，因此换刀过程加减速的平稳性也是一个很重要的运动特性。综上所述，刀架分度运动动态特性主要包括：换刀速度、换刀定位精度、平稳的换刀过程(颤动、扭动)等。目前，数控机床上常用的刀架定位机构是两片式齿盘和三片式齿盘结构，其中，两片式齿盘机构在换刀的时候，由刀架内部的驱动装置驱动，刀架上的齿盘机构的动作为松开、脱齿，然后刀盘进行轴向运动，这种换刀时的轴向运动也就是工程中所谓的抬刀。和两片式齿盘系统不同，三片式齿盘在换刀的时候没有轴向的运动。

邓乐等人在《液压仿形刀架动态特性分析》中通过理论分析的手段对液压仿形刀架进行了稳定性分析，利用同样的分析方法进行了伺服阀输入位移和负载力扰动的特性分析；汪世益等人在《活塞车床仿形刀架动态特性研究》中对凸变椭圆活塞型面加工仿形刀架动态特性记行了研究，找到了工作频率与刀架固有频率之间的关系，以及仿形系统频率特性与工作频率、动态误差之间的关系。但上述该领域技术文献均没有涉及刀架分度运动动态特性的测量。

精确的检测手段及完善的试验平台是进一步研究产品性能和保证产品质量的前提，而目前，国内外刀架的实验只能进行换刀速度、定位精度等的检测，上述检测指标对刀架整体动态特性的影响仅仅通过经验主观判定。尚未有能在刀架工作过程中动态检测刀架分度运动动态特性的测量装置的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有测量刀架分度运动动态特性技术不足的问题，设计一种以编码器7为传感元件，计数卡14接收编码器转化后的数据，并将数据发送到工控机15。工控机15将编码器测得的数据绘制成曲线图，对曲线图进行分析即可得出刀架分度运动动态特性的检测装置，解决刀架分度运动动态特性难以测量的难题。

本发明采用的技术方案是：采用编码器7、通用PC计数卡14和工控机15测量，由编码器7获取刀架换刀过程中刀盘每一时刻的角速度值，并将角速度值转化为电信号，由计数卡14发送到工控机15，工控机15通过测量软件将这些数据绘制成刀盘的角速度变化曲线，工控机15依据这些信号计算出刀盘在工作过程中每一时刻的角速度，通过分析角速度变化得出刀盘的颤动及扭动情况。而刀架的分度精度可以直观地从编码器7测得的角位移变化量中得到；

方法的具体步骤如下：

(1)测量装置在实验平台的安装

先将带有驱动装置、变速装置的刀架箱体11安装到实验平台上，在刀盘10上装上转轴9，再将编码器7的内圈装在转轴9上，把磁力表座1装在刀架箱体11上，将竖杆13装在磁力表座1上，横杆12夹持在竖杆13上，在磁力表座1的横杆12上装上L形支架板5，把装好的编码器7的外圈和L形支架板5用螺钉6通过弓形弹簧片8固定在一起，使编码器7的外圈不能随刀盘10转动，调节磁力表座1的横杆12在竖杆13上的高度以及和刀盘10表面的夹角，使之与刀盘10表面垂直，把计数卡14和编码器7相连，最后把工控机15和计数卡14连接起来，把打印机16连接在工控机15上。

(2)测试软件的设定

设定测试软件的分辨率，分辨率是指计数卡读取两个数据之间间隔的时间，间隔的时间短，测量精度就高，间隔时间长，精度就低。

(3)测量