專利名稱：一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置，具體是一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置。
背景技術(shù)：
高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備隸屬于國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)提出的七大新興產(chǎn)業(yè)之一高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的范疇。而數(shù)控轉(zhuǎn)臺是數(shù)控機床的核心功能部件，在銑齒、磨齒、鉆削、鏜削等一種模擬工況下數(shù)控轉(zhuǎn)臺的性能高低，將直接影響數(shù)控機床及其加工成品的精度。因而生產(chǎn)高精度，低成本，技術(shù)集成度高的數(shù)控轉(zhuǎn)臺是振興我國裝備制造業(yè)的重要前提。目前我國自主生產(chǎn)的轉(zhuǎn)臺在相同結(jié)構(gòu)剛度的前提下，產(chǎn)品較重、載荷較小，給小型化、機動性帶來了很大的困難，國外在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域始終處于嚴(yán)格保密的狀態(tài)。因此只能立足于自主研制，自主研制的目標(biāo)就是要在結(jié)構(gòu)和性能上做到質(zhì)量輕、剛度高、精度高。這使得生產(chǎn)一種測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺綜合性能的試驗臺顯得迫在眉睫，至關(guān)重要。對數(shù)控轉(zhuǎn)臺的自主產(chǎn)業(yè)化和為高檔數(shù)控機床配套提供支撐，具有重要意義。目前，國外的數(shù)控轉(zhuǎn)臺制造商包括我國臺灣的制造商，之所以能生產(chǎn)出精度高、性能優(yōu)越、壽命長、承載力大的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，是因為它們都配備了相關(guān)整套的高精密試驗系統(tǒng)。本發(fā)明與試驗臺配套的測試裝置可以實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺在模擬工況條件下物理參數(shù)的在線檢測和處理功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，旨在解決模擬工況下數(shù)控轉(zhuǎn)臺性能參數(shù)的檢測問題，即檢測試驗臺在多種測試項目包括溫升實驗、空載跑合實驗、動靜態(tài)組合實驗、動靜態(tài)組合超載實驗、疲勞實驗下的定位精度、重復(fù)定位精度、溫度、振動、噪聲、浮起量、轉(zhuǎn)臺臺面端跳、徑跳、轉(zhuǎn)臺臺面受靜載壓力、變形量、液壓油流量、動態(tài)加載力，從而對數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺的 綜合性能進(jìn)行出廠合格性判斷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于其包括:試驗臺平臺、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述試驗臺平臺是數(shù)據(jù)采集裝置的作用對象主要由數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體1、轉(zhuǎn)臺底座2和液壓缸組4 ;數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集卡31、信號變送箱30、激光干涉儀24、切削力測試系統(tǒng)25、千分表11、麥克風(fēng)5、加速度傳感器6、溫度傳感器7、激光位移傳感器8、壓力傳感器9、和流量傳感器10，其中信號變送箱30包括信號變送器、I/V板和接線端子，用于連接傳感器和數(shù)據(jù)采集卡31 ;麥克風(fēng)5、加速度傳感器6、溫度傳感器7、激光位移傳感器8、壓力傳感器9和流量傳感器10，分別均通過信號變送箱30連接數(shù)控轉(zhuǎn)臺機械本體I和數(shù)據(jù)采集卡31 ;數(shù)據(jù)處理裝置包括PC機，數(shù)據(jù)采集卡31與數(shù)據(jù)處理裝置的PC機連接。不止一個所述麥克風(fēng)5通過磁性表座3固定在轉(zhuǎn)臺底座2上使其與轉(zhuǎn)臺臺面保持一定的距離用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在模擬工況下由于振動引起的噪聲信號；不止一個所述加速度傳感器6設(shè)置在轉(zhuǎn)臺機械本體I的表面用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺模擬工況下的振動信號；不止一個所述溫度傳感器7設(shè)置在轉(zhuǎn)臺機械本體I的表面用于在用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下機械本體I的溫度，另一個溫度傳感器懸在空中遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺中心一米的位置用于測試實時的環(huán)境溫度；不止一個所述激光位移傳感器8通過磁性表座3固定在轉(zhuǎn)臺底座2上，采用非接觸測量的方式測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的浮起量；不止一個所述壓力傳感器9通過測量液壓缸組4的油腔壓力來顯示數(shù)控轉(zhuǎn)臺靜載工況下的承載能力大??；不止一個所述流量傳感器10安裝在液壓缸組4進(jìn)出口的油管上用于測量靜載工況下液壓油的流量。不止一個所述千分表11通過磁性表座(3)固定在轉(zhuǎn)臺底座2上使測頭接觸轉(zhuǎn)臺臺面用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下振動引起的端面跳動和徑向跳動。所述液壓缸組4包括軸向加載缸26、徑向加載缸27和周向加載缸28。所述激光干涉儀24用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度精度和重復(fù)定位精度，包括激光頭
12、電源裝置19、反射鏡14、環(huán)境補償傳感器15、16和環(huán)境補償單元17，激光頭12和干涉鏡13相對大地固定位置，反射鏡14和環(huán)境補償傳感器15、16安裝在轉(zhuǎn)臺機械本體I上，環(huán)境補償傳感器15、16與環(huán)境補償單元17連接，激光頭和環(huán)境補償單元17通過USB2.0接口與PC機18相連。所述切削力測試系統(tǒng)25用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的典型切削力，包括力傳感器(20)、電荷放大器21和其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置22，使用時待加工工件23放置在力傳感器(20)上面通過力傳感器采集典型切削工況下的切削力經(jīng)電荷放大器21處理進(jìn)入其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置22與PC機18之間通過USB2.0接口進(jìn)行連接。所述數(shù)據(jù)處理裝置還包括打印機32、鼠標(biāo)33和鍵盤34，打印機32、鼠標(biāo)33和鍵盤34通過USB2.0接口都與PC機18相連。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的測試裝置集成了多種測試儀器和設(shè)備在同一測試平臺之中能夠?qū)崿F(xiàn)模擬工況下影響轉(zhuǎn)臺性能的靜動態(tài)參數(shù)測試和處理。針對不同試驗要求，如型式試驗，出廠試驗?zāi)軌蜢`活選擇測試儀器和設(shè)備測試所需的參數(shù)。本發(fā)明的其他目的優(yōu)點可以在本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征之中進(jìn)一步了解。為了讓本發(fā)明之上述其他目的、特征和優(yōu)點更加明顯易懂，下文特給出具體實施過程和方式并配上具體圖式，做詳盡說明如下。


:圖1是本發(fā)明的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2a是本發(fā)明的傳感器安裝位置正視示意圖。圖2b是本發(fā)明的傳感器安裝位置俯視示意圖。圖3是本發(fā)明的激光干涉儀測量原理示意圖。圖4是本發(fā)明的切削力測試系統(tǒng)測量原理示意圖。具體實現(xiàn)方式:結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參考圖1，一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置由試驗臺平臺、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置組 成。其中試驗臺平臺是數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體I部分還包括轉(zhuǎn)臺底座和液壓缸，是數(shù)據(jù)采集裝置的作用對象。數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集卡31、信號變送箱30、激光干涉儀24、切削力測試系統(tǒng)25、千分表11、麥克風(fēng)5、加速度傳感器6、溫度傳感器7、激光位移傳感器8、壓力傳感器
9、和流量傳感器10。其中信號變送箱30包括信號變送器、I/V板和接線端子用于連接傳感器和數(shù)據(jù)采集卡31。調(diào)理轉(zhuǎn)化傳感器采集的信號并能夠使測試裝置布局更加整潔有序。麥克風(fēng)5、加速度傳感器6、溫度傳感器7、激光位移傳感器8、壓力傳感器9、和流量傳感器10，通過信號變送箱30連接數(shù)控轉(zhuǎn)臺機械本體I和數(shù)據(jù)采集卡31。參考圖2a、圖2b，多種傳感器和測試設(shè)備安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體I上用于實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的性能參數(shù)的測試。不止一個麥克風(fēng)5通過磁性表座3固定在轉(zhuǎn)臺底座2上使其與轉(zhuǎn)臺臺面保持一定的距離用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在模擬工況下由于振動引起的噪聲信號；不止一個加速度傳感器6在不破壞其靈敏性的前提下用502膠水粘貼在轉(zhuǎn)臺機械本體I的表面用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺模擬工況下的振動信號；不止一個溫度傳感器7在不破壞其靈敏性的前提下用502膠水粘貼在轉(zhuǎn)臺機械本體I的表面用于在用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下機械本體I的溫度，另一個溫度傳感器懸在空中遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺中心一米的位置用于測試實時的環(huán)境溫度；不止一·個激光位移傳感器8通過磁性表座3固定在轉(zhuǎn)臺底座2上，采用非接觸測量的方式測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的油膜浮起厚度；不止一個壓力傳感器9通過測量液壓缸組4的油腔壓力來顯示數(shù)控轉(zhuǎn)臺靜載工況下的承載能力大??；不止一個流量傳感器10安裝在液壓缸組4進(jìn)出口的油管上用于測量靜載工況下液壓油的流量。液壓缸組4包括軸向加載缸26、徑向加載缸27和周向加載缸28。參考圖2不止一個千分表11通過磁性表座固定在轉(zhuǎn)臺底座2上使測頭接觸轉(zhuǎn)臺臺面用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下振動引起的端面跳動和徑向跳動。這里選取帶數(shù)顯和遠(yuǎn)傳功能的千分表能夠?qū)崟r觀測測試結(jié)果并不受測試距離的限制。千分表連接數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體I通過相配套的適配器29和PC機18相連，其與PC機18之間通過RS232通信協(xié)議進(jìn)行連接。相配套的適配器29實現(xiàn)多個千分表11的地址分配和信號調(diào)理的作用。參考圖3是激光干涉儀測量原理示意圖。激光干涉儀用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度精度和重復(fù)定位精度，包括激光頭12、電源裝置19、反射鏡14、環(huán)境補償傳感器15、16和環(huán)境補償單元17。使用時電源裝置19為激光頭12提供24V直流電源，激光頭12和干涉鏡13相對大地固定位置，反射鏡14和環(huán)境補償傳感器15、16安裝在轉(zhuǎn)臺機械本體I上，環(huán)境補償傳感器15、16與環(huán)境補償單元17連接，激光頭和環(huán)境補償單元17通過USB2.0接口與PC機18相連。參考圖4切削力測試系統(tǒng)測量原理示意圖。切削力測試系統(tǒng)25測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的典型切削力，包括力傳感器(20)、電荷放大器21和其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置22。使用時待加工工件23放置在力傳感器(20)上面通過力傳感器采集典型切削工況下的切削力經(jīng)電荷放大器21處理進(jìn)入其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置22與PC機18之間通過USB2.0接口進(jìn)行連接。切削力測試系統(tǒng)25可采用Kistler公司生產(chǎn)的切削力測試系統(tǒng)25，其型號為9255B。數(shù)據(jù)處理裝置包括PC機18、打印機32、鼠標(biāo)33和鍵盤34。打印機32、鼠標(biāo)33和鍵盤34通過USB2.0接口都與PC機18相連。PC機18中裝有NI的測試軟件LabVIEW，啟動測試時先啟動測試程序包括數(shù)據(jù)采集程序和數(shù)據(jù)處理程序等。進(jìn)行試驗時根據(jù)型式試驗和出廠試驗的要求選擇需要采集的參數(shù)進(jìn)行測量并將采集到的數(shù)據(jù)保存在PC機18中做相應(yīng)的處理。 上文所述內(nèi)容是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的思路和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計思路前提下，本領(lǐng)域中相關(guān)工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書 中。
權(quán)利要求
1.一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于其包括:試驗臺平臺、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述試驗臺平臺是數(shù)據(jù)采集裝置的作用對象主要由數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體(I)、轉(zhuǎn)臺底座(2)和液壓缸組(4);激光位移傳感器數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集卡(31)、信號變送箱(30)、激光干涉儀(24)、切削力測試系統(tǒng)(25)、千分表(11)、麥克風(fēng)(5)、加速度傳感器(6)、溫度傳感器(7)、激光位移傳感器(8)、壓力傳感器(9)、和流量傳感器(10)，其中信號變送箱(30)包括信號變送器、I/V板和接線端子，用于連接傳感器和數(shù)據(jù)采集卡(31);麥克風(fēng)(5)、加速度傳感器(6)、溫度傳感器(7)、激光位移傳感器(8)、壓力傳感器(9 )和流量傳感器(10 )，分別均通過信號變送箱(30 )連接數(shù)控轉(zhuǎn)臺機械本體(I)和數(shù)據(jù)采集卡(31);數(shù)據(jù)處理裝置包括PC機，數(shù)據(jù)采集卡(31)與數(shù)據(jù)處理裝置的PC機連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:不止一個所述麥克風(fēng)(5)通過磁性表座(3)固定在轉(zhuǎn)臺底座(2)上使其與轉(zhuǎn)臺臺面保持一定的距離用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在模擬工況下由于振動引起的噪聲信號；不止一個所述加速度傳感器(6)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺機械本體(I)的表面用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺模擬工況下的振動信號；不止一個所述溫度傳感器(7)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺機械本體(I)的表面用于在用于測試數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下機械本體(I)的溫度，另一個溫度傳感器懸在空中遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺中心一米的位置用于測試實時的環(huán)境溫度；不止一個所述激光位移傳感器(8)通過磁性表座(3)固定在轉(zhuǎn)臺底座(2)上，采用非接觸測量的方式測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的浮起量；不止一個所述壓力傳感器(9)通過測量液壓缸組(4)的油腔壓力來顯示數(shù)控轉(zhuǎn)臺靜載工況下的承載能力大?。徊恢挂粋€所述流量傳感器(10)安裝在液壓缸組(4)進(jìn)出口的油管上用于測量靜載工況下液壓油的流量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:不止所述一個千分表(11)通過磁性表座固定在轉(zhuǎn)臺底座(2)上使測頭接觸轉(zhuǎn)臺臺面用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺在靜動態(tài)加載工況下振動引起的端面跳動和徑向跳動。
4.如權(quán)利要求1所述·的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:所述液壓缸組(4)包括軸向加載缸(26)、徑向加載缸(27)和周向加載缸(28)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:所述激光干涉儀(24)用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度精度和重復(fù)定位精度，包括激光頭(12)、電源裝置(19)、反射鏡(14)、環(huán)境補償傳感器(15、16)和環(huán)境補償單元(17)，激光頭(12)和干涉鏡(13)相對大地固定位置，反射鏡(14)和環(huán)境補償傳感器(15、16)安裝在轉(zhuǎn)臺機械本體(I)上，環(huán)境補償傳感器(15、16)與環(huán)境補償單元(17)連接，激光頭和環(huán)境補償單元(17)通過USB2.0接口與PC機(18)相連。
6.如權(quán)利要求1所述的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:所述切削力測試系統(tǒng)(25)用于測量數(shù)控轉(zhuǎn)臺的典型切削力，包括力傳感器(20)、電荷放大器(21)和其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置(22)，使用時待加工工件(23)放置在力傳感器(20)上面通過力傳感器采集典型切削工況下的切削力經(jīng)電荷放大器(21)處理進(jìn)入其相配套的數(shù)據(jù)采集裝置(22)與PC機(18)之間通過USB2.0接口進(jìn)行連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺測試裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理裝置還包括打印機(32)、鼠標(biāo)(33)和鍵盤(34)，打印機(32)、鼠標(biāo)(33)和鍵盤(34)通過USB2.0接口都與PC機(18)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬工況的數(shù)控轉(zhuǎn)臺試驗臺的測試裝置。該裝置包括試驗臺平臺、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置。所述試驗臺平臺是數(shù)據(jù)采集裝置的作用對象主要由數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械本體組成；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括激光干涉儀、切削力測試系統(tǒng)、千分表、麥克風(fēng)、加速度傳感器、溫度傳感器、激光位移傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；所述數(shù)據(jù)處理裝置包括PC機、打印機、鼠標(biāo)、鍵盤等。本發(fā)明的有益效果是集成了多種測試儀器和設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺靜動態(tài)性能參數(shù)的實時在線檢測和處理；針對不同試驗要求，如型式試驗，出廠試驗?zāi)軌蜢`活選擇測試儀器和設(shè)備測試所需的參數(shù)。
文檔編號G01M99/00GK103245520SQ20131014117
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者黃筱調(diào), 陳捷, 吳明明, 封楊, 楊春, 鈕滿志 申請人:南京工業(yè)大學(xué), 南京工大數(shù)控科技有限公司