導軌磨損精度試驗臺控制系統的製作方法

2023-11-04 12:00:12

導軌磨損精度試驗臺控制系統的製作方法
【專利摘要】一種導軌磨損精度試驗臺控制系統，有上位機和與上位機通過串口進行通信的下位機，下位機的信號輸入端分別連接用於檢測導軌摩擦力的摩擦力傳感器、用於檢測導軌載荷量的載荷傳感器以及用於檢測導軌直線度的直線度傳感器的信號輸出端，下位機的信號輸出端分別連接用於驅動被測導軌運行的主電機工作的主電機驅動器，以及用於驅動直線度傳感器移動的副電機工作的副電機驅動器。主電機採用伺服電機。副電機採用步進電機。摩擦力傳感器是由拉壓力傳感器構成，載荷傳感器是由載荷測量傳感器構成，直線度傳感器是由數字千分表構成。本發明不僅能快速評定導軌副的摩擦磨損性能，而且能實時顯示由磨損帶來的直線度的衰減。
【專利說明】導軌磨損精度試驗臺控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種控制系統。特別是涉及一種導軌磨損精度試驗臺控制系統。
【背景技術】
[0002]精度保持性是高精度工具機的一項關鍵性能指標，導軌副作為高精度工具機進給系統的核心部件，決定了工具機的進給精度及其精度保持性能。滑動導軌副是工具機系統中常用的支撐和進給部件，摩擦磨損是影響滑動導軌副工作精度的最主要的因素。在實驗室條件下，利用導軌磨損精度試驗臺研究不同材料組成，不同工況參數以及不同潤滑條件下滑動導軌副的磨損性能以及由磨損產生的精度衰減規律，這對於研究滑動導軌副的精度保持性能具有重要意義。
[0003]為了方便地對該試驗臺進行準確的參數控制以及獲得高精度的實驗結果，其相應的控制系統是至關重要的。國內生產的類似的試驗機，其控制部分多靠電壓調整來實現，控制精度難達到要求，而且其數據處理能力差，系統誤差大。如何利用微機控制系統和總線傳輸方式來實現實時控制，如何自動高效採集和處理數據以及開發操作簡易的軟體界面，這是提升導軌磨損精度實驗水平的關鍵，這也是本發明力求解決的技術問題。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是，提供一種具有控制精度高、數據處理能力強和自動化水平高的導軌磨損精度試驗臺控制系統。
[0005]本發明所採用的技術方案是:一種導軌磨損精度試驗臺控制系統，包括有上位機和與上位機通過串口進行通信的下位機，所述的下位機的信號輸入端分別連接用於檢測導軌摩擦力的摩擦力傳感器、用於檢測導軌載荷量的載荷傳感器以及用於檢測導軌直線度的直線度傳感器的信號輸出端，所述的下位機的信號輸出端分別連接用於驅動被測導軌運行的主電機工作的主電機驅動器，以及用於驅動直線度傳感器移動的副電機工作的副電機驅動器。
[0006]所述的主電機採用伺服電機。
[0007]所述的副電機採用步進電機。
[0008]所述的摩擦力傳感器是由設置在導軌磨損精度試驗臺中的拉壓力傳感器構成，所述摩擦力傳感器將測量結果以模擬量的形式送至下位機。
[0009]所述的載荷傳感器是由設置在導軌磨損精度試驗臺的所述載荷施加模塊中的載荷測量傳感器構成，所述的載荷傳感器將測量結果以模擬量的形式送至下位機。
[0010]所述的直線度傳感器是由設置在導軌磨損精度試驗臺的直線度測量模塊中的數字千分表構成，所述的直線度傳感器將測量結果以數字量的形式送至下位機。
[0011]本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統，不僅能快速評定導軌副的摩擦磨損性能，而且能實時顯示由磨損帶來的直線度的衰減。具有如下的優點和積極效果:
[0012]1、控制精度高[0013]主電機採用伺服電機，以其高精度的速度伺服特性和較高的定位準確性，使得導軌磨損精度試驗臺系統具有調速範圍大、運行精度聞的特點。副電機米用步進電機，具有響應速度快、重複定位精度高的特點。
[0014]2、數據處理能力強
[0015]下位機接收摩擦力傳感器的模擬量信號、載荷傳感器的模擬量信號和直線度傳感器的數位訊號，並對信號進行必要的處理。
[0016]3、自動化水平高
[0017]上位機通過下位機最終實現對主、副電機的運動的控制，對試驗臺各個數據的採集，並對採集到的數據進行處理，這些工作均不需要測試員的參與即可完成，因此具有很高的自動化水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的結構示意圖；
[0019]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0020]圖3為本發明的滑塊樣件安裝板局部示意圖；
[0021]圖4為圖3的俯視圖；
[0022]圖5是本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統的構成框圖。
[0023]圖中:
[0024]1:伺服電機；2:電機安裝板；3:聯軸節；4:前支撐板；5:滾珠絲槓；6:導軌樣件安裝板；7:安裝底板；8:導軌樣件；9:滑塊樣件；10:後支撐板；11:滑塊樣件安裝板；12:拉壓力傳感器；13:載荷調整絲槓；14:載荷調整螺母；15:載荷加載彈簧；16:數字千分表；17:絲槓；18:步進電機；19:支撐導軌；20:安裝頂板；21:後止推板；22:載荷測量傳感器；23:載荷測量傳感器安裝板；24:前止推板；25:滾珠絲槓螺母；26:絲槓螺母頂板；101:上位機；102:下位機；103:摩擦力傳感器；104:載荷傳感器；405:直線度傳感器；106:主電機驅動器；107:王電機；108:副電機驅動器；109:副電機。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例和附圖對本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統做出詳細說明。
[0026]本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統是用於一種導軌磨損精度試驗臺上。所述的導軌磨損精度試驗臺如圖1?圖4所示，包括支撐框架、導軌副模擬模塊、載荷施加模塊、直線度測量模塊和摩擦力測量模塊。
[0027]所述支撐框架包括安裝底板7、前支撐板4、後支撐板10和安裝頂板20，所述前支撐板4和所述後支撐板10分別垂直固接在所述安裝底板7上，所述安裝頂板20固接在所述前支撐板4和所述後支撐板10的頂部，所述安裝頂板20與所述安裝底板7相互平行。
[0028]所述導軌副模擬模塊包括導軌樣件安裝板6、滑塊樣件安裝板11和第一螺旋傳動機構，所述第一螺旋傳動機構包括固定在所述滑塊樣件安裝板11內的滾珠絲槓螺母25和與其連接的滾珠絲槓5，所述滾珠絲槓5與導軌樣件8平行，並由所述前支撐板4和所述後支撐板10支撐，所述滾珠絲槓5由主電機驅動，所述主電機固定在所述安裝底板7上。所述導軌樣件安裝板6位於所述滑塊樣件安裝板11的下方，並固定在所述安裝底板7上。[0029]所述載荷施加模塊包括載荷加載彈簧15、載荷調整絲槓13、載荷調整螺母14、載荷測量傳感器22、載荷測量傳感器安裝板23、支撐導軌19、支撐導軌滑塊、前止推板24和後止推板21，所述載荷調整絲槓13垂直固定在所述滑塊樣件安裝板11的上方，所述載荷調整螺母14連接在所述載荷調整絲槓13上，所述載荷調整絲槓13的頂部設有與其同軸滑動連接的頂板，所述載荷測量傳感器22壓在所述頂板上，所述載荷測量傳感器22安裝在所述載荷測量傳感器安裝板23上，所述載荷測量傳感器安裝板23固定在所述支撐導軌滑塊上，所述支撐導軌滑塊與所述支撐導軌19滑動配合，所述支撐導軌19固定在所述安裝頂板20上，並與所述滾珠絲槓5平行，在所述頂板與所述載荷調整螺母14之間夾壓有所述載荷加載彈簧15，所述載荷加載彈簧15套裝在所述載荷調整絲槓13上，所述載荷測量傳感器22安裝板設有前止推板24和後止推板21，所述前止推板24和所述後止推板21分別與所述滑塊樣件安裝板11固接。
[0030]所述直線度測量模塊包括數字千分表16、副電機和第二螺旋傳動機構，所述第二螺旋傳動機構安裝在所述前止推板24上，所述數字千分表16與導軌樣件8垂直，並與所述第二螺旋傳動機構的絲槓螺母固接，所述第二螺旋傳動機構的絲槓17由所述副電機驅動。
[0031]所述摩擦力測量模塊由拉壓力傳感器12構成，所述拉壓力傳感器12的一端固定在所述滑塊樣件安裝板11上，另一端固定在所述滾珠絲槓螺母25上。
[0032]如圖5所示，本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統，包括有上位機101和與上位機101通過串口進行通信的由單片機構成的下位機102。在本實施例中，所述的上位機101採用計算機，所述的下位機102可以採用型號為STC5A60S2的單片機，或型號為STC12C5A60S2的單片機，或型號為PIC16F877的單片機，或型號為⑶RE8051的單片機。
[0033]所述的下位機102的信號輸入端分別連接用於檢測導軌摩擦力的摩擦力傳感器103、用於檢測導軌載荷量的載荷傳感器104以及用於檢測導軌直線度的直線度傳感器105的信號輸出端，所述的下位機102的信號輸出端分別連接用於驅動被測導軌運行的主電機107工作的主電機驅動器106，以及用於驅動直線度傳感器105移動的副電機109工作的副電機驅動器108。
[0034]在本實施例中，所述的主電機107採用伺服電機，所述的主電機驅動器106是該伺服電機配套自帶的。該伺服電機以其高精度的速度伺服特性和較高的定位準確性，使得導軌磨損精度試驗臺系統具有調速範圍大、運行精度高的特點。
[0035]在本實施例中，所述的副電機109採用步進電機，所述的副電機驅動器108是該步進電機配套自帶的。該步進電機具有響應速度快、重複定位精度高的特點。
[0036]所述的摩擦力傳感器103是由設置在導軌磨損精度試驗臺中的拉壓力傳感器構成。所述摩擦力傳感器103對試驗臺上的試驗樣件間的摩擦力進行實時測量，並將測量結果以模擬量的形式送至下位機102。
[0037]所述的載荷傳感器104是由設置在導軌磨損精度試驗臺的所述載荷施加模塊中的載荷測量傳感器構成。所述的載荷傳感器104對試驗臺試驗樣件間的載荷進行實時測量，並將測量結果以模擬量的形式送至下位機102。
[0038]所述的直線度傳感器105是由設置在導軌磨損精度試驗臺的直線度測量模塊中的數字千分表構成。所述的直線度傳感器105的動作由副電機驅動，實現與測量對象的接觸與分離，並將測量結果以數字量的形式送至下位機102。[0039]本發明的導軌磨損精度試驗臺控制系統的工作過程如下:
[0040]在導軌磨損精度試驗臺上安裝有導軌樣件和滑塊樣件並啟動導軌磨損精度試驗臺運行，下位機通過摩擦力傳感器、載荷傳感器和直線度傳感器獲得試驗臺的當前運行的相關參數，並將所獲得的試驗臺的當前運行的相關參數通過串口方式發送至上位機，上位機根據所接收到的當前運行的相關參數向下位機發出控制信號，所述的下位機通過串口方式接收上位機的控制信號，並根據上位機的控制信號分別通過調整主電機的控制參數，改變導軌樣件和滑塊樣件間的相對運動狀態，以及通過調整副電機的控制參數，控制直線度傳感器與導軌樣件接觸與否。所述上位機實時顯示測試臺當前運行參數。
【權利要求】
1.一種導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，包括有上位機(101)和與上位機(101)通過串口進行通信的下位機(102)，所述的下位機(102)的信號輸入端分別連接用於檢測導軌摩擦力的摩擦力傳感器(103)、用於檢測導軌載荷量的載荷傳感器(104)以及用於檢測導軌直線度的直線度傳感器(105)的信號輸出端，所述的下位機(102)的信號輸出端分別連接用於驅動被測導軌運行的主電機(107)工作的主電機驅動器(106)，以及用於驅動直線度傳感器(105)移動的副電機(109)工作的副電機驅動器(108)。
2.根據權利要求1所述的導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，所述的主電機(107)採用伺服電機。
3.根據權利要求1所述的導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，所述的副電機(109)採用步進電機。
4.根據權利要求1所述的導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，所述的摩擦力傳感器(103)是由設置在導軌磨損精度試驗臺中的拉壓力傳感器構成，所述摩擦力傳感器(103)將測量結果以模擬量的形式送至下位機(102)。
5.根據權利要求1所述的導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，所述的載荷傳感器(104)是由設置在導軌磨損精度試驗臺的所述載荷施加模塊中的載荷測量傳感器構成，所述的載荷傳感器(104)將測量結果以模擬量的形式送至下位機(102)。
6.根據權利要求1所述的導軌磨損精度試驗臺控制系統，其特徵在於，所述的直線度傳感器(105)是由設置在導軌磨損精度試驗臺的直線度測量模塊中的數字千分表構成，所述的直線度傳感器(105)將測量結果以數字量的形式送至下位機(102)。
【文檔編號】G01N3/56GK103884615SQ201410114202
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】譚雁清, 張連洪, 徐闖, 胡亞輝 申請人:天津大學