CN105372091A - 刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法属于机械自适应调节领域，目的在于解决现有技术调节精度较低、操作复杂和费时费力的问题。本发明包括测量锥柄、自动机械检测装置和主轴底部进给单元；自动机械检测装置中的主动齿轮和从动齿轮整体设置在抓刀盘内，伺服电机A带动主动齿轮转动，定位调节杆通过调节螺钉与从动齿轮轴下端面连接，测量杆通过定位销与定位调节杆上部连接，定位销位于从动齿轮轴的轴线上，定位调节杆下部固定有力传感器，力传感器通过连接弹簧与测量杆下部连接；测量锥柄同轴安装在机械主轴上，自动机械检测装置的抓刀盘通过机械手夹持，刀库可靠性试验台的控制单元根据力传感器采集的信号控制主轴底部进给单元运动。

Description

刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法

技术领域

本发明属于机械自适应调节技术领域，具体涉及一种刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法。

背景技术

目前，国产数控机床在复合加工、速度和精度等方面取得了长足进步，但其可靠性与国际水平尚有较大差距，而关键功能部件的可靠性已成为衡量数控机床性能好坏的标准之一，因此，关键功能部件可靠性的研究已成为重中之重。吉林大学数控机床可靠性实验室依托强大的科研平台，根据长时间的现场可靠性试验研究得出，刀库机械手等关键功能部件故障率过高是影响加工中心可靠性的重要因素之一，因此研制了链式和盘式刀库机械手等多台关键功能部件可靠性试验台，经过长时间的可靠性试验发现，刀库机械手最常见的故障为掉刀和卡刀，而引起刀库机械手掉刀或卡刀的主要原因就是机械手手爪的轴线与主轴轴线出现偏差导致，这将很大程度上影响加工中心的可靠性水平，因此，为了提高刀库可靠性试验台的使用寿命，消除机械手与主轴不对中产生的附加力，扭矩和振动产生的影响，因此在刀库可靠性试验台进行试验过程中，调节械手与机械主轴的对中具有重要的实际意义。

现有技术中，用于调整刀库与主轴换刀位置的中心方法，主要是利用手动调节的方式，首先分别制造带圆柱孔的抓手盘和锥柄，再制造一个与圆柱孔相配合的检验棒，将装有抓手盘的机械手置于换刀位置，手动方式驱动主轴，使锥柄端面靠近抓刀卡盘端面，将检验量棒***抓手盘和锥柄孔中，检测其相互位置进行调整，直到检验棒***圆柱孔中，这种方法大部分依靠的是人的感知和经验，调节精度较低，不能确定调整量和调整方向，且操作复杂，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法，解决现有技术存在的调节精度较低、操作复杂和费时费力的问题。

为实现上述目的，本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置包括测量锥柄、自动机械检测装置和主轴底部进给单元；

所述自动机械检测装置包括抓刀盘、从动齿轮、主动齿轮、伺服电机A、调节螺钉、力传感器、连接弹簧、测量杆和定位调节杆；所述主动齿轮和从动齿轮啮合，整体设置在抓刀盘内部，通过所述伺服电机A带动主动齿轮转动，空心的从动齿轮轴在所述抓刀盘内部与角接触球轴承配合，所述从动齿轮轴与所述抓刀盘同轴，所述定位调节杆伸入到所述从动齿轮轴内部，所述定位调节杆通过调节螺钉与所述从动齿轮轴下端面连接，所述测量杆通过定位销与所述定位调节杆上部连接，所述定位销位于所述从动齿轮轴的轴线上，所述定位调节杆下部固定有力传感器，所述力传感器通过连接弹簧与所述测量杆下部连接；

所述主轴底部进给单元包括分别通过X方向伺服电机和Y方向伺服电机驱动的X方向工作台和Y方向工作台；

所述测量锥柄同轴安装在机械主轴上，所述自动机械检测装置的抓刀盘通过机械手夹持，刀库可靠性试验台的控制单元根据所述力传感器采集的信号控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机运动。

所述自动机械检测装置还包括上部端盖、下部端盖、电机支撑架、联轴器和数显表，所述上部端盖和下部端盖分别与抓刀盘上下端面固定连接，所述伺服电机A通过电机支撑架固定在所述下部端盖上，所述伺服电机A输出轴通过联轴器与主动齿轮轴连接；所述数显表与所述力传感器的ATmega16单片机信号采集装置连接。

所述测量锥柄为光滑的内锥孔结构。

所述力传感器通过连接弹簧与所述测量杆下部连接具体为：所述测量杆下部连接处开通孔，所述连接弹簧尾部穿过测量杆下部连接处的通孔，所述测量杆下部连接处通孔的侧面开螺纹孔，采用螺栓紧固。

所述控制单元包括上位工控机和下位可编程控制器PLC，所述下位可编程控制器PLC上行方向与上位工控机通讯；所述自适应调整装置还包括A/D信号转换模块、ATmega16单片机和主轴调节伺服控制器；所述力传感器采集的信号经A/D信号转换模块转化为数字信号，得到的数字信号经ATmega16单片机采集和数据处理后，经下位可编程控制器PLC传到上位工控机，所述上位工控机通过下位可编程控制器PLC将控制信号反馈给所述主轴调节伺服控制器，通过所述主轴调节伺服控制器控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机运动。

刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，包括以下步骤：

步骤一：将测量锥柄同轴固定在机械主轴上，机械手夹取自动机械检测装置的抓刀盘，机械手和自动机械检测装置同轴；

步骤二：上位工控机通过下位可编程控制器PLC控制机械手移动到预定的换刀位置，使自动机械检测装置的上部端盖和测量锥柄的下端面贴合，测量杆上端伸入到测量锥柄内部和测量锥柄内壁接触；

步骤三：建立测量杆和中心线之间的角度a与力传感器采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线；

步骤四：通过下位可编程控制器PLC控制自动机械检测装置的伺服电机A启动，力传感器采集的信号通过步骤三中获得的测量杆和中心线之间的角度a与力传感器采集信号的函数关系计算得到测量杆和中心线之间的角度a，并实时记录；

步骤五：根据步骤四中获得的测量杆和中心线之间的角度a绘制测量锥柄运动轨迹曲线；

步骤六：将步骤五中获得的测量锥柄运动轨迹曲线和步骤三中获得的满足对中情况下的轨迹曲线进行对比，得到两个闭合轨迹中心点投影位置之间的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ；

步骤七：对步骤六中得到的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ，确定机械主轴X轴和Y轴的偏移方向，再根据三角函数关系计算得到机械主轴在X方向的偏移值和Y方向的偏移值；

步骤八：上位工控机根据步骤七中获得的机械主轴在X方向和Y方向的调节值和调节方向控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机运动；

步骤九：重复步骤四到步骤八，直到自动机械检测装置和测量锥柄满足预先设定好的对中要求，完成调节。

步骤二中所述的测量杆上端伸入到测量锥柄内部和测量锥柄内壁接触具体为：通过松开测量杆下部连接处的调节螺栓，调节连接弹簧的拉力大小，使测量杆上端和测量锥柄内壁接触，再将测量杆下部连接处调节螺栓紧固。

所述测量锥柄包括光滑的内锥孔结构。

步骤三中所述的建立测量杆和中心线之间的角度a与力传感器采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线具体为：保证连接弹簧接入的长度不变，改变测量杆和中心线之间的角度a，分别取几组不同的角度值及其相应的力传感器采集的信号，将这几组数据通过matlab软件的三次样条插值方法进行拟合，建立测量杆和中心线之间的角度a与力传感器采集信号的函数关系，同时以测量杆固定端定位销位置为原点坐标，以主轴进给单元X，Y方向为基准，以测量杆竖直方向为Z方向，建立X，Y，Z方向三维直角坐标系，将测量杆的接触点转动到X轴正方向上，以此为起始点，记录起始点角度a，然后旋转测量杆，每旋转N度记录一次角度a，再通过Matlab软件计算此三维直角坐标系下相应角度值a接触点的坐标，最终根据360/N个坐标点模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线。

步骤七中所述的三角函数关系具体为：X＝|β*cos(γ-π)|，Y＝|β*sin(γ-π)|。

本发明的有益效果为：本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置及方法采用自动机械检测装置，可以通过正常的换刀控制，将机械手停留在主轴换刀位置，通过自动机械检测装置，详细采集主轴与机械手的位置精度偏差，并将机械手与主轴的位置偏差转换为数字信号，通过对机械手与主轴位置偏差的采集传感器的标定，可以得到位置精度偏差的精确数值，指导下一步的自适应调节，极大地提高了调节的精确性与实时性。

实现主轴位置的自动调节，通过数据的采集及反馈到下位可编程控制器PLC来指导调节进行，并能够在水平方向和竖直方向进行无约束的精确调节，最大程度减少调节耗费的时间，能够减少人工调节所带来的不便，提高试验进行效率。

检测部分主要通过力传感器对位置精度偏差进行实时检测，并通过后处理反馈到下位可编程控制器PLC实现对主轴单元的实时调节。

自动控制部分是集于上位机统一控制，能够同时实现位置精度偏差的检测与信号采集和主轴机械手位置的自动调节控制。

本发明通过检测装置的自动精确测量与反馈，能够到达自动调节对中，弥补了由于手动调节造成的精度误差，同时方便操作，有效地延长了刀库可靠性试验台的使用寿命，同时对于高档精密数控机床刀库的机械手与主轴位置精度检测及调节具有很好的应用价值。

本发明的自动机械检测装置可以作为测量装置单独应用于高档精密加工中心等数控机床的机械手与主轴位置精度的检测与调节中，其本身能由单片机控制采集数据，且通过单片机植入程序进行数据处理，能够在数显表上显示偏差精确数值及偏差角度来指导调整，同时可以串行连接存储数据，便于试验人员更好地分析数据和指导下一步调节工作，从而有效的减少由于机械手与主轴位置精度偏差对机床可靠性的影响。

附图说明

图1为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的结构示意图；

图2为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置中自动机械检测装置的轴侧投影图；

图3为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置中自动机械检测装置隐去抓刀盘的轴侧投影图；

图4为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置中自动机械检测装置的内部结构轴侧投影图；

图5为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置中自动机械检测装置的功能说明图；

图6为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的检测原理图。

图7为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的机械手与主轴换刀功能说明图；

图8为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的数据采集***流程图；

图9为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的数据采集结构原理图；

图10为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的下位可编程控制器PLC与ATmega16单片机通信连接方式图；

图11为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置伺服控制***流程图；

图12为本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法流程图；

其中：1、刀库支架，2、刀套，3、刀库，4、主轴打刀气缸，5、主轴支撑座，6、自动机械检测装置，7、机械手，8、Y方向伺服电机，9、Y方向工作台，10、X方向工作台，11、T形铁，12、工控机，13、上部端盖，14、抓刀盘，15、下部端盖，16、角接触球轴承，17、从动齿轮，18、主动齿轮，19、电机支撑架，20、联轴器，21、伺服电机A，22、定位销，23、调节螺钉，24、力传感器，25、连接弹簧，26、测量杆，27、测量锥柄，28、定位调节杆，29、刀柄，30、锁紧销，31、长销，32、机械主轴，33、锁紧弹簧，34、手爪，35、推销，36、机械手臂，37、卡紧弹簧，38、活动销，39、数显表，40、调节螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置包括测量锥柄27、自动机械检测装置6和主轴底部进给单元，所述的主轴底部进给单元和刀库支架1安装到T形铁11上，保证其水平度满足要求，同时主轴支撑座5安装在主轴底部进给单元上，保证主轴的垂直度满足要求；

参见附图2、附图3、附图4、附图5和附图6，所述自动机械检测装置6包括抓刀盘14、从动齿轮17、主动齿轮18、伺服电机A21、调节螺钉23、力传感器24、连接弹簧25、测量杆26和定位调节杆28；所述主动齿轮18和从动齿轮17啮合，整体设置在抓刀盘14内部，通过所述伺服电机A21带动主动齿轮18转动，空心的从动齿轮轴在所述抓刀盘(14)内部与角接触球轴承(16)配合，所述从动齿轮轴与所述抓刀盘14同轴，所述定位调节杆28伸入到所述从动齿轮轴内部，所述定位调节杆28通过调节螺钉23与所述从动齿轮轴下端面连接，所述测量杆26通过定位销22与所述定位调节杆28上部连接，所述定位销22位于所述从动齿轮轴的轴线上，所述定位调节杆28下部固定有力传感器24，所述力传感器24通过连接弹簧25与所述测量杆26下部连接；通过调节螺钉23带动定位调节杆28相对从动齿轮轴上下运动，定位调节杆28通过定位销22带动测量杆26上下运动，通过调节连接弹簧25保证测量杆26始终与精密测量锥柄27紧密接触。测量杆26在测量锥柄27上作圆周运动，若全自动换刀机械手7与机械主轴32的中心不对中，则测量杆26与接触点的角度大小发生变化。则测量杆26与测量锥柄27的接触头的接触力将会发生变化，接触力通过测量杆26与定位销22形成的杠杆传递给力传感器24上，通过采集力的信号拟合运动轨迹，计算轨迹中心点偏差值及中心点投影位置偏差角度，并显示在数显表39上；

所述主轴底部进给单元包括分别通过X方向伺服电机和Y方向伺服电机8驱动的X方向工作台10和Y方向工作台9；

所述测量锥柄27同轴安装在机械主轴32上，所述自动机械检测装置6的抓刀盘2通过机械手7夹持，刀库可靠性试验台的控制单元根据所述力传感器24采集的信号控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机8运动。

所述自动机械检测装置6还包括上部端盖13、下部端盖15、电机支撑架19、联轴器20和数显表39，所述上部端盖13和下部端盖15分别与抓刀盘14上下端面固定连接，所述伺服电机A21通过电机支撑架19固定在所述下部端盖15上，所述伺服电机A21输出轴通过联轴器20与主动齿轮轴连接；所述数显表39与所述力传感器24的单片机信号采集装置串行连接，实时显示力传感器24测量处理后结果。

所述测量锥柄27为光滑的内锥孔结构。

所述力传感器24通过连接弹簧25与所述测量杆26下部连接具体为：所述测量杆26下部连接处开通孔，所述连接弹簧25尾部穿过测量杆26下部连接处的通孔，所述测量杆26下部连接处通孔的侧面开螺纹孔，采用调节螺栓40紧固。

所述控制单元包括上位工控机12和下位可编程控制器PLC，所述下位可编程控制器PLC上行方向与上位工控机12通讯；所述自适应调整装置还包括A/D信号转换模块、ATmega16单片机和主轴调节伺服控制器；所述力传感器24采集的信号经A/D信号转换模块转化为数字信号，得到的数字信号经ATmega16单片机采集后，经下位可编程控制器PLC传到上位工控机12，所述上位工控机12通过下位可编程控制器PLC将控制信号反馈给所述主轴调节伺服控制器，通过所述主轴调节伺服控制器控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机8运动。

参见附图7，机械手7和刀库3换刀过程具体为：刀库3在伺服电机的驱动下运动选刀，刀库3数刀定位讯号在下位可编程控制器PLC的控制下使定位机构定位停止，到达目标刀位，此时倒刀电磁阀得电；倒刀气缸缩回，使刀套2倒刀，在位置信号的传输下控制机械手电机运转，到指定位置自动换刀机械手7确认扣刀，扣刀过程中，手爪34扣住刀套2中刀柄29和机械主轴32中刀柄29，推销35定位卡住刀柄29，长销31、锁紧销30与锁紧弹簧33为串联结构，此时长销31推动锁紧销30，锁紧销30在锁紧弹簧33作用下挤出空间，解放活动销38，活动销38与卡紧弹簧37为串联结构，然后在卡紧弹簧37的作用下活动销38可以自由伸缩，使手爪34贴合刀柄29，并在卡紧弹簧37作用下卡紧刀柄29，此时主轴打刀气缸4松刀电磁阀得电，主轴打刀气缸4松刀后，机械手7电机运转，刀柄29在自动换刀机械手7的作用下实现拔刀，并在锁紧销30的作用下锁紧刀柄29，机械手臂36旋转一圈后，到达指定位置，此时自动换刀机械手7实现插刀运动，从而实现换刀过程。

参见附图12，刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，包括以下步骤：

步骤一：将测量锥柄27同轴固定在机械主轴32上，机械手7夹取自动机械检测装置6的抓刀盘14，机械手7和自动机械检测装置6同轴；

步骤二：上位工控机12通过下位可编程控制器PLC控制机械手7移动到预定的换刀位置，使自动机械检测装置6的上部端盖13和测量锥柄27的下端面贴合，测量杆26上端伸入到测量锥柄27内部和测量锥柄27内壁接触；

步骤三：建立测量杆(26)和中心线之间的角度a与力传感器(24)采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线；

步骤四：通过下位可编程控制器PLC控制自动机械检测装置6的伺服电机A21启动，力传感器24采集的信号通过步骤三中获得的测量杆26和中心线之间的角度a与力传感器24采集信号的函数关系计算得到测量杆26和中心线之间的角度a，并实时记录；

步骤五：根据步骤四中获得的测量杆26和中心线之间的角度a绘制测量锥柄27运动轨迹曲线；

步骤六：将步骤五中获得的测量锥柄27运动轨迹曲线和步骤三中获得的满足对中情况下的轨迹曲线进行对比，得到两个闭合轨迹中心点投影位置之间的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ；

步骤七：对步骤六中得到的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ，确定机械主轴32X轴和Y轴的偏移方向，再根据三角函数关系X＝β*cos(γ-π)，Y＝β*sin(γ-π)计算得到机械主轴32在X方向的偏移值和Y方向的偏移值；

步骤八：上位工控机12根据步骤七中获得的机械主轴32在X方向和Y方向的调节值和调节方向控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机8运动；

步骤九：重复步骤四到步骤八，直到自动机械检测装置6和测量锥柄27满足预先设定好的对中要求，完成调节。

步骤二中所述的测量杆26上端伸入到测量锥柄27内部和测量锥柄27内壁接触具体为：通过松开测量杆26下部连接处的调节螺栓40，调节连接弹簧25的拉力大小，使测量杆26上端和测量锥柄27内壁接触，再将测量杆26下部连接处调节螺栓40紧固，实现测量杆26上端和测量锥柄27内壁接触。

所述测量锥柄27为光滑的内锥孔结构。

步骤三中所述的建立测量杆26和中心线之间的角度a与力传感器24采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线具体为：保证连接弹簧25接入的长度不变，改变测量杆26和中心线之间的角度a，分别取几组不同的角度值及其相应的力传感器24采集的信号，将这几组数据通过matlab软件的三次样条插值方法进行拟合，建立测量杆26和中心线之间的角度a与力传感器24采集信号的函数关系，同时以测量杆26固定端定位销22位置为原点坐标，以主轴进给单元X，Y方向为基准，以测量杆26竖直方向为Z方向，建立X，Y，Z方向的三维直角坐标系，将测量杆26的接触点转动到X轴正方向上，以此为起始点，记录起始点角度a，然后旋转测量杆26，每旋转N度记录一次角度a，再通过Matlab软件计算此三维坐标系下相应角度值a接触点的坐标，根据原理图，由于一端固定，杆长L不变，角度a已知，且旋转角度已知，在规定的坐标系下可以计算得到相应坐标值(L*sina*sinxN，L*sina*cosxN，Lcosa)，其中x为1≤x≤360/N范围内的整数，，最终根据360/N个坐标点模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线。

步骤七中所述的三角函数关系具体为：X＝|β*cos(γ-π)|，Y＝|β*sin(γ-π)|。

参见附图8，数据采集***为由力传感器24、A/D信号转换模块、ATmega16单片机组成的串行通信***，同时，通过数显表39能够显示偏差值，参见图10，所述上位工控机12控制下位可编程控制器PLC与ATmega16单片机进行串口通信，由9013三极管连接可编程控制器PLC与ATmega16单片机，利用下位可编程控制器PLC检测ATmega16单片机信号，同时控制ATmega16单片机数据的采集及数据存储。当单独使用自动机械检测装置6进行机械手7与机械主轴32对中偏差检测时，可以采用UC600型串口转SD卡存储电路实现与单片机的串口通信，并将数据存储于SD卡之中，实现大量数据的存储，便于后期的调整及数据整理，同时可以单独通过ATmega16单片机，将程序植入进行数据的后处理。

参见附图9，采用AD7705对信号进行采集，它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，与力传感器24直接相连，通过同步串行SPI接口，与ATmega16单片机的SPI接口直接相连，其引脚14,13与ATmega16单片机引脚6,7连接，以此来控制信号的输入和输出。

带有自适应对中调节装置的刀库可靠性试验台的伺服控制***具体为：

参见附图1，主轴底部进给单元由X方向伺服电机、Y方向工作台9和X方向工作台10组成。通过力传感器24反馈出X方向和Y方向力的变化，通过信号放大器，传递给主轴调节伺服控制器，主轴调节伺服控制器控制X方向伺服电机运动，使X方向工作台10和Y方向工作台9运动到指定位置。

参阅图11，自动控制部分包括上位工控机12、下位可编程控制器PLC、刀库3伺服控制器和主轴调节伺服控制器和检测装置数据采集模块。

所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机12通讯，下行方向与刀库伺服控制器和主轴调节伺服控制器连接，通过控制电磁换向阀来控制泵站的启停和给气压加载装置提供气源。

刀库3上的计数传感器和位置传感器采集到的信号通过信号放大器将目标刀套2的位置反馈给下位可编程控制器PLC和上位工控机12，控制刀套2的倒刀气缸和机械手7旋转电机的启停，以及加载气缸和夹紧气缸的运动，从而实现对刀库3换刀过程的实时控制。

所述的力传感器24通过自带ATmega16单片机进行信号采集，利用下位可编程控制器PLC检测ATmega16单片机信号，使ATmega16单片机与上位工控机12通讯，通过上位工控机12对信号的计算处理，将主轴与机械手7偏离的位置反馈给主轴调节伺服控制器，控制伺服电机运动，从而实现主轴对中位置的自适应调节。

参见附图5和附图6，所述的测量杆26由定位销22固定在定位调节杆28上，通过调节螺钉23上下调节定位调节杆28，由于测量锥柄27为光滑的内锥孔结构，可以调节力传感器24检测得到的信号在合理的阈值上。由于测量杆26与中心轴线角度a大小的变化与力传感器24检测得到的信号存在函数关系，通过采集得到的信号可以推算出角度a，在保证定位调节杆28固定，同时测量锥柄27的内锥孔结构锥度，尺寸已知，且在测量杆26与测量锥柄27实时接触的情况下，可以通过实时得到的角度a拟合得到测量杆26旋转一周接触点的运行轨迹。提前得到模拟对中情况下的运行轨迹，在对中情况下，其运动轨迹为圆形，在不对中情况下，其运动轨迹为椭圆形，计算不对中情况下运动轨迹中心点投影位置与对中情况下中心点投影位置的最大偏差值β，及不对中情况下运动轨迹中心点投影位置与对中情况下中心线的角度γ，再由三角函数关系，得到X方向，Y方向的调整值。

Claims (10)

1.刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置，其特征在于，包括测量锥柄(27)、自动机械检测装置(6)和主轴底部进给单元；

所述自动机械检测装置(6)包括抓刀盘(14)、从动齿轮(17)、主动齿轮(18)、伺服电机A(21)、调节螺钉(23)、力传感器(24)、连接弹簧(25)、测量杆(26)和定位调节杆(28)；所述主动齿轮(18)和从动齿轮(17)啮合，整体设置在抓刀盘(14)内部，通过所述伺服电机A(21)带动主动齿轮(18)转动，空心的从动齿轮轴在所述抓刀盘(14)内部与角接触球轴承(16)配合，所述从动齿轮轴与所述抓刀盘(14)同轴，所述定位调节杆(28)伸入到所述从动齿轮轴内部，所述定位调节杆(28)通过调节螺钉(23)与所述从动齿轮轴下端面连接，所述测量杆(26)通过定位销(22)与所述定位调节杆(28)上部连接，所述定位销(22)位于所述从动齿轮轴的轴线上，所述定位调节杆(28)下部固定有力传感器(24)，所述力传感器(24)通过连接弹簧(25)与所述测量杆(26)下部连接；

所述主轴底部进给单元包括分别通过X方向伺服电机和Y方向伺服电机(8)驱动的X方向工作台(10)和Y方向工作台(9)；

所述测量锥柄(27)同轴安装在机械主轴(32)上，所述自动机械检测装置(6)的抓刀盘(14)通过机械手(7)夹持，刀库可靠性试验台的控制单元根据所述力传感器(24)采集的信号控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机(8)运动。

2.根据权利要求1所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置，其特征在于，所述自动机械检测装置(6)还包括上部端盖(13)、下部端盖(15)、电机支撑架(19)、联轴器(20)和数显表(39)，所述上部端盖(13)和下部端盖(15)分别与抓刀盘(14)上下端面固定连接，所述伺服电机A(21)通过电机支撑架(19)固定在所述下部端盖(15)上，所述伺服电机A(21)输出轴通过联轴器(20)与主动齿轮轴连接；所述数显表(39)与所述力传感器(24)串行连接的ATmega16单片机信号采集装置输出端连接。

3.根据权利要求1所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置，其特征在于，所述测量锥柄(27)为光滑的内锥孔结构。

4.根据权利要求1所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置，其特征在于，所述力传感器(24)通过连接弹簧(25)与所述测量杆(26)下部连接具体为：所述测量杆(26)下部连接处开通孔，所述连接弹簧(25)尾部穿过测量杆(26)下部连接处的通孔，所述测量杆(26)下部连接处通孔的侧面开螺纹孔，采用调节螺栓(40)紧固。

5.根据权利要求1所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置，其特征在于，所述控制单元包括上位工控机(12)和下位可编程控制器PLC，所述下位可编程控制器PLC上行方向与上位工控机(12)通讯；所述自适应调整装置还包括A/D信号转换模块、ATmega16单片机和主轴调节伺服控制器；所述力传感器(24)采集的信号经A/D信号转换模块转化为数字信号，得到的数字信号经ATmega16单片机采集和数据处理后，经下位可编程控制器PLC传到上位工控机(12)，所述上位工控机(12)通过下位可编程控制器PLC将控制信号反馈给所述主轴调节伺服控制器，通过所述主轴调节伺服控制器控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机(8)运动。

6.根据权利要求1所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节装置的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将测量锥柄(27)同轴固定在机械主轴(32)上，机械手(7)夹取自动机械检测装置(6)的抓刀盘(14)，机械手(7)和自动机械检测装置(6)同轴；

步骤二：上位工控机(12)通过下位可编程控制器PLC控制机械手(7)移动到预定的换刀位置，使自动机械检测装置(6)的上部端盖(13)和测量锥柄(27)的下端面贴合，测量杆(26)上端伸入到测量锥柄(27)内部和测量锥柄(27)内壁接触；

步骤三：建立测量杆(26)和中心线之间的角度a与力传感器(24)采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线；

步骤四：通过下位可编程控制器PLC控制自动机械检测装置(6)的伺服电机A(21)启动，力传感器(24)采集的信号通过步骤三中获得的测量杆(26)和中心线之间的角度a与力传感器(24)采集信号的函数关系计算得到测量杆(26)和中心线之间的角度a，并实时记录；

步骤五：根据步骤四中获得的测量杆(26)和中心线之间的角度a绘制测量锥柄(27)运动轨迹曲线；

步骤六：将步骤五中获得的测量锥柄(27)运动轨迹曲线和步骤三中获得的满足对中情况下的轨迹曲线进行对比，得到两个闭合轨迹中心点投影位置之间的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ；

步骤七：对步骤六中得到的最大偏差值β和不对中情况下检测到的轨迹中心点投影位置相对于对中情况下闭合轨迹中心线的偏差角度γ，确定机械主轴(32)X轴和Y轴的偏移方向，再根据三角函数关系计算得到机械主轴(32)在X方向的偏移值和Y方向的偏移值；

步骤八：上位工控机(12)根据步骤七中获得的机械主轴(32)在X方向和Y方向的调节值和调节方向控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机(8)运动；

步骤九：重复步骤四到步骤八，直到自动机械检测装置(6)和测量锥柄(27)满足预先设定好的对中要求，完成调节。

7.根据权利要求6所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，其特征在于，步骤二中所述的测量杆(26)上端伸入到测量锥柄(27)内部和测量锥柄(27)内壁接触具体为：通过松开测量杆(26)下部连接处的紧固螺栓，调节连接弹簧(25)的拉力大小，使测量杆(26)上端和测量锥柄(27)内壁接触，再将测量杆(26)下部连接处调节螺栓(40)紧固。

8.根据权利要求6所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，其特征在于，所述测量锥柄(27)为光滑的内锥孔结构。

9.根据权利要求6所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，其特征在于，步骤三中所述的建立测量杆(26)和中心线之间的角度a与力传感器(24)采集信号的函数关系，模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线具体为：保证连接弹簧(25)接入的长度不变改变测量杆(26)和中心线之间的角度a，分别取几组不同的角度值及其相应的力传感器(24)采集的信号，将这几组数据通过matlab软件的三次样条插值方法进行拟合，建立测量杆(26)和中心线之间的角度a与力传感器(24)采集信号的函数关系，同时以测量杆(26)固定端定位销(22)位置为原点坐标，以主轴进给单元X，Y方向为基准，以测量杆(26)竖直方向为Z方向，建立X，Y，Z方向三维直角坐标系，将测量杆(26)的接触点转动到X轴正方向上，以此为起始点，记录起始点角度a，然后旋转测量杆(26)，每旋转N度记录一次角度a，再通过Matlab软件计算此三维直角坐标系下相应角度值a接触点的坐标，最终根据360/N个坐标点模拟生成满足对中情况下运动轨迹曲线。

10.根据权利要求6所述的刀库可靠性试验台换刀位置自适应对中调节方法，其特征在于，步骤七中所述的三角函数关系具体为：X＝|β*cos(γ-π)|，Y＝|β*sin(γ-π)|。