郭 力

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710300

1 研究背景

隨著我國(guó)加工制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)步,對(duì)零件加工質(zhì)量的要求不斷提高。數(shù)控機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差作為反映主軸動(dòng)態(tài)性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo),對(duì)零件加工精度有著重要的影響。

對(duì)數(shù)控機(jī)床開展在線測(cè)試,實(shí)時(shí)采集主軸回轉(zhuǎn)誤差數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析研究有著重要的應(yīng)用價(jià)值。目前,對(duì)于數(shù)控機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)測(cè)試最為常用的是三點(diǎn)法誤差分離技術(shù),針對(duì)機(jī)床進(jìn)行基于三點(diǎn)法誤差分離技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)的搭建尤為重要。筆者具體就數(shù)控機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)試硬件系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行介紹。

2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)試硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。硬件部分通過傳感器與機(jī)床連接。三路電渦流傳感器通過測(cè)試支座安裝在被測(cè)主軸前端,對(duì)主軸的回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集。通過光電傳感器實(shí)時(shí)采集主軸旋轉(zhuǎn)的相位信號(hào),由光電傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過調(diào)制電路的放大和調(diào)制,由數(shù)據(jù)采集卡完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸出至上位機(jī),完成信號(hào)的采集過程。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 設(shè)備使用情況

(1) 數(shù)控機(jī)床。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件,選擇FTC-20型數(shù)控車床作為測(cè)試機(jī)床。數(shù)控機(jī)床如圖2所示。這一數(shù)控機(jī)床采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng),具有轉(zhuǎn)塔式刀架,支持多種表面的車削加工。

(2) 電渦流傳感器。選擇eddyNCDT-3010-S1-M1型電渦流傳感器,如圖3所示。這一傳感器是利用電渦流效應(yīng)原理進(jìn)行位移測(cè)量的非接觸式傳感器,主要包含傳感器探頭、控制調(diào)制模塊和連接線。

圖3 電渦流傳感器

綜合考慮機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速及主軸的徑向跳動(dòng)范圍,選擇eddyNCDT-3010-S1-M1型電渦流傳感器可以完全滿足測(cè)試要求。這一傳感器的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 電渦流傳感器技術(shù)參數(shù)

(3) 光電傳感器。為了實(shí)現(xiàn)鑒相功能,保證電渦流傳感器輸出信號(hào)的一致性,選擇E3X-DA21-S型光電傳感器作為鑒相傳感器使用,如圖4所示。這一傳感器使用光電元件進(jìn)行檢測(cè),借助在被測(cè)件上設(shè)置標(biāo)簽,使主軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)在標(biāo)簽處反射的光亮發(fā)生變化。E3X-DA21-S型光電傳感器可以根據(jù)不同轉(zhuǎn)速選擇不同的模式,輸出信號(hào)為矩形波?？梢詫⒉ㄐ紊颠^程中的變化處作為起始時(shí)間,從而保證傳感器能夠同時(shí)采樣,光源為波長(zhǎng)625 mm的紅色發(fā)光二極管,電源電壓為直流12～24 V。

圖4 光電傳感器

(4) 數(shù)據(jù)采集卡。采用NI USB-4432型數(shù)據(jù)采集卡,如圖5所示。這一數(shù)據(jù)采集卡提供五路信號(hào)采集通道,可以實(shí)現(xiàn)五路信號(hào)的同步采集。

圖5 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡最大采樣頻率為102.4 kHz,可以滿足四個(gè)模擬通道同步采樣,四個(gè)通道包含軟件可選的壓電集成電路信號(hào)調(diào)制功能。

4 靜態(tài)測(cè)試驗(yàn)證

數(shù)控機(jī)床通電后,在主軸不旋轉(zhuǎn)的情況下,可以測(cè)得主軸在靜態(tài)下的最大跳動(dòng)數(shù)據(jù),測(cè)試界面如圖6所示。靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖7所示,可以看出三個(gè)傳感器在靜態(tài)情況下的最大跳動(dòng)很小,表明三個(gè)傳感器性能都比較穩(wěn)定,滿足系統(tǒng)的測(cè)試要求。

圖6 測(cè)試界面

圖7 靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了數(shù)控機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)試硬件系統(tǒng),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件,選擇了相應(yīng)的硬件設(shè)備。硬件系統(tǒng)包含數(shù)控機(jī)床、傳感器、調(diào)制電路、數(shù)據(jù)采集卡、上位機(jī)等,滿足對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差在線精密測(cè)試的需求。通過整個(gè)在線測(cè)試硬件系統(tǒng)的連接及靜態(tài)測(cè)試,驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的有效性。