CN103884615A - 导轨磨损精度试验台控制系统 - Google Patents

Abstract

一种导轨磨损精度试验台控制系统，有上位机和与上位机通过串口进行通信的下位机，下位机的信号输入端分别连接用于检测导轨摩擦力的摩擦力传感器、用于检测导轨载荷量的载荷传感器以及用于检测导轨直线度的直线度传感器的信号输出端，下位机的信号输出端分别连接用于驱动被测导轨运行的主电机工作的主电机驱动器，以及用于驱动直线度传感器移动的副电机工作的副电机驱动器。主电机采用伺服电机。副电机采用步进电机。摩擦力传感器是由拉压力传感器构成，载荷传感器是由载荷测量传感器构成，直线度传感器是由数字千分表构成。本发明不仅能快速评定导轨副的摩擦磨损性能，而且能实时显示由磨损带来的直线度的衰减。

Description

导轨磨损精度试验台控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统。特别是涉及一种导轨磨损精度试验台控制系统。

背景技术

精度保持性是高精度机床的一项关键性能指标，导轨副作为高精度机床进给系统的核心部件，决定了机床的进给精度及其精度保持性能。滑动导轨副是机床系统中常用的支撑和进给部件，摩擦磨损是影响滑动导轨副工作精度的最主要的因素。在实验室条件下，利用导轨磨损精度试验台研究不同材料组成，不同工况参数以及不同润滑条件下滑动导轨副的磨损性能以及由磨损产生的精度衰减规律，这对于研究滑动导轨副的精度保持性能具有重要意义。

为了方便地对该试验台进行准确的参数控制以及获得高精度的实验结果，其相应的控制系统是至关重要的。国内生产的类似的试验机，其控制部分多靠电压调整来实现，控制精度难达到要求，而且其数据处理能力差，系统误差大。如何利用微机控制系统和总线传输方式来实现实时控制，如何自动高效采集和处理数据以及开发操作简易的软件界面，这是提升导轨磨损精度实验水平的关键，这也是本发明力求解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有控制精度高、数据处理能力强和自动化水平高的导轨磨损精度试验台控制系统。

本发明所采用的技术方案是：一种导轨磨损精度试验台控制系统，包括有上位机和与上位机通过串口进行通信的下位机，所述的下位机的信号输入端分别连接用于检测导轨摩擦力的摩擦力传感器、用于检测导轨载荷量的载荷传感器以及用于检测导轨直线度的直线度传感器的信号输出端，所述的下位机的信号输出端分别连接用于驱动被测导轨运行的主电机工作的主电机驱动器，以及用于驱动直线度传感器移动的副电机工作的副电机驱动器。

所述的主电机采用伺服电机。

所述的副电机采用步进电机。

所述的摩擦力传感器是由设置在导轨磨损精度试验台中的拉压力传感器构成，所述摩擦力传感器将测量结果以模拟量的形式送至下位机。

所述的载荷传感器是由设置在导轨磨损精度试验台的所述载荷施加模块中的载荷测量传感器构成，所述的载荷传感器将测量结果以模拟量的形式送至下位机。

所述的直线度传感器是由设置在导轨磨损精度试验台的直线度测量模块中的数字千分表构成，所述的直线度传感器将测量结果以数字量的形式送至下位机。

本发明的导轨磨损精度试验台控制系统，不仅能快速评定导轨副的摩擦磨损性能，而且能实时显示由磨损带来的直线度的衰减。具有如下的优点和积极效果：

1、控制精度高

主电机采用伺服电机，以其高精度的速度伺服特性和较高的定位准确性，使得导轨磨损精度试验台系统具有调速范围大、运行精度高的特点。副电机采用步进电机，具有响应速度快、重复定位精度高的特点。

2、数据处理能力强

下位机接收摩擦力传感器的模拟量信号、载荷传感器的模拟量信号和直线度传感器的数字信号，并对信号进行必要的处理。

3、自动化水平高

上位机通过下位机最终实现对主、副电机的运动的控制，对试验台各个数据的采集，并对采集到的数据进行处理，这些工作均不需要测试员的参与即可完成，因此具有很高的自动化水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明的滑块样件安装板局部示意图；

图4为图3的俯视图；

图5是本发明的导轨磨损精度试验台控制系统的构成框图。

图中：

1：伺服电机；2：电机安装板；3：联轴节；4：前支撑板；5：滚珠丝杠；6：导轨样件安装板；7：安装底板；8：导轨样件；9：滑块样件；10：后支撑板；11：滑块样件安装板；12：拉压力传感器；13：载荷调整丝杠；14：载荷调整螺母；15：载荷加载弹簧；16：数字千分表；17：丝杠；18：步进电机；19：支撑导轨；20：安装顶板；21：后止推板；22：载荷测量传感器；23：载荷测量传感器安装板；24：前止推板；25：滚珠丝杠螺母；26：丝杠螺母顶板；101：上位机；102：下位机；103：摩擦力传感器；104：载荷传感器；405：直线度传感器；106：主电机驱动器；107：主电机；108：副电机驱动器；109：副电机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的导轨磨损精度试验台控制系统做出详细说明。

本发明的导轨磨损精度试验台控制系统是用于一种导轨磨损精度试验台上。所述的导轨磨损精度试验台如图1～图4所示，包括支撑框架、导轨副模拟模块、载荷施加模块、直线度测量模块和摩擦力测量模块。

所述支撑框架包括安装底板7、前支撑板4、后支撑板10和安装顶板20，所述前支撑板4和所述后支撑板10分别垂直固接在所述安装底板7上，所述安装顶板20固接在所述前支撑板4和所述后支撑板10的顶部，所述安装顶板20与所述安装底板7相互平行。

所述导轨副模拟模块包括导轨样件安装板6、滑块样件安装板11和第一螺旋传动机构，所述第一螺旋传动机构包括固定在所述滑块样件安装板11内的滚珠丝杠螺母25和与其连接的滚珠丝杠5，所述滚珠丝杠5与导轨样件8平行，并由所述前支撑板4和所述后支撑板10支撑，所述滚珠丝杠5由主电机驱动，所述主电机固定在所述安装底板7上。所述导轨样件安装板6位于所述滑块样件安装板11的下方，并固定在所述安装底板7上。

所述载荷施加模块包括载荷加载弹簧15、载荷调整丝杠13、载荷调整螺母14、载荷测量传感器22、载荷测量传感器安装板23、支撑导轨19、支撑导轨滑块、前止推板24和后止推板21，所述载荷调整丝杠13垂直固定在所述滑块样件安装板11的上方，所述载荷调整螺母14连接在所述载荷调整丝杠13上，所述载荷调整丝杠13的顶部设有与其同轴滑动连接的顶板，所述载荷测量传感器22压在所述顶板上，所述载荷测量传感器22安装在所述载荷测量传感器安装板23上，所述载荷测量传感器安装板23固定在所述支撑导轨滑块上，所述支撑导轨滑块与所述支撑导轨19滑动配合，所述支撑导轨19固定在所述安装顶板20上，并与所述滚珠丝杠5平行，在所述顶板与所述载荷调整螺母14之间夹压有所述载荷加载弹簧15，所述载荷加载弹簧15套装在所述载荷调整丝杠13上，所述载荷测量传感器22安装板设有前止推板24和后止推板21，所述前止推板24和所述后止推板21分别与所述滑块样件安装板11固接。

所述直线度测量模块包括数字千分表16、副电机和第二螺旋传动机构，所述第二螺旋传动机构安装在所述前止推板24上，所述数字千分表16与导轨样件8垂直，并与所述第二螺旋传动机构的丝杠螺母固接，所述第二螺旋传动机构的丝杠17由所述副电机驱动。

所述摩擦力测量模块由拉压力传感器12构成，所述拉压力传感器12的一端固定在所述滑块样件安装板11上，另一端固定在所述滚珠丝杠螺母25上。

如图5所示，本发明的导轨磨损精度试验台控制系统，包括有上位机101和与上位机101通过串口进行通信的由单片机构成的下位机102。在本实施例中，所述的上位机101采用计算机，所述的下位机102可以采用型号为STC5A60S2的单片机，或型号为STC12C5A60S2的单片机，或型号为PIC16F877的单片机，或型号为CORE8051的单片机。

所述的下位机102的信号输入端分别连接用于检测导轨摩擦力的摩擦力传感器103、用于检测导轨载荷量的载荷传感器104以及用于检测导轨直线度的直线度传感器105的信号输出端，所述的下位机102的信号输出端分别连接用于驱动被测导轨运行的主电机107工作的主电机驱动器106，以及用于驱动直线度传感器105移动的副电机109工作的副电机驱动器108。

在本实施例中，所述的主电机107采用伺服电机，所述的主电机驱动器106是该伺服电机配套自带的。该伺服电机以其高精度的速度伺服特性和较高的定位准确性，使得导轨磨损精度试验台系统具有调速范围大、运行精度高的特点。

在本实施例中，所述的副电机109采用步进电机，所述的副电机驱动器108是该步进电机配套自带的。该步进电机具有响应速度快、重复定位精度高的特点。

所述的摩擦力传感器103是由设置在导轨磨损精度试验台中的拉压力传感器构成。所述摩擦力传感器103对试验台上的试验样件间的摩擦力进行实时测量，并将测量结果以模拟量的形式送至下位机102。

所述的载荷传感器104是由设置在导轨磨损精度试验台的所述载荷施加模块中的载荷测量传感器构成。所述的载荷传感器104对试验台试验样件间的载荷进行实时测量，并将测量结果以模拟量的形式送至下位机102。

所述的直线度传感器105是由设置在导轨磨损精度试验台的直线度测量模块中的数字千分表构成。所述的直线度传感器105的动作由副电机驱动，实现与测量对象的接触与分离，并将测量结果以数字量的形式送至下位机102。

本发明的导轨磨损精度试验台控制系统的工作过程如下：

在导轨磨损精度试验台上安装有导轨样件和滑块样件并启动导轨磨损精度试验台运行，下位机通过摩擦力传感器、载荷传感器和直线度传感器获得试验台的当前运行的相关参数，并将所获得的试验台的当前运行的相关参数通过串口方式发送至上位机，上位机根据所接收到的当前运行的相关参数向下位机发出控制信号，所述的下位机通过串口方式接收上位机的控制信号，并根据上位机的控制信号分别通过调整主电机的控制参数，改变导轨样件和滑块样件间的相对运动状态，以及通过调整副电机的控制参数，控制直线度传感器与导轨样件接触与否。所述上位机实时显示测试台当前运行参数。

Claims (6)

1.一种导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，包括有上位机（101）和与上位机（101）通过串口进行通信的下位机（102），所述的下位机（102）的信号输入端分别连接用于检测导轨摩擦力的摩擦力传感器（103）、用于检测导轨载荷量的载荷传感器（104）以及用于检测导轨直线度的直线度传感器（105）的信号输出端，所述的下位机（102）的信号输出端分别连接用于驱动被测导轨运行的主电机（107）工作的主电机驱动器（106），以及用于驱动直线度传感器（105）移动的副电机（109）工作的副电机驱动器（108）。

2.根据权利要求1所述的导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，所述的主电机（107）采用伺服电机。

3.根据权利要求1所述的导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，所述的副电机（109）采用步进电机。

4.根据权利要求1所述的导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，所述的摩擦力传感器（103）是由设置在导轨磨损精度试验台中的拉压力传感器构成，所述摩擦力传感器（103）将测量结果以模拟量的形式送至下位机（102）。

5.根据权利要求1所述的导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，所述的载荷传感器（104）是由设置在导轨磨损精度试验台的所述载荷施加模块中的载荷测量传感器构成，所述的载荷传感器（104）将测量结果以模拟量的形式送至下位机（102）。

6.根据权利要求1所述的导轨磨损精度试验台控制系统，其特征在于，所述的直线度传感器（105）是由设置在导轨磨损精度试验台的直线度测量模块中的数字千分表构成，所述的直线度传感器（105）将测量结果以数字量的形式送至下位机（102）。

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