[发明专利]一种动态伺服力驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态伺服力驱动系统。可应用于数控机床主轴、导轨等功能部件可靠性试验中载荷谱的施加、工况模拟、静刚度测试等。还可以应用于需要大加载力、大行程的加载测试方面。

背景技术

 数控机床可靠性评定中，需要对主轴按照一定的载荷谱施加载荷。为了模拟机床实际运行状态，加载装置不仅需要在主轴上施加一定大小的力,还要能够模拟主轴和工作台间的相对运动。通常可以采用气缸或液压缸加载。但是前者需要气源；后者需要一套液压站，噪声大，易污染。中国专利（专利号201110075629.9）提出了一种可测力电动伺服加载装置，该装置通过伺服电机驱动滚珠丝杠，由滚珠丝杠推动加载头实现加载，弹簧的作用不是产生加载力而是起到预紧作用。

已有技术中利用压缩弹簧产生加载力的力驱动器或加载装置，压缩弹簧的一端相对机座固定不动，另一端在外力的推动下产生压缩形成弹力实现加载。在需要同时实现加载力和大行程移动的场合，受弹簧自身尺寸、强度等限制，弹簧本身产生的压缩量有限，不能满足大行程运动。而且已有的基于压缩弹簧产生加载力的力驱动器或加载装置多采用一个压缩弹簧，输出力大小有限。控制方法多采用比例积分微分（PID）控制，抗外界干扰能力差，动态输出力精度不高。

发明内容

为了解决PID控制抗外界干扰能力差，动态输出力精度不高的问题，本发明提供一种动态伺服力驱动系统，其基于压缩弹簧和伺服电机，具有行程大、输出力范围宽、可实现动态加载的特点。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明的动态伺服力驱动系统，其特点是，所述的驱动系统含有机械本体、力传感器、A/D转换器、控制器、伺服驱动器；所述的机械本体包括支座、伺服电机驱动组件、轴承组件、滚珠丝杠组件、压缩弹簧组件、导轨组件、加载头组件；其中，所述的伺服电机驱动组件含有伺服电机、导板、同步带、从同步带轮，轴承组件含有轴承端盖、轴承套筒、轴承座、轴承组，滚珠丝杠组件包含丝杠、丝杠螺母，压缩弹簧组件含有弹簧、导杆、前加载盘、后加载盘，导轨组件含有动导轨条、静导轨条，加载头组件含有过渡套筒、力传感器、加载头，轴承组包含三组推力角接触球轴承; 其连接关系是，所述的支座一端设置有电机安装板，支座的底面为平面，支座柱状圆筒内孔圆周上均布设置有用于固定静导轨条的三个矩形槽，支座柱状圆筒中轴线与支座底面平行；所述的丝杠设置在支座的中轴线上；电机安装板上设置有导板和导槽，导板与支座上的导向槽间隙配合，伺服电机固定连接在电机安装板上的导板上；所述圆环状的后加载盘中轴线上有一中心孔，后加载盘上沿中轴线圆周均匀设置有数个通孔，外圆周面均布设置三个矩形槽；所述的圆环状的前加载盘中轴线上有一中心孔，在前加载盘沿中轴线的圆周上设置有与后加载盘位置对应的通孔；伺服电机轴上的主同步带轮通过同步带驱动从同步带轮；所述的从同步带轮通过键与丝杠连接；轴承组的内圈与丝杠的轴端为过渡配合；轴承组的外圈与轴承套筒的内孔为间隙配合；轴承套筒的外圆与轴承座间隙配合，并通过螺钉与轴承座连接；所述的轴承座与支座的内圆面配合，通过螺钉与支座连接；所述的轴承端盖压紧在轴承组的内圈，通过螺钉与轴承套筒连接；所述的丝杠的上的丝杠螺母的外圆柱面与后加载盘的中心孔间隙配合；所述的后加载盘外圆周上的三个均匀设置的矩形槽上对应安装有三个动导轨条；所述的静导轨条嵌入在后加载盘的矩形槽内，所述的动导轨条与静导轨条之间安装有滚珠；所述的丝杠螺母通过螺钉与所述的压缩弹簧组件中的后加载盘连接；所述的后加载盘与前加载盘之间通过导杆连接；导杆的外围设置有弹簧；前加载盘与设置在滚珠丝杠外围的过渡套筒的一端连接；过渡套筒的另一端与力传感器一端连接；传感器另一端与加载头连接；所述的支座、丝杠、前加载盘、后加载盘、导杆为同轴设置；

所述的控制器通过A/D转换，接受力传感器的力信号，力信号通过与设定力的偏差在控制器内部计算得到控制信号；控制信号经伺服驱动器放大后驱动机械本体中的伺服电机旋转，伺服电机通过同步带驱动从皮带轮，从皮带轮带动滚珠丝杠旋转，进而通过丝杠螺母驱动压缩弹簧组件中的后加载盘，前加载盘和后加载盘之间发生相对运动压缩弹簧产生加载力。

所述的导杆一端通过内螺纹与前加载盘的通孔固定连结，贯穿于压缩弹簧，导杆另一端与后加载盘沿圆周均布的孔间隙配合，并通过螺母压紧在后加载盘上。

所述的轴承组能够替换为含有径向轴承和止推轴承组成的轴承组。

所述压缩弹簧组件与支座之间通过导轨组件形成运动副，运动副是滚动运动副或滑动运动副。

所述的伺服电机驱动组件和丝杠之间采用同步带传动或联轴器传动。