数控机床切削力负载模拟器的显式力控制算法设计*

(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191)

可靠性试验是评价和提高数控机床可靠性的重要技术手段[1]。目前数控机床的可靠性试验主要有整机的现场可靠性试验和核心功能部件的实验室台架可靠性试验。但整机的现场可靠性试验低效、试验条件难以控制且工作环境艰苦。而对于功能部件的实验室台架可靠性试验则难以评估机床的整机可靠性[2]。所以现阶段需要一种对数控机床整机进行实验室台架可靠性试验的方案。目前研究中[3-5]，负载模拟器可实现对运动目标进行随动加载，但是跟随运动多为一维旋转运动，所施加载荷至多为二维载荷。由于数控机床在加工时的主轴进给运动多为平面或空间运动，所受切削力也为多维载荷，故仅采用现有负载模拟器研究无法实现对机床主轴的多维随动加载。因此，本课题以此设计了一种能够模拟数控机床实际切削过程中受力情况的3P-(4S)并联负载模拟器，可以模拟现场切削对数控机床动态施加三维力。此方案结合了整机现场试验和功能部件实验室台架试验的优点，使数控机床整机可靠性试验绿色、高效且试验条件可控，从而为机床可靠性试验提供一种新的、有效的试验设备与方案。

3P-(4S)并联机构结构紧凑、精度好、刚度大，可以提供三维高负载的输出，满足机床整机试验台可靠性试验的要求。3P-(4S)并联负载模拟器的研制难点在于力控制器的设计。目前已有学者对于正交六自由度并联液压加载系统使用传统PID，实现了多维恒力和变力的静力加载[6]。……