基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法，它包括：受试工作平台、模拟加载工作平台、模拟加载部分；模拟加载工作平台上方依次设有扇形滑槽板、梯形支撑座；所述的模拟加载部分包括：导轨架、滑块、连杆、底部液压缸、液压缸底座、液压缸、拉压力传感器、弹性联轴器、压电陶瓷和加载杆；所述的液压缸底座的上方与导轨架上方轴接，下方与连杆上方轴接，连杆的下方与滑块轴接，导轨架上设有与滑块相匹配的导轨；导轨架和底部液压缸固定在梯形支撑座前表面；底部液压缸2‑14的液压杆支撑滑块；解决了数控机床进给系统的可靠性试验装置不能够模拟不同方向的动、静态切削力的加载问题。

【技术实现步骤摘要】
基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法
本专利技术涉及一种应用于数控机床可靠性试验
，更确切地说是一种针对数控机床进给系统采用液压和压电陶瓷实现动、静态切削力模拟加载的数控机床进给系统可靠性试验台，并进行可靠性试验的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法。
技术介绍
随着新技术和先进制造技术等诸多领域的广泛应用和在智能制造的大背景下，数控机床在智能化和多轴加工等诸多方面实现了快速发展，在高效率、高精度的方向上取得了重大突破。但随着数控机床的普及和广泛应用，机床的故障增多，原有性能不能长时间维持的现象越来越凸显，可靠性问题已成为限制企业生产的一大难题。国产数控机床由于其故障频发、寿命较短等明显的可靠性问题，已经严重限制了国产数控机床在国内的广泛应用，极大阻碍了国产数控机床行业的长足发展。数控机床关键功能部件的可靠性决定了整机的可靠性，而数控机床关键功能部件的可靠性来源于可靠性试验。因此，进行对数控机床关键功能部件的可靠性试验对提高数控机床整机的可靠性具有重要意义。由于我国数控机床关键功能部件的可靠性试验起步较晚，针对进给系统，目前仅有一些功能简单的可靠性试验装置，但这些装置只能模拟单一工况或静态载荷，这就使得这种方法不具有普遍性。同时，现有技术不能模拟加载不同方向的动态力的情况，忽略了由于动态力振动引起故障的因素，使得其可靠性装置不能真实的模拟实际工况；相应的也没有相对比较完整的数控机床进给系统可靠性试验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决数控机床进给系统的可靠性试验装置不能够模拟不同方向的动、静态切削力的加载问题。而提供基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法。基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，它包括：受试工作平台1-6、模拟加载工作平台3-6、模拟加载部分；受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6相对设置，它们的下方分别设有滑枕、导轨、丝杠结构和伺服电机，滑枕固定在地平铁0-1上，伺服电机通过驱动丝杠结构，带动受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6直线运动；滑枕上均设有光栅尺；所述的受试工作平台1-6上设有模拟工件；所述的模拟加载工作平台3-6上方依次设有扇形滑槽板3-8、梯形支撑座3-7；所述的模拟加载工作平台3-6上表面设有竖向滑槽，和模拟加载工作平台3-6运动方向相互垂直，和扇形滑槽板3-8凸起条板，与竖向滑槽相匹配；滑槽内设有T形螺栓；所述的扇形滑槽板3-8上表面设有弧形滑槽，梯形支撑座3-7下表面设有与之匹配的滑槽凸起，其尾部与扇形滑槽板3-8轴接；弧形滑槽内设有T形螺栓；所述的模拟加载部分包括：导轨架2-12、滑块2-11、连杆2-13、底部液压缸2-14、液压缸底座2-4、液压缸2-2、拉压力传感器2-8、弹性联轴器2-10、压电陶瓷2-7和加载杆2-3；所述的液压缸底座2-4的上方与导轨架2-12上方轴接，下方与连杆2-13上方轴接，连杆2-13的下方与滑块2-11轴接，导轨架2-12上设有与滑块2-11相匹配的导轨；导轨架2-12和底部液压缸2-14固定在梯形支撑座3-7前表面；底部液压缸2-14的液压杆支撑滑块2-11；液压缸2-2固定在液压缸底座2-4上，液压缸2-2的液压杆2-9、拉压力传感器2-8、弹性联轴器2-10、压电陶瓷2-7和加载杆2-3依次连接；所述的模拟工件为球形工件2-1，它包括：半球形顶部、配重块、和固定板；所述的液压缸底座2-4后端设有轴承座2-6，在轴承座2-6内安装关节轴承2-5；所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，还设有自动控制部分，它包括：上位工控机、下位可编程控制器PLC、采集卡和下位液压控制系统；拉压力传感器2-8，通过信号放大器和采集卡将所加载的位移数值和推压力数值反馈给上位工控机；下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服电机Ⅰ1-2的电机驱动器、伺服电机Ⅱ3-1的电机驱动器以及电磁换向阀连接，伺服电机Ⅱ3-1的电机驱动器的输出端和伺服电机Ⅰ1-2的电机驱动器的电源接口与编码器接口电线连接；所述的上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定目标工位后，与下位可编程控制器PLC通过RS232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC通过两个电磁换向阀，控制电流实现液压缸2-2和底部液压缸2-14的进给；上位工控机通过VB编程控制压电陶瓷驱动器，从而控制压电陶瓷。本专利技术的另一个目的是提供基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的试验方法基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的试验方法，它包括：S1：确定模拟加载工况S1.1：确定惯性载荷依据可靠性试验需要模拟的惯性载荷，确定球形工件2-1的安装数量和安装位置，并将球形工件2-1固定在受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6上；S1.2：确定进给速度将可靠性试验需要模拟的进给系统的进给速度参数输入到软件中，软件控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1同步或异步反向转动。在试验过程中，依据可靠性试验需要模拟的进给系统，软件控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1的进给速度不断发生变化，满足在变进给速度的情况下进行试验的条件。S1.3：确定动静态切削力01（*）依据可靠性试验需要模拟加载工况的要求，确定动静态切削力加载的角度、动静态切削力的大小和频率；依据动静态切削力加载的角度手动调整扇形滑槽板3-8、梯形支撑座3-7的位置，并通过T型螺栓紧固；通过PLC调整调整2号电磁换向阀2-21，控制底部液压缸2-14，使得滑块2-11达到预定位置。动静态切削力的大小分为动静态切削力的均值和动静态切削力的幅值。动静态切削力加载大小的均值通过PLC调整调整1号电磁换向阀2-20，控制液压缸2-2使载荷达到要求值；动静态切削力加载大小的幅值通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，进而控制压电陶瓷2-7，从而实现动静态切削力加载大小的幅值加载。动静态切削力加载频率同样通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，从而实现切削力加载频率的改变。S2：开始试验。通过上位工控机控制模拟加载调整部分的伺服电机Ⅱ3-1，使得加载杆2-3接触到球形工件2-1半球形顶部的球形表面。同时开动受试数控机床进给系统及支撑部分中的伺服电机Ⅰ1-2和模拟加载调整部分中的伺服电机Ⅱ3-1，让受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6和模拟加载调整部分的模拟加载工作平台3-6在不同进给速度的条件下同步进给。S3：在可靠性试验过程中，对受试数控机床进给系统的性能参数进行监测；在试验过程中，通过液压杆2-9前端安装拉压力传感器2-8实时监测模拟加载的静动态力的大小；通过1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5实时监测受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6的位置以及进给速度和加速度。S4：工控机软件中实时显示可靠性试验数据，可靠性试验数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，它包括：受试工作平台（1-6）、模拟加载工作平台（3-6）、模拟加载部分；/n受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）相对设置，它们的下方分别设有滑枕、导轨、丝杠结构和伺服电机，滑枕固定在地平铁（0-1）上，伺服电机通过驱动丝杠结构，带动受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）直线运动；滑枕上均设有光栅尺；/n所述的受试工作平台（1-6）上设有模拟工件；/n所述的模拟加载工作平台（3-6）上方依次设有扇形滑槽板（3-8）、梯形支撑座（3-7）；/n所述的模拟加载工作平台（3-6）上表面设有竖向滑槽，和模拟加载工作平台（3-6）运动方向相互垂直，和扇形滑槽板（3-8）凸起条板，与竖向滑槽相匹配；滑槽内设有T形螺栓；/n所述的扇形滑槽板（3-8）上表面设有弧形滑槽，梯形支撑座（3-7）下表面设有与之匹配的滑槽凸起，其尾部与扇形滑槽板（3-8）轴接；弧形滑槽内设有T形螺栓；/n所述的模拟加载部分包括：导轨架（2-12）、滑块（2-11）、连杆（2-13）、底部液压缸（2-14）、液压缸底座（2-4）、液压缸（2-2）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）；/n所述的液压缸底座（2-4）的上方与导轨架（2-12）上方轴接，下方与连杆（2-13）上方轴接，连杆（2-13）的下方与滑块（2-11）轴接，导轨架（2-12）上设有与滑块（2-11）相匹配的导轨；/n导轨架（2-12）和底部液压缸（2-14）固定在梯形支撑座（3-7）前表面；底部液压缸（2-14）的液压杆支撑滑块（2-11）；/n液压缸（2-2）固定在液压缸底座（2-4）上，液压缸（2-2）的液压杆（2-9）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）依次连接。/n...

【技术特征摘要】
1.基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，它包括：受试工作平台（1-6）、模拟加载工作平台（3-6）、模拟加载部分；
受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）相对设置，它们的下方分别设有滑枕、导轨、丝杠结构和伺服电机，滑枕固定在地平铁（0-1）上，伺服电机通过驱动丝杠结构，带动受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）直线运动；滑枕上均设有光栅尺；
所述的受试工作平台（1-6）上设有模拟工件；
所述的模拟加载工作平台（3-6）上方依次设有扇形滑槽板（3-8）、梯形支撑座（3-7）；
所述的模拟加载工作平台（3-6）上表面设有竖向滑槽，和模拟加载工作平台（3-6）运动方向相互垂直，和扇形滑槽板（3-8）凸起条板，与竖向滑槽相匹配；滑槽内设有T形螺栓；
所述的扇形滑槽板（3-8）上表面设有弧形滑槽，梯形支撑座（3-7）下表面设有与之匹配的滑槽凸起，其尾部与扇形滑槽板（3-8）轴接；弧形滑槽内设有T形螺栓；
所述的模拟加载部分包括：导轨架（2-12）、滑块（2-11）、连杆（2-13）、底部液压缸（2-14）、液压缸底座（2-4）、液压缸（2-2）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）；
所述的液压缸底座（2-4）的上方与导轨架（2-12）上方轴接，下方与连杆（2-13）上方轴接，连杆（2-13）的下方与滑块（2-11）轴接，导轨架（2-12）上设有与滑块（2-11）相匹配的导轨；
导轨架（2-12）和底部液压缸（2-14）固定在梯形支撑座（3-7）前表面；底部液压缸（2-14）的液压杆支撑滑块（2-11）；
液压缸（2-2）固定在液压缸底座（2-4）上，液压缸（2-2）的液压杆（2-9）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）依次连接。


2.根据权利要求1所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的模拟工件为球形工件（2-1），它包括：半球形顶部、配重块和固定板。


3.根据权利要求2所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的液压缸底座（2-4）后端设有轴承座（2-6），在轴承座（2-6）内安装关节轴承(2-5)。


4.根据权利要求1、2或3所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，还设有自动控制部分，它包括：上位工控机、下位可编程控制器PLC、采集卡和下位液压控制系统；
拉压力传感器（2-8），通过信号放大器和采集卡将所加载的位移数值和推压力数值反馈给上位工控机；
下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服电机Ⅰ（1-2）的电机驱动器、伺服电机Ⅱ（3-1）的电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳龙，王子康，刘严，杨兆军，李国发，王继利，何禹志，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22