[發明專利]一種單自由度數控機床加載裝置及加載試驗方法

有效

• 申請號: 201310286483.1
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103344449A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 郭江真;王丹;樊銳;陳五一
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種單自由度數控機床加載裝置及加載試驗方法，屬于機床性能實驗技術領域，用于在數控機床可靠性試驗中沿X、Y、Z軸單向作用力和Z軸扭矩的加載試驗。

背景技術

數控機床是現代機械制造業的關鍵設備，當前中國數控機床消費量依據世界首位，但是國內市場上的高檔數控機床還主要依賴于進口。影響國產高檔數控機床競爭力的主要原因之一是產品質量，而國產機床最主要的質量問題之一是產品的可靠性。

在數控機床可靠性測試中，目前最常用的加載方式是單自由度加載，包括沿X、Y軸方向水平加載，沿Z軸方向豎直加載以及扭矩加載等方面。在單自由度加載過程中，需要加載裝置依照載荷譜對機床主軸施加連續變載荷，同時，為了更真實的模擬機床主軸在實際應用中的單自由度受力形式，加載裝置需要對機床主軸實現隨動加載，即在機床主軸運動過程中，加載裝置可以在跟隨主軸運動的同時向其施加載荷。綜上，目前需要一種具備往復連續運動，快速響應和隨動加載的加載裝置以滿足數控機床可靠性測試的加載要求。由于直線電機具有速度快、響應快和動態特性好等優點，故選用直線電機作為加載裝置中單自由度力加載的主要驅動部件。同時，由于力矩電機具有大扭矩、響應快和過載能力強等特點，故選用力矩電機作為加載裝置中力矩加載的主要驅動部件。

本發明提出一種單自由度數控機床加載裝置，采用直線電機和力矩電機進行驅動，對機床主軸進行單自由度力和力矩的隨動加載，即在跟隨機床主軸運動的同時，為其施加制定載荷，可以更加真實的模擬機床主軸在運行中收到的單自由度載荷，為準確評估數控機床可靠性提供行的加載手段。將直線電機和力矩電機應用于單自由度數控機床隨動加載試驗現在仍未有先例。

發明內容

1、目的；本發明的目的是提供一種單自由度數控機床加載裝置及加載試驗方法，該裝置無須進行真實材料切削，可按照給定載荷譜對機床進行單自由度加載，包括沿X、Y、Z軸單向作用力以及沿Z軸扭矩，以測試數控機床在模擬單自由度工作載荷狀況下連續工作的可靠性；該裝置為數控機床可靠性評估提供了新的綠色高效試驗手段，彌補現在機床可靠性測試中加載試驗手段的不足。

2、技術方案：

（一）本發明一種單自由度數控機床加載裝置，該裝置由隨動加載機構和控制系統兩大部分組成，其間關系是：隨動加載機構的機械部分通過與數控機床主軸的機械接口給機床主軸施加載荷，控制系統用于實現對隨動加載機構機械部分的運動控制和力伺服控制。

所述隨動加載機構包括X/Y軸水平加載模塊、Z軸豎直加載模塊以及扭矩加載模塊三部分。三種加載模塊可分別獨立使用，可根據加載試驗的種類，選用相應的加載模塊進行試驗。

（1）所述X/Y軸水平加載模塊包括：主軸加載芯軸、主軸裝卡組件、安裝支架、直線電機組件、拉壓力傳感器。其位置及連接關系是：直線電機組件中的永磁同步直線電機固定在機床工作臺上，直線電機運動平臺上連接安裝支架；主軸裝卡組件通過直線電機組件中的直線導軌與安裝支架連接，可以沿導軌方向相對運動；同時，主軸裝卡組件與安裝支架之間通過拉壓力傳感器進行連接；數控機床主軸通過主軸加載芯軸與主軸裝卡組件進行剛性連接。圖1為X/Y軸水平加載模塊結構示意圖

該主軸加載芯軸，是回轉體多臺階軸結構，數量為1件，用于實現機床主軸和X/Y軸水平加載模塊的剛性連接。主軸加載芯軸一端為圓柱面用于同X/Y軸水平加載模塊中主軸裝卡組件的連接，使其固定于該加載模塊中。另一端為莫氏錐度的錐面，與機床主軸中刀柄裝卡裝置配合連接，實現主軸加載芯軸和機床主軸的有效連接。該加載模塊配有不同錐度、不同連接方式的主軸加載芯軸，以用于不同機床的加載實驗。圖2為主軸加載芯軸的結構示意圖。