[發(fā)明專利]壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610210671.X
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105773311B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊兆軍;李曉旭;張新戈;許彬彬;何佳龍;劉國飛;李全;陳菲
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙)22103
• 代理人: 鞠傳龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)，特別涉及一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當前，數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，數(shù)控刀架作為機床的重要功能部件，它的可靠性直接影響著車床整體的可靠性水平。在實際切削工作中，刀具受到動態(tài)切削力，切削力間接作用在刀架的刀盤上，這一因素對刀架的可靠性和壽命有較大影響。目前刀架的實驗室臺架可靠性試驗方法有空載連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗和動態(tài)加載試驗，動態(tài)加載試驗的方法主要是利用加載裝置分別模擬切削力和扭矩，對刀桿進行動、靜態(tài)加載，分析不同載荷下刀架的可靠性和壽命。現(xiàn)有的可靠性試驗加載試驗中，采用加載裝置模擬實際工況下的切削力和扭矩，利用位移及壓力傳感器對加載情況進行監(jiān)測，試驗系統(tǒng)復雜，體積龐大，且加載精度和頻率受限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了滿足目前數(shù)控車床刀架可靠性試驗的需要而提供的一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)包括有工作臺、壓電疊堆、信號處理電路、功率放大器、數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架、刀架控制器、可編程控制器和工控機，其中壓電疊堆通過托架樞接在支架上，支架設(shè)在工作臺上，壓電疊堆的一端與信號處理電路相連接，壓電疊堆的另一端與功率放大器相連接，信號處理電路和功率放大器通過線路均與工控機相連接，壓電疊堆的下端設(shè)有加載球，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)在工作臺上，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對應(yīng)壓電疊堆的一側(cè)設(shè)有刀盤，刀盤的周圈上設(shè)有數(shù)根刀桿，數(shù)根刀桿在轉(zhuǎn)動過程中每根刀桿上端的刀頭均能與壓電疊堆下端的加載球相觸碰，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架通過管路連接有泵站，泵站通過線路與可編程控制器連接，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架還連接有刀架控制器，刀架控制器通過線路與可編程控制器連接，可編程控制器通過線路與工控機相連接，工控機控制壓電疊堆和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上刀盤的工作。

壓電疊堆設(shè)有四個，固定在托架內(nèi)，托架由上托板和下托板組成，上托板和下托板之間設(shè)有四個彈簧，四個彈簧的八個端部鉤環(huán)穿入八個螺栓螺桿的徑向圓形通孔，壓電疊堆下端的加載球固定在下托板上，托架樞接在支架上，支架為多自由度支架。

信號處理電路包括有四級處理電路，四個壓電疊堆通過屏蔽線與四級處理電路相連接，信號處理電路的第一級處理電路為電荷放大電路，用以放大壓電疊堆產(chǎn)生的感應(yīng)電荷，電荷放大電路采用高阻型運算放大器實現(xiàn)信號放大，運算放大器的反向輸入端和輸出端連接有可調(diào)電阻，信號處理電路的第二級處理電路為差分電路，用以抑制共模信號，信號處理電路的第三級處理電路為低通濾波電路，低通濾波電路的截止頻率能夠根據(jù)需要調(diào)整，用以濾除環(huán)境中的高頻干擾信號，信號處理電路的第四級處理電路為電壓放大電路，電壓放大電路的增益倍數(shù)能夠根據(jù)需要調(diào)整，信號處理電路與工控機的連接線路上設(shè)有A/D卡采集數(shù)據(jù)。

壓電疊堆通過導線組與功率放大器連接，功率放大器采用交流220V供電，功率放大器與工控機的連接線路上設(shè)有D/A卡轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

刀桿的頂端設(shè)有球面刀頭，球面刀頭的形狀與壓電疊堆的下端加載球的形狀相應(yīng)。

可編程控制器與泵站的連接線路上設(shè)有電磁換向閥，電磁換向閥的P口與T口分別和泵站的供油口與回油口管路連接，電磁換向閥的控制油口A口，控制油口B口分別和數(shù)控轉(zhuǎn)臺刀架上的鎖緊與松開油缸管路連接，刀架控制器的下行方向和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接，刀架控制器的上行方向與可編程控制器相連接。

本發(fā)明的工作原理：

首先根據(jù)需要模擬的切削情況，設(shè)置好加載力的大小和角度、振動頻率、加載波形、加載時間等各項參數(shù)，然后調(diào)整彈簧伸長量，消除機械間隙，對壓電疊堆施加一定預(yù)緊力，然后調(diào)整壓電疊堆，使加載球?qū)实降稐U的球面刀頭，調(diào)整完畢后鎖緊。開啟電源、泵站，工控機控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位、定位、夾緊，之后工控機激勵壓電疊堆動作，加載球向刀桿頂端的球面刀頭移動，加載信息基于壓電自感應(yīng)特性，經(jīng)信號處理電路處理后測得，加載結(jié)束后，加載球退回原位置，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的刀盤又可自由轉(zhuǎn)動。