本發(fā)明涉及機(jī)床模擬加載裝置，主要涉及一種模擬刀具切削力和作用位置的加載實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

機(jī)床是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，代表了制造業(yè)的發(fā)展水平，絲杠的磨損及其它失效形式將影響機(jī)床精度及其穩(wěn)定性，由于以前高速硬切削和大功率切削以及難加工的新型材料很少出現(xiàn)在生產(chǎn)加工中，并且沒(méi)有專門的研究方法，所以較小的切削力對(duì)機(jī)床的影響不予考慮。近年來(lái)，隨著機(jī)床加工精度的提高和難加工材料的發(fā)展，不同加工方式產(chǎn)生的不同切削力引起的機(jī)床傳動(dòng)件壽命變化越來(lái)越受到重視，研究切削力對(duì)機(jī)床傳動(dòng)件壽命的影響變得尤為重要。

加工方式及加工參數(shù)對(duì)作用在傳動(dòng)部件上的切削力有較大影響，切削過(guò)程中切削負(fù)載會(huì)傳遞到機(jī)床傳動(dòng)部件上，從而增加機(jī)床傳動(dòng)件的磨損，對(duì)機(jī)床精度產(chǎn)生影響，引起機(jī)床誤差變化和機(jī)床受力變形，這些變形最終反映為刀具和工件的正確的相對(duì)切削位置變化，造成加工誤差。

為了監(jiān)測(cè)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的精度和傳動(dòng)件的磨損程度，需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。但是由于該測(cè)試是一個(gè)長(zhǎng)期且大量浪費(fèi)材料的過(guò)程，因此，需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行切削力模擬加載實(shí)驗(yàn)，用以測(cè)得傳動(dòng)件的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

目前的機(jī)床切削力模擬加載裝置很少，有的采用磁粉制動(dòng)器、拉壓力計(jì)、測(cè)功機(jī)等，有的采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這些設(shè)備只是模擬絲杠的磨損，并不能和切削力直接聯(lián)系起來(lái)，也有模擬三向切削力的裝置，但是也只限于在三向力上的模擬，并不能真正模擬機(jī)床刀具真實(shí)加工情況下作用在工件各個(gè)不同位置下的切削力，從而這些裝置不能真實(shí)反映實(shí)際狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)有的切削力加載裝置不能模擬機(jī)床刀具真實(shí)加工情況下作用在工件各個(gè)不同位置下的切削力，由于在機(jī)床整機(jī)上不便于采集傳動(dòng)部件的有用信息，并且存在切屑和切削液，存在諸多干擾試驗(yàn)的因素。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種模擬刀具切削力和作用位置的加載實(shí)驗(yàn)裝置，用于研究不同位置和大小的切削力與傳動(dòng)部件的各項(xiàng)指標(biāo)的聯(lián)系。

本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種模擬刀具切削力和作用位置的加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括底板、被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)、加載板、加載系統(tǒng)、隨動(dòng)加載臺(tái)和隨動(dòng)加載控制電路；被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)與隨動(dòng)加載臺(tái)相互平行的固定在底板上，并通過(guò)隨動(dòng)加載控制電路控制同步運(yùn)動(dòng)，被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)面與隨動(dòng)加載臺(tái)的臺(tái)面位于同一水平面上，加載板垂直固定在被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)上，加載系統(tǒng)包括三向加載裝置和加載桿，三向加載裝置固定在隨動(dòng)加載臺(tái)上，加載桿的一端固定在三向加載裝置上，另一端垂直固定在加載板上，三向加載裝置包括x軸加載裝置、y軸加載裝置和z軸加載裝置；x軸加載裝置與y軸加載裝置在水平面內(nèi)相互垂直，z軸加載裝置垂直于x軸加載裝置與y軸加載裝置所在的水平面。

加載系統(tǒng)通過(guò)配件提高加載系統(tǒng)的高度位置，將配件固定安裝在隨動(dòng)加載臺(tái)上，再把加載系統(tǒng)固定安裝在配件上；配件在y方向上至少設(shè)有兩組螺栓孔適配y方向的加載位置調(diào)整，加載板上的相應(yīng)高度位置處設(shè)有用于固定加載桿的螺栓孔。

加載桿長(zhǎng)度改變時(shí)，被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面的y方向上設(shè)有用于調(diào)整加載板位置的螺栓孔。

加載桿通過(guò)固定螺栓和反向固定螺母固定在加載板上，固定螺栓的螺頭緊固在加載板上，螺桿部通過(guò)反向固定螺母固定在加載桿的端部。

x軸加載裝置、y軸加載裝置和z軸加載裝置結(jié)構(gòu)相同，x軸加載裝置包括x軸推力螺栓、x軸加載機(jī)架、x軸力傳感器和x軸頂塊，x軸推力螺栓、x軸力傳感器和x軸頂塊的幾何中心軸線同軸安裝于x軸加載機(jī)架的定位凹槽內(nèi)，x軸推力螺栓頂緊x軸力傳感器和x軸頂塊，使x軸頂塊與加載桿接觸。

被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)與隨動(dòng)加載臺(tái)的結(jié)構(gòu)相似，隨動(dòng)加載臺(tái)包括平臺(tái)機(jī)架、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、電機(jī)機(jī)架、端蓋、絲杠副、兩條導(dǎo)軌副、絲杠副后端支架和角接觸軸承，伺服電機(jī)固定安裝在電機(jī)機(jī)架上，聯(lián)軸器、絲杠副與伺服電機(jī)的輸出軸同軸線安裝，絲杠副的一端通過(guò)一對(duì)反向安裝的角接觸軸承安裝在電機(jī)機(jī)架內(nèi)，端蓋固定該對(duì)反向安裝的角接觸軸承的位置，絲杠副的另一端通過(guò)角接觸軸承固定在絲杠副后端支架上，伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、電機(jī)機(jī)架、端蓋、絲杠副、絲杠副后端支架、角接觸軸承整套裝配好后通過(guò)螺栓固定安裝至平臺(tái)機(jī)架上，兩條導(dǎo)軌副水平安裝在平臺(tái)機(jī)架的兩側(cè)，兩條導(dǎo)軌副上安裝滑塊和隨動(dòng)加載臺(tái)的臺(tái)面，隨動(dòng)加載臺(tái)的下臺(tái)面與絲杠副的絲杠螺母相連，絲杠副運(yùn)動(dòng)即可控制隨動(dòng)加載臺(tái)的臺(tái)面水平移動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

（1）由于采用上述方案，采用推力螺栓，力傳感器，頂塊同軸線的加載方式，可簡(jiǎn)單方便的通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)推力螺栓實(shí)現(xiàn)加載三向力無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。固定螺栓和反向固定螺母保證加載桿垂直穩(wěn)定的固定在加載板上，確保了加載時(shí)實(shí)際加載的三向力的大小與力傳感器測(cè)得的大小基本一致，配件和加長(zhǎng)桿的自定義化方便使用者針對(duì)試驗(yàn)要求做出調(diào)整。

（2）由于沒(méi)有實(shí)際切削，不伴隨切屑和切削液，可方便測(cè)量出在模擬切削加工條件下，整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的狀態(tài)和傳動(dòng)部件的振動(dòng)，受力，噪聲等狀態(tài)指標(biāo)。

（3）通過(guò)切削力直接加載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，不需要在機(jī)床上采集信息，而是直接通過(guò)平臺(tái)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行加載，可研究受不同位置的三向切削力對(duì)機(jī)床傳動(dòng)部件壽命的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的立體示意圖；

圖2為加載系統(tǒng)的立體示意圖；

圖3為圖2的a-a剖視圖；

圖4為圖2的b-b剖視圖；

圖5為隨動(dòng)加載臺(tái)立體示意圖；

圖6為配件裝配立體示意圖；

圖7為加長(zhǎng)加載桿裝配立體示意圖。

圖中，1-底板，2-被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)，3-加載板，

4-加載系統(tǒng)，

401-x軸推力螺栓，402-x軸加載機(jī)架，403-x軸力傳感器，404-z軸推力螺栓，405-z軸力傳感器，406-z軸加載機(jī)架，407-加載桿，408-固定螺栓，409-反向固定螺母，410-y軸力傳感器，411-y軸加載機(jī)架，412-y軸推力螺栓，413-x軸頂塊，414-y軸頂塊，415-z軸頂塊，

5-隨動(dòng)加載臺(tái)，

501-伺服電機(jī)，502-聯(lián)軸器，503-電機(jī)機(jī)架，504-端蓋，505-絲杠副，506-導(dǎo)軌副，507-絲杠副后端支架，508-角接觸軸承，

6-配件，7-加長(zhǎng)加載桿。

具體實(shí)施方式

為了闡明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。

圖中包括以下部件：底板1、被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2、加載板3、加載系統(tǒng)4、x軸推力螺栓401、x軸加載機(jī)架402、x軸力傳感器403、z軸推力螺栓404、z軸力傳感器405、z軸加載機(jī)架406、加載桿407、固定螺栓408、反向固定螺母409、y軸力傳感器410、y軸加載機(jī)架411、y軸推力螺栓412、x軸頂塊413、y軸頂塊414、z軸頂塊415、隨動(dòng)加載臺(tái)5、伺服電機(jī)501、聯(lián)軸器502、電機(jī)機(jī)架503、端蓋504、絲杠副505、導(dǎo)軌副506、絲杠副后端支架507、角接觸軸承508、配件6和加長(zhǎng)加載桿7。

一種模擬刀具切削力和作用位置的加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括底板1、被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2、加載板3、加載系統(tǒng)4、隨動(dòng)加載臺(tái)5和隨動(dòng)加載控制電路；被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2與隨動(dòng)加載臺(tái)5相互平行的固定在底板1上，并通過(guò)隨動(dòng)加載控制電路控制同步運(yùn)動(dòng)，被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2的臺(tái)面與隨動(dòng)加載臺(tái)5的臺(tái)面位于同一水平面上，加載板3垂直固定在被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2上，加載系統(tǒng)4包括三向加載裝置和加載桿407，三向加載裝置固定在隨動(dòng)加載臺(tái)5上，加載桿407的一端固定在三向加載裝置上，另一端垂直固定在加載板3上，三向加載裝置包括x軸加載裝置、y軸加載裝置和z軸加載裝置；x軸加載裝置與y軸加載裝置在水平面內(nèi)相互垂直，z軸加載裝置垂直于x軸加載裝置與y軸加載裝置所在的水平面。

加載系統(tǒng)通過(guò)配件6提高加載系統(tǒng)4的高度位置，將配件6固定安裝在隨動(dòng)加載臺(tái)5上，再把加載系統(tǒng)4固定安裝在配件6上；配件6在y方向上至少設(shè)有兩組螺栓孔適配y方向的加載位置調(diào)整，加載板3上的相應(yīng)高度位置處設(shè)有用于固定加載桿407的螺栓孔。

加載桿407長(zhǎng)度改變時(shí)，被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2臺(tái)面的y方向上設(shè)有用于調(diào)整加載板3位置的螺栓孔。

加載桿407通過(guò)固定螺栓408和反向固定螺母409固定在加載板3上，固定螺栓408的螺頭緊固在加載板3上，螺桿部通過(guò)反向固定螺母409固定在加載桿407的端部。

x軸加載裝置、y軸加載裝置和z軸加載裝置結(jié)構(gòu)相同，x軸加載裝置包括x軸推力螺栓401、x軸加載機(jī)架402、x軸力傳感器403和x軸頂塊413，x軸推力螺栓401、x軸力傳感器403和x軸頂塊413的幾何中心軸線同軸安裝于x軸加載機(jī)架402的定位凹槽內(nèi)，x軸推力螺栓401頂緊x軸力傳感器403和x軸頂塊413，使x軸頂塊413與加載桿407接觸。

被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2與隨動(dòng)加載臺(tái)5的結(jié)構(gòu)相似，隨動(dòng)加載臺(tái)5包括平臺(tái)機(jī)架、伺服電機(jī)501、聯(lián)軸器502、電機(jī)機(jī)架503、端蓋504、絲杠副505、兩條導(dǎo)軌副506、絲杠副后端支架507和角接觸軸承508，伺服電機(jī)501固定安裝在電機(jī)機(jī)架503上，聯(lián)軸器502、絲杠副505與伺服電機(jī)501的輸出軸同軸線安裝，絲杠副505的一端通過(guò)一對(duì)反向安裝的角接觸軸承安裝在電機(jī)機(jī)架503內(nèi)，端蓋504固定該對(duì)反向安裝的角接觸軸承的位置，絲杠副505的另一端通過(guò)角接觸軸承508固定在絲杠副后端支架507上，伺服電機(jī)501、聯(lián)軸器502、電機(jī)機(jī)架503、端蓋504、絲杠副505、絲杠副后端支架507、角接觸軸承508整套裝配好后通過(guò)螺栓固定安裝至平臺(tái)機(jī)架上，兩條導(dǎo)軌副506水平安裝在平臺(tái)機(jī)架的兩側(cè)，兩條導(dǎo)軌副506上安裝滑塊和隨動(dòng)加載臺(tái)5的臺(tái)面，隨動(dòng)加載臺(tái)5的下臺(tái)面與絲杠副505的絲杠螺母相連，絲杠副505運(yùn)動(dòng)即可控制隨動(dòng)加載臺(tái)5的臺(tái)面水平移動(dòng)。

通過(guò)隨動(dòng)加載控制電路的速度環(huán)和位置環(huán)控制兩伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，兩伺服電機(jī)使被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2與隨動(dòng)加載臺(tái)5同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例

為了表述方便，建立如圖2中所示的x-y-z直角坐標(biāo)系，圖中的絲杠副的移動(dòng)方向?yàn)閥軸、垂直絲杠副滑動(dòng)方向?yàn)閤軸、垂直加載臺(tái)面方向?yàn)閦軸建立直角坐標(biāo)系。

如圖1-圖7所示，本發(fā)明的一種模擬刀具切削力和作用位置的加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括底板1、被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2、加載板3、加載系統(tǒng)4、隨動(dòng)加載臺(tái)5和隨動(dòng)加載控制電路。

所述加載系統(tǒng)包括x軸加載裝置，y軸加載裝置，z軸加載裝置，加載桿407。

所述的配件6和加長(zhǎng)加載桿7應(yīng)有多種尺寸可供選擇，圖6和圖7只是兩種尺寸的示意圖，具體尺寸由實(shí)驗(yàn)者自行決定，方便實(shí)驗(yàn)的自定義化。

所述加載板3應(yīng)該有和配件6和加長(zhǎng)加載桿7相對(duì)應(yīng)的螺栓孔位置，螺栓孔位置即實(shí)驗(yàn)者自定的加載位置。

本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，首先選擇需要在加載板3上加載的位置，將加載板固定在隨動(dòng)加載臺(tái)5上的合適位置，再選擇合適的配件6和加長(zhǎng)加載桿7，先將加長(zhǎng)加載桿7通過(guò)固定螺栓408固定在加載板3上，再通過(guò)反向固定螺母409調(diào)整加長(zhǎng)加載桿7的位姿，反向固定螺母409反向旋緊在加長(zhǎng)加載桿7上時(shí)用水平儀調(diào)整保證加長(zhǎng)加載桿的位姿水平，又由于固定螺栓408旋緊在加載板3上，保證了加長(zhǎng)加載桿7與加載板3垂直且與地面水平，由此確保加載的三向力與力傳感器的數(shù)值基本一致。

固定好整套實(shí)驗(yàn)裝置后，調(diào)整x軸推力螺栓401、y軸推力螺栓412、z軸推力螺栓404，直到x軸力傳感器403、y軸力傳感器410、z軸力傳感器405達(dá)到實(shí)驗(yàn)需要的數(shù)值，完成推力螺栓調(diào)整后開啟隨動(dòng)加載控制電路，使被測(cè)傳動(dòng)件試驗(yàn)臺(tái)2與隨動(dòng)加載臺(tái)5同時(shí)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)隨動(dòng)加載控制電路的編碼器和光柵控制兩伺服電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，保證兩臺(tái)面之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可開始測(cè)試。

由于沒(méi)有實(shí)際切削，不伴隨切屑和切削液，可自行布置需要信息的傳感器的位置，以方便測(cè)量出在模擬切削加工條件下，整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的狀態(tài)和傳動(dòng)部件的振動(dòng)，受力，噪聲等狀態(tài)指標(biāo)。

通過(guò)切削力直接加載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，不需要在機(jī)床上采集信息，而是直接通過(guò)平臺(tái)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行加載，可研究受不同位置的三向切削力對(duì)機(jī)床傳動(dòng)部件壽命的影響。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書、說(shuō)明書及其等效物界定。