CN102735484A - 由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其包括动力伺服刀架支撑部分，切削力加载部分与动力头加载部分。动力伺服刀架支撑部分中的动力伺服刀架垫板（3）与动力伺服刀架底座（2）的顶板固定连接，动力伺服刀架底座（2）固定在地平铁的左下方。所述的切削力加载部分包括模拟刀杆（5）、切削力加载支撑装置和切削力加载装置，切削力加载支撑装置固定在动力伺服刀架底座（2）右上方的地平铁上，切削力加载装置固定在切削力加载支撑装置上。模拟刀杆（5）安装在刀盘上。安装在动力伺服刀架支撑部分右侧的动力头加载部分包括轴承加载装置（22）、轴承加载装置底座（23）、2号加载杆（21）与测功机（25）。

Description

由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台

技术领域

本发明涉及一种应用于数控机床动力伺服刀架可靠性领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对数控机床动力伺服刀架实现动、静态切削力及切削扭矩加载并进行可靠性试验的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台。

背景技术

近几年随着装备制造业的快速发展，我国已成为数控机床生产及应用的大国，目前国内研发的数控机床在精度、速度、大型化和多轴联动方面取得了明显进展。但随着功能的增多，故障隐患增多，先进功能和性能指标不能维持，可靠性问题严重，已经成为企业、用户与销售市场关注的焦点和数控机床产业发展的瓶颈。国产数控机床可靠性水平偏低的主要原因之一是国产数控机床关键功能部件的可靠性水平较低，因此研究开发数控机床关键功能部件可靠性试验装置和试验技术具有重要的实际意义。动力伺服刀架作为高端数控车床的关键功能部件之一，其自身的可靠性水平对整机的可靠性水平有重要的影响。

我国的数控机床关键功能部件可靠性试验研究起步较晚，目前仅有一些功能简单的可靠性试验装置。例如，某些试验台可以对动力伺服刀架进行空运转试验、偏重试验，或者采用液压缸或气缸对模拟刀具进行模拟静态切削力的加载试验，试验模拟的工况与真实工况有很大的差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了目前动力伺服刀架可靠性试验装置不能模拟动、静态切削力及切削扭矩加载的问题，提供了一种由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台包括动力伺服刀架支撑部分、切削力加载部分与动力头加载部分。

所述的动力伺服刀架支撑部分包括动力伺服刀架底座和动力伺服刀架垫板，动力伺服刀架垫板通过螺栓与动力伺服刀架底座的顶板固定连接，动力伺服刀架底座通过T型螺栓固定在地平铁的左下方。

所述的切削力加载部分包括模拟刀杆、切削力加载支撑装置和切削力加载装置。切削力加载支撑装置通过其中的切削力加载装置底座固定在动力伺服刀架底座右上方的地平铁上，切削力加载装置通过其中的液压缸支撑架螺栓固定在切削力加载支撑装置中的2号滑板上。模拟刀杆的一端安装在被测动力伺服刀架（4）的刀盘上。

所述的动力头加载部分包括轴承加载装置、轴承加载装置底座、2号加载杆、弹性联轴器、测功机与XY工作台。

测功机通过螺栓安装在XY工作台上，XY工作台通过T型螺栓安装在动力伺服刀架底座右侧的地平铁上，测功机的回转轴线和地平铁的纵向对称面平行，并和地平铁的上工作面平行，测功机的输出端法兰与弹性联轴器的右端法兰螺栓连接，弹性联轴器的左端与2号加载杆的右端键连接，2号加载杆的左端通过弹簧卡头安装在被测动力伺服刀架上的动力刀座的右端；轴承加载装置套装在2号加载杆上为转动连接，轴承加载装置的底部与轴承加载装置底座的上部配装为接触连接；测功机输出轴的回转轴线、弹性联轴器的回转轴线、2号加载棒的回转轴线与被测动力伺服刀架上的动力刀座的回转轴线共线。

技术方案中所述的切削力加载支撑装置由切削力加载装置底座、X方向导轨、2个结构相同的Y方向导轨、1号滑板、左前支架、右前支架、转轴、阶梯销轴以及2号滑板组成。2个结构相同的Y方向导轨采用螺栓相互平行地安装在切削力加载装置底座中上工作面的两边，X方向导轨采用螺栓固定在两个结构相同的Y方向导轨上，X方向导轨的纵向对称面和2个结构相同的Y方向导轨的纵向对称面垂直，1号滑板固定在X方向导轨上，左前支架与右前支架分别安装在1号滑板的两端，转轴安装在左前支架与右前支架之间并采用螺栓固定，2号滑板通过阶梯销轴与螺栓和转轴固定连接；技术方案中所述的切削力加载装置包括1号加载杆、弹性装置、压力传感器、液压缸、关节轴承、液压缸支撑架、直线轴承以及1号轴（36）。所述的液压缸选用单活塞与双活塞杆式液压油缸，液压缸的上端面通过四根螺柱与一个上端盖固定连接，液压缸通过上端盖与关节轴承铰接在液压缸支撑架中顶板的下端面上。上端盖和液压缸的上端面之间固定1号轴，1号轴的轴线和液压缸中的上活塞杆的轴线平行，1号轴上套装有可在1号轴上滑动的直线轴承，直线轴承的一端和上活塞杆的端部固定连接，直线轴承的另一端和自动控制部分中的位移传感器的内芯连接。液压缸的下活塞杆的端部通过螺纹与压力传感器的一端固定连接，压力传感器的另一端与弹性装置中右侧连接板上的螺纹通孔通过一根双头螺柱连接，1号加载杆的一端和弹性装置中左侧连接板上的螺纹通孔螺纹连接；技术方案中所述的弹性装置由左侧连接板、右侧连接板、2个结构相同的套筒、2个规格相同的螺栓和2个规格相同的螺母组成，其中：左侧连接板与右侧连接板结构相同；

所述的左侧连接板与右侧连接板各为一长方形平板，其中心位置设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，2个结构相同的套筒的外径大于左侧连接板与右侧连接板上两侧的通孔的直径，2个规格相同的螺栓插入左侧连接板与右侧连接板上两侧的通孔中，2个结构相同的套筒套装在左侧连接板与右侧连接板之间的2个规格相同的螺栓上，再通过2个结构相同的螺母将左侧连接板、右侧连接板与2个结构相同的套筒固定连接在一起；技术方案中所述的轴承加载装置包括左轴承盖、1号轴承、壳体、隔圈、2号轴承（33）、端盖与右轴承盖。左轴承盖通过螺栓固定在壳体的左端面上，1号轴承与2号轴承安装在壳体的中心通孔内，隔圈安装在1号轴承与2号轴承之间，三者依次为接触连接。2号轴承与固定在壳体右端面上的端盖接触连接，右端盖通过螺栓固定在端盖上；技术方案中所述的轴承加载装置底座由一块正方形的安装底板与一个横截面为正方形的长方体立柱组成。正方形的安装底板与长方体立柱的底端面之间为焊接连接，安装底板的中心处于长方体立柱的对称轴线上，正方形的安装底板的两端分别设置一个用于安装螺栓的通孔，长方体立柱的上表面加工成和轴承加载装置的下端配装的U型槽。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台采用液压缸对动力伺服刀架的被测模拟刀杆或动力头（加载杆）进行模拟动、静态切削力加载，同时利用测功机对被测动力头（加载杆）进行扭矩加载，来模拟动力伺服刀架在真实切削过程中所受的切削力和切削扭矩。通过对被测的动力伺服刀架进行模拟真实工况的可靠性试验，暴露和激发产品故障，为产品的可靠性增长和评估提供实用的基础数据。

2.本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台的切削力和切削扭矩能实现动、静态加载。切削力幅值和加载频率、动力头切削扭矩根据不同工况下动态可调。

3.本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中的切削力加载部分安装有拉、压力传感器和位移传感器，能实时检测加载的模拟切削力的大小，实现实时监控和闭环控制及反馈；扭矩加载时安装有扭矩传感器和转速传感器，对所加载的切削扭矩也能实现实时监控和闭环控制，使加载装置具有较高的加载精度。

4.本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中的切削力加载部分的加载频率视伺服阀而定，目前最高可达到100Hz左右。本发明采用测功机进行动力头切削扭矩加载，测功机最高吸收功率为10KW，最高转速为13000rpm，最高加载扭矩为50Nm。对大功率、高转速的动力伺服刀架动力头进行加载试验更具有实际意义。

5.本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台针对不同型号的动力伺服刀架或者伺服刀架，只需更换动力伺服刀架垫板、模拟刀杆和加载棒等过渡件就可以对其进行可靠性加载试验，体现了本试验台的灵活性和通用性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台对动力头（加载棒）加载状态的轴测投影图；

图2为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台对模拟刀杆加载状态的轴测投影图；

图3为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中的切削力加载装置的支撑部分的分解式轴测投影图；

图4为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中的轴承加载装置的分解式轴测投影图；

图5为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中的2号加载杆上安装的轴承加载装置（用于对动力头进行模拟切削力加载）和轴承加载装置底座连接的主视图；

图6为本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台中自动控制部分的结构原理框图；

图中：1.地平铁，2.动力伺服刀架底座，3.动力伺服刀架垫板，4.被测动力伺服刀架，5.模拟刀杆，6.1号加载杆，7.弹性装置，8.压力传感器，9.液压缸，10.关节轴承，11.液压缸支撑架，12.2号滑板，13.转轴，14.右前支架，15.1号滑板，16.X方向导轨，17.Y方向导轨，18.切削力加载装置底座，19.车刀刀座，20.动力头刀座，21.2号加载杆，22.轴承加载装置，23.轴承加载装置底座，24.弹性联轴器，25.测功机，26.XY工作台，27.阶梯销轴，28.左前支架，29.左轴承盖，30.1号轴承，31.壳体，32.隔圈，33.2号轴承，34.端盖，35.右轴承盖，36.1号轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台由动力伺服刀架支撑部分、切削力加载部分、动力头加载部分和自动控制部分组成。

一.动力伺服刀架支撑部分

所述的动力伺服刀架支撑部分包括动力伺服刀架底座2和动力伺服刀架垫板3。

所述的动力伺服刀架底座2为箱体式结构件，由六块平钢板焊接而成，顶端面与底端面相互平行，顶板的四角处设置有用于安装动力伺服刀架垫板3的螺纹通孔，底板的四角处设置有U形开口，用于穿过T型螺栓将动力伺服刀架底座2固定在地平铁1上。所述的动力伺服刀架垫板3为板类结构件，动力伺服刀架垫板3的四角处设置有用于安装螺栓的通孔，四通孔之间位置均布有用于安装被测动力伺服刀架4的螺纹通孔，动力伺服刀架垫板3的厚度可以根据被测动力伺服刀架4的中心高不同而改变，使得被测动力伺服刀架4上的动力刀座20的轴心线和测功机25输出轴的轴心线与弹性联轴器24的轴心线共线。

动力伺服刀架垫板3通过螺栓与动力伺服刀架底座2的顶板连接，动力伺服刀架底座2可以沿X方向移动，并通过T型螺栓固定在地平铁1的左下方。

二.切削力加载部分

所述的切削力加载部分包括模拟刀杆5、切削力加载支撑装置和切削力加载装置。

1.切削力加载支撑装置

参阅图1至图3，所述的切削力加载支撑装置由切削力加载装置底座18、X方向导轨16、2个结构相同的Y方向导轨17、1号滑板15、左前支架28、右前支架14、转轴13、阶梯销轴27以及2号滑板12组成。

切削力加载装置底座18为长方体形的箱式结构件，由六块平钢板焊接或机械连接而成，切削力加载装置底座18的底板（和纵向垂直的）两边设置有四个U形的开口，T型螺栓穿过U型口将切削力加载装置底座18固定在地平铁1上，即固定在动力伺服刀架底座2的右上方的地平铁1上。切削力加载装置底座18的上工作面（和纵向垂直的）两边均布有用于安装Y方向导轨17的螺纹通孔。

所述的Y方向导轨17是长条形（横截面为矩形的）板类结构件，沿Y方向导轨17的纵向于上工作面的中间位置加工有T型槽，T型槽两侧各设置有二个阶梯通孔，用于穿过内六角螺栓将Y方向导轨17固定在切削力加载装置底座18上。

所述的X方向导轨16是上工作面均布有两条T型槽的长条形板类结构件，两条T型槽的外侧分别设置有两个阶梯通孔，用于穿过内六角螺栓将X方向导轨16固定在两个结构相同的Y方向导轨17上。

所述的右前支架14由右前支架底板、右前支架支撑板和两块结构相同的直角三角形筋板焊接或者机械连接而成，右前支架支撑板的底面与右前支架底板的右端相互垂直固定连接，两块结构相同的直角三角形筋板中的两条直角边端面和右前支架支撑板的左端面与右前支架底板的上表面固定连接来增强右前支架14的强度。右前支架底板上设置有四个用于与1号滑板15固定的底板通孔。右前支架支撑板沿Y方向向前倾斜一个角度，右前支架支撑板的上端设置有与转轴13中的右阶梯轴配装的右阶梯孔，右阶梯孔中的大直径孔在左侧，小直径孔在右侧，阶梯孔周围均布有三段圆弧槽，三根螺栓穿过圆弧槽将右前支架支撑板与转轴13右端相对固定。左前支架28与右前支架14的结构基本相同。左前支架28由左前支架底板、左前支架支撑板和两块结构相同的直角三角形的筋板焊接或者机械连接而成，左前支架支撑板的底面与左前支架底板的左端相互垂直固定连接，两块结构相同的直角三角形的筋板中的两条直角边端面和左前支架支撑板的右端面与左前支架底板的上表面固定连接来增强左前支架28的强度。左前支架支撑板沿Y方向向前倾斜一个角度，左前支架支撑板的上端设置有与转轴13中的左阶梯轴配装的左阶梯孔，左阶梯孔中的大直径孔在右侧，小直径孔在左侧，阶梯孔周围均布有三段圆弧槽，三根螺栓穿过圆弧槽将右前支架支撑板与转轴13左端相对固定。左前支架28与右前支架14中的左前支架底板与右前支架底板、左阶梯孔与右阶梯孔和左前支架支撑板与右前支架支撑板的结构相同，左前支架支撑板与右前支架支撑板沿Y方向向前倾斜的角度也相同。左阶梯孔中心线距左前支架底板底面的距离与右阶梯孔中心线距右前支架底板底面的距离相等。左阶梯孔中心线与右阶梯孔中心线共线。

所述的转轴13由左阶梯轴、矩形板和右阶梯轴依次焊接或者机械连接为一体，左阶梯轴与右阶梯轴的中心线共线，矩形板的上平面（即与2号滑板12底面接触的平面）和左阶梯轴与右阶梯轴的中心线平行，或者说矩形板和左阶梯轴与右阶梯轴的右端面与左端面垂直。矩形板中心处设置有一个中心通孔，中心通孔的周围均匀分布有三段同圆心同结构的用于安装螺栓的环形通槽，左阶梯轴与右阶梯轴的结构相同，均为具有二个直径段的两台阶式圆轴，在外侧台阶上均布有6个螺纹孔。矩形板位于左阶梯轴与右阶梯轴中心线两侧。

所述的2号滑板12是一矩形板类结构件，2号滑板12的前（正）面上从上至下均布有2条T形槽，2号滑板12的后（背）面的下端设置一个和阶梯销轴27上端配装的阶梯盲（通）孔，阶梯盲（通）孔的回转轴线和2号滑板12的前（正）面与后（背）面相垂直。转轴13中的矩形板上中心通孔和2号滑板12上的阶梯孔分别与阶梯销轴27的下端与上端配合，2号滑板12阶梯孔的周围均匀分布6个螺纹通孔，通过螺纹通孔与螺栓将2号滑板12与转轴13相互固定。所述的阶梯销轴27为具有一个轴肩的轴，轴肩靠近轴的上端（右端）。所述的1号滑板15是一矩形板类结构件，其两端分别设置有用于固定连接左前支架28与右前支架14的四个螺纹通孔，1号滑板15的中间位置设置有用于将自己固定在X方向导轨16上的四个通孔。

切削力加载装置底座18通过T型螺栓固定在地平铁1上即固定在动力伺服刀架底座2右上方的地平铁1上，2个结构相同的Y方向导轨17通过螺栓相互平行地固定在切削力加载装置底座18上平板的左右两端，X方向导轨16通过T型螺栓固定在两个结构相同的Y方向导轨17上，X方向导轨16垂直于2个相互平行结构相同的Y方向导轨17，1号滑板15通过T型螺栓固定在X方向导轨16上，左前支架28与右前支架14通过螺栓固定在1号滑板15的两端，转轴13的左阶梯轴与右阶梯轴和左前支架28与右前支架14中的左前支架支撑板与右前支架支撑板上的左阶梯孔与右阶梯孔配装并通过螺栓连接固定，阶梯销轴27的下端安装在转轴13中的矩形板上的中心通孔上，阶梯销轴27的上端（右端）及轴肩与2号滑板后（背）面的阶梯盲孔配装，转轴13和2号滑板之间通过螺栓与转轴13中的矩形板上的中心孔周围均布的螺纹通孔固定。

2.切削力加载装置

参阅图1和图2，所述的切削力加载装置包括1号加载杆6、弹性装置7、压力传感器8、液压缸9、关节轴承10、液压缸支撑架11、直线轴承以及1号轴36。

所述的液压缸9选用单活塞与双活塞杆式液压油缸，双活塞杆从液压缸9的上端与下端分别伸出，液压缸9的上端面（伸出上活塞杆的端面）通过四根螺柱与一个上端盖固定连接，关节轴承带螺纹的一端杆与上端盖中心螺纹孔螺纹连接，关节轴承的另一端铰接在液压缸支撑架11中顶板的下端面上，液压缸9的纵向对称轴线处于液压缸支撑架11的纵向对称面内。上端盖和液压缸9的上端面（伸出上活塞杆的端面）之间固定1号轴36，1号轴36的轴线和液压缸9中的上活塞杆的轴线平行。1号轴36上套装有可在1号轴36上滑动的直线轴承，直线轴承的一端和上活塞杆的端部固定连接，即直线轴承可随活塞杆的上、下移动在1号轴36上滑动。直线轴承的另一端和自动控制部分中的位移传感器的内芯连接，当活塞杆移动时位移传感器的内芯也随着移动，位移传感器便能测得活塞杆的位移。

所述的弹性装置7由左侧连接板、右侧连接板、2个结构相同的套筒、2个规格相同的螺栓和2个规格相同的螺母组成，其中：左侧连接板与右侧连接板结构相同。所述的左侧连接板与右侧连接板各为一长方形平板，其中心位置处设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，2个结构相同的套筒的外径大于左侧连接板与右侧连接板上两侧通孔的直径。2个规格相同的螺栓插入左侧连接板与右侧连接板两侧的通孔中，2个结构相同的套筒套装在左侧连接板与右侧连接板之间的两个螺栓上，最后再通过2个结构相同的螺母将左侧连接板、右侧连接板与2个结构相同的套筒固定连接在一起。左侧的连接板上的螺纹孔与1号加载杆6的右端螺纹连接，右侧的连接板上的螺纹孔与双头螺柱的左端螺纹连接。弹性装置可以吸收部分位移但可以传递力。（弹性装置的固有频率应大于激振频率二倍以上）

液压缸支撑架11通过螺栓固定在2号滑板12上，液压缸上端面通过四根螺栓与上端盖固定，上端盖、关节轴承与关节轴承座固定在液压缸支撑架11中顶板的下端面上。1号轴36固定在液压缸的上端面和上端盖之间，直线轴承的一端和活塞杆的端部固定连接，另一端和位移传感器的内芯连接。液压缸9的下活塞杆的端部通过螺纹与压力传感器8的一端固定连接，压力传感器8另一端与弹性装置7中右侧连接板上的螺纹孔通过一根双头螺柱连接，1号加载杆6的一端和弹性装置7中左侧连接板上的螺纹孔螺纹连接。

3.模拟刀杆5

模拟刀杆5是在一横截面为正方形或矩形的长方体形的杆类结构件，模拟刀杆5的一端部和一球体连成一体。模拟刀杆5装卡在被测动力伺服刀架4的刀盘上，代替刀具对其实施可靠性试验。

三.动力头加载部分

所述的动力头加载部分包括模拟切削力加载的轴承加载装置22、轴承加载装置底座23、2号加载杆21、弹性联轴器24、测功机25、XY工作台26。

1.轴承加载装置

参阅图1与图4，所述轴承加载装置22包括左轴承盖29、1号轴承30，壳体31，隔圈32，2号轴承33，端盖34与右轴承盖35。

左轴承盖29通过螺栓固定在壳体31的左端面上，1号轴承30与2号轴承33安装在壳体31的中心通孔内，隔圈32安装在1号轴承30与2号轴承33之间，三者依次为接触连接，1号轴承30内圈与2号加载杆21轴肩接触起到定位作用，2号轴承33通过固定在壳体31右端面上的端盖34施加预紧力并起到轴向定位作用，右轴承盖35通过螺栓固定在端盖34上。2号加载杆21和1号轴承30内圈与2号轴承33内圈之间为过盈配合连接。

2.轴承加载装置底座

参阅图1与图5，所述的轴承加载装置底座23由一块正方形的安装底板与一个横截面为正方形的长方体立柱组成，正方形的安装底板与长方体立柱的底端面之间为焊接连接，安装底板的中心处于长方体立柱的对称轴线上。正方形的安装底板的两端分别设置一个用于安装螺栓的通孔，长方体立柱的上表面加工成U型通槽，轴承加载装置22的下端放置于该U型通槽中，并与U型槽左右两侧面接触，与槽底面有2∽3mm的间隙。

3.2号加载杆

所述的2号加载杆21为轴类结构件，2号加载杆21的一（左）端通过弹簧卡头安装在动力刀座20的右端上，2号加载杆左端还设置有轴肩，对安装在2号加载杆21一端的轴承加载装置22起轴向定位作用，2号加载杆21的另一端与弹性联轴器24键连接传递扭矩。

4.测功机

测功机25（实施例中采用型号为DW10的电涡流测功机）通过螺栓安装在XY工作台26上，XY工作台26通过T型螺栓安装在地平铁1上，即安装在动力伺服刀架底座2右侧的地平铁1上，测功机25的回转轴线处于和地平铁1的纵向对称面平行，并和地平铁1的上工作面平行。测功机25的输出端法兰与弹性联轴器24的一（右）端法兰螺栓连接，弹性联轴器24的另一（左）端与2号加载杆21的一（右）端键连接，2号加载杆21的另一（左）端与被测动力伺服刀架4上的动力刀座20的右端通过弹簧卡头连接，测功机25输出轴的回转轴线、弹性联轴器24的回转轴线、2号加载棒21的回转轴线与被测动力伺服刀架4上的动力刀座20的回转轴线共线。冷却机的作用是给测功机25（除电力测功机等不要水冷的）提供冷却水。

四.自动控制部分

参阅图6，所述的自动控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、A/D卡、D/A卡、下位测功机控制仪和冷却机控制部分。

所述的扭矩传感器和转速传感器都是测功机25内部的传感器，通过信号放大器和A/D卡将所加载的扭矩数值和转速反馈给上位工控机。

所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和刀盘电机驱动器、动力头电机驱动器以及电磁换向阀连接，刀盘电机驱动器的输出端和刀盘伺服电机的电源接口与编码器接口电线连接，动力头电机驱动器的输出端和动力头伺服电机的电源接口与编码器接口电线连接。

上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定动力伺服刀架4的工作模式和目标工位后，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先输出电流控制电磁换向阀动作，控制被测动力伺服刀架4上的动力头刀座20脱开及刀盘松开，上位工控机接收到动力头刀座20脱开和刀盘松开确定信号之后输出目标工位信号和启动信号给刀盘电机驱动器，刀盘电机驱动器控制被测动力伺服刀架4转到所需工位后，刀盘电机驱动器反馈回定位结束信号和当前工位信号给下位可编程控制器PLC，并且上位工控机通过串口读取定位结束信号和当前工位信号，如遇故障则反馈报警信号，下位可编程控制器PLC接收到定位结束信号和当前工位信号后输出电流控制电磁换向阀动作，控制被测动力伺服刀架4的刀盘锁紧（如果被测刀位是动力头刀位，则还得控制动力头啮合）。接收到锁紧确定信号后连同当前工位信号一起反馈给上位工控机，完成一次换刀。

所述的下位测功机控制仪其上行方向通过RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口连接，下位测功机控制仪输出控制信号给测功机25，控制测功机25加载的扭矩。扭矩传感器和转速传感器将检测到的信号经过信号放大器放大后由上位工控机的A/D板进行数控采集，实现闭环控制，并且所加载的扭矩以及转速在VB控制界面实时显示。冷却机与上位工控机电连接，测功机25在工作时需要冷却水时，通过上位工控机来控制冷却机给测功机25提供冷却水。

参阅图2，图中给出了对模拟刀杆5加载试验的示意图，首先根据需要模拟的切削力大小及方向，通过调节切削力加载支撑装置的相互位置，来保证液压缸9所加载力的方向和角度满足要求。在VB控制界面上选定一定参数，包括目标工位，加载动、静态切削力大小及波形，通过下位可编程控制器PLC控制电磁换向阀和刀盘电机驱动器，转到目标工位，并对目标工位进行加载试验。在加载过程中通过压力传感器8、信号放大器与A/D板将加载力信号反馈给上位工控机进行实时监控。

由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台的工作原理：

参阅图1，图中给出了对2号加载杆加载试验时的示意图，首先转到需要测试的工位，然后将2号加载杆安装在动力头刀座20上，轴承加载装置22安装在2号加载杆21上，2号加载杆21的右端通过到弹性联轴器24与测功机25输出端连接。在试验之前，先根据动、静态切削力大小及方向，调整好轴承加载装置22的位置和角度，使1号加载杆6的轴线能够对准到轴承加载装置22中的壳体31上的圆柱体的球面上。最后通过上位工控机来控制，在VB控制界面上选定一定参数通过RS-232C端口与下位测功机控制仪通讯，下位测功机控制仪控制测功机25给转动的2号加载杆21施加扭矩，扭矩传感器和转速传感器检测到信号通过信号放大器和A/D卡反馈给上位工控机，进行闭环控制，同时进行实时监控。同时上位工控机控制冷却机，给测功机25提供冷却水，使得测功机能够长时间正常的运转。

本发明所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台在对被测动力伺服刀架4进行可靠性试验时，根据需要模拟的切削工况，设置好切削力加载装置。在VB界面上设置好加载力、振动频率、加载波形、加载时间、加载扭矩以及转速等各项参数，试验开始后，上位工控机控制被测动力伺服刀架4随机定位到目标工位，刀盘夹紧后，上位工控机接收到夹紧反馈信号后控制伺服阀对被测动力伺服刀架4加载，加载过程结束后，伺服阀控制液压缸9的活塞杆缩回，上位工控机继续控制被测动力伺服刀架4定位到下一个目标工位，夹紧后，又继续加载过程，在上位工控机的自动控制和监测下，整个试验过程循环有序地不断进行。

本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施例，或者说是一种较佳的具体的技术方案，它只适用于一定范围内的不同型号，不同尺寸的动力伺服刀架及数控砖塔刀架的可靠性试验，范围之外的不同型号，不同尺寸的动力伺服刀架的可靠性试验，基本的技术方案不变，但其所用零部件的规格型号将随之改变，如动力伺服刀架垫板、拉压力传感器和测功机等标准件的选择等，故本发明不限于实施这一种比较具体技术方案的描述。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，包括动力伺服刀架支撑部分，所述的动力伺服刀架支撑部分包括动力伺服刀架底座（2）和动力伺服刀架垫板（3），动力伺服刀架垫板（3）通过螺栓与动力伺服刀架底座（2）的顶板固定连接，动力伺服刀架底座（2）通过T型螺栓固定在地平铁（1）的左下方；其特征在于，所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台还包括切削力加载部分与动力头加载部分；

所述的切削力加载部分包括模拟刀杆（5）、切削力加载支撑装置和切削力加载装置，切削力加载支撑装置通过其中的切削力加载装置底座（18）固定在动力伺服刀架底座（2）右上方的地平铁（1）上，切削力加载装置通过其中的液压缸支撑架（11）螺栓固定在切削力加载支撑装置中的2号滑板（12）上，模拟刀杆（5）的一端安装在被测动力伺服刀架（4）的刀盘上；

所述的动力头加载部分包括轴承加载装置（22）、轴承加载装置底座（23）、2号加载杆（21）、弹性联轴器（24）、测功机（25）与XY工作台（26）；

测功机（25）通过螺栓安装在XY工作台（26）上，XY工作台（26）通过T型螺栓安装在动力伺服刀架底座（2）右侧的地平铁（1）上，测功机（25）的回转轴线和地平铁（1）的纵向对称面平行，并和地平铁（1）的上工作面平行，测功机（25）的输出端法兰与弹性联轴器（24）的右端法兰螺栓连接，弹性联轴器（24）的左端与2号加载杆（21）的右端键连接，2号加载杆（21）的左端通过弹簧卡头安装在被测动力伺服刀架（4）上的动力刀座（20）的右端，轴承加载装置（22）套装在2号加载杆（21）上为转动连接，轴承加载装置（22）的底部与轴承加载装置底座（23）的上部配装为接触连接，测功机（25）输出轴的回转轴线、弹性联轴器（24）的回转轴线、2号加载棒（21）的回转轴线与被测动力伺服刀架（4）上的动力刀座（20）的回转轴线共线。

2.按照权利要求1所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，所述的切削力加载支撑装置由切削力加载装置底座（18）、X方向导轨（16）、2个结构相同的Y方向导轨（17）、1号滑板（15）、左前支架（28）、右前支架（14）、转轴（13）、阶梯销轴（27）以及2号滑板（12）组成；

2个结构相同的Y方向导轨（17）采用螺栓相互平行地安装在切削力加载装置底座（18）中上工作面的两边，X方向导轨（16）采用螺栓固定在两个结构相同的Y方向导轨（17）上，X方向导轨（16）的纵向对称面和2个结构相同的Y方向导轨（17）的纵向对称面垂直，1号滑板（15）固定在X方向导轨（16）上，左前支架（28）与右前支架（14）分别安装在1号滑板（15）的两端，转轴（13）安装在左前支架（28）与右前支架（14）之间并采用螺栓固定，2号滑板（12）通过阶梯销轴（27）与螺栓和转轴（13）固定连接。

3.按照权利要求1所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，所述的切削力加载装置包括1号加载杆（6）、弹性装置（7）、压力传感器（8）、液压缸（9）、关节轴承（10）、液压缸支撑架（11）、关节轴承座、直线轴承以及1号轴（36）；

所述的液压缸（9）选用单活塞与双活塞杆式液压油缸，液压缸（9）的上端面通过四根螺柱与一个上端盖固定连接，液压缸（9）通过上端盖与关节轴承（10）铰接在液压缸支撑架（11）中顶板的下端面上，上端盖和液压缸（9）的上端面之间固定1号轴（36），1号轴（36）的轴线和液压缸（9）中的上活塞杆的轴线平行，1号轴（36）上套装有可在1号轴（36）上滑动的直线轴承，直线轴承的一端和上活塞杆的端部固定连接，直线轴承的另一端和自动控制部分中的位移传感器的内芯连接，液压缸（9）的下活塞杆的端部通过螺纹与压力传感器（8）的一端固定连接，压力传感器（8）的另一端与弹性装置（7）中右侧连接板上的螺纹通孔通过一根双头螺柱连接，1号加载杆（6）的一端和弹性装置（7）中左侧连接板上的螺纹通孔螺纹连接。

4.按照权利要求3所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，所述的弹性装置（7）由左侧连接板、右侧连接板、2个结构相同的套筒、2个规格相同的螺栓和2个规格相同的螺母组成，其中：左侧连接板与右侧连接板结构相同；

所述的左侧连接板与右侧连接板各为一长方形平板，其中心位置设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，2个结构相同的套筒的外径大于左侧连接板与右侧连接板上两侧的通孔的直径，2个规格相同的螺栓插入左侧连接板与右侧连接板上两侧的通孔中，2个结构相同的套筒套装在左侧连接板与右侧连接板之间的2个规格相同的螺栓上，再通过2个结构相同的螺母将左侧连接板、右侧连接板与2个结构相同的套筒固定连接在一起。

5.按照权利要求1所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，所述的轴承加载装置（22）包括左轴承盖（29）、1号轴承（30）、壳体（31）、隔圈（32）、2号轴承（33）、端盖（34）与右轴承盖（35）；

左轴承盖（29）通过螺栓固定在壳体（31）的左端面上，1号轴承（30）与2号轴承（33）安装在壳体（31）的中心通孔内，隔圈（32）安装在1号轴承（30）与2号轴承（33）之间，三者依次为接触连接，2号轴承（33）与固定在壳体（31）右端面上的端盖（34）接触连接，右端盖（35）通过螺栓固定在端盖（34）上。

6.按照权利要求1所述的由测功机和液压混合加载的动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，所述的轴承加载装置底座（23）由一块正方形的安装底板与一个横截面为正方形的长方体立柱组成，正方形的安装底板与长方体立柱的底端面之间为焊接连接，安装底板的中心处于长方体立柱的对称轴线上，正方形的安装底板的两端分别设置一个用于安装螺栓的通孔，长方体立柱的上表面加工成和轴承加载装置（22）的下端配装的U型槽。

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