CN103286635A - 一种数控车床样机测试流程及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控车床样机测试流程及评价方法，通过系统性的性能测试、可靠性测试、切削能力测试流程实现对数控车床样机的综合评测，并利用层次分析法与同类型产品进行全面对比分析得出数控车床样机方案的优劣，为样机的进一步完善提供支撑。本发明参考国标GB/T16462系列、JBT4368.3以及ISO230系列、ASMEB5.57等各类标准并结合企业自身研究成果，针对数控车床样机测试提出相应的测试流程以及评价方法，具备操作性强、全面、科学的特点。

Description

一种数控车床样机测试流程及评价方法

技术领域

本发明涉及一种数控车床样机测试流程及评价方法，属于机床性能评测技术领域。该技术通过系统性的性能测试、可靠性测试、切削能力测试流程实现对数控车床样机的综合评测，并利用层次分析法与同类型产品进行全面对比分析得出数控车床样机方案的优劣，为样机的进一步完善提供支撑。

背景技术

目前缺乏针对数控车床样机进行全面测试的流程及评价方法，国内外相关标准规定了大部分测试项目的测试方法、测试仪器，但没有形成针对具体数控车床样机的系统、全面测试流程、测试项目以及评价方法。

发明内容

本发明的目的是针对数控车床样机测试提出相应的测试流程以及评价方法，该方法是对各类标准的有益补充，具备操作性强、全面、科学的特点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种数控车床样机测试流程，其特征在于：主要包括性能测试、切削测试以及可靠性测试三部分，所述的性能测试包括主轴动态误差测试、动平衡测试、模态试验与分析、ODS试验与分析、静刚度测试、主轴和刀架系统动刚度试验、噪声测试、热特性测试和几何精度测试；

所述的切削测试包括切削振动测试试验、切削力测试、电能质量测试、切削负荷试验、精切试验、经时试验；

所述的可靠性测试包括空运转试验、空运转加速试验、安全试验、精度保持性测试。

一种基于前述测试流程的数控车床样机评价方法，其特征在于：针对样机及样机改型前产品进行对比试验，采集性能测试、切削测试及可靠性测试的数据指标，利用层次分析法，客观评分确定判断矩阵，通过计算得出样机方案的综合评分。

本发明针对目前数控车床性能测试基础数据相对匮乏的情况，本专利提出通过与性能、结构类似数控车床进行全面对比等方式来评测待测样机的整体性能。引入AHP方法对测试结果及两款机床方案进行总体比较。建立包括主轴动态误差、联动圆度、动刚度、静刚度、主轴热漂移（温升）、几何精度、切削能力以及电能质量在内的9个性能评价指标。通过工具软件计算得出两个方案的综合对比，分析得出数控车床样机方案的优劣，为样机的进一步完善提供支撑。本发明参考国标GB/T16462系列、JBT4368.3以及ISO230系列、ASME B5.57等各类标准并结合企业自身研究成果，针对数控车床样机测试提出相应的测试流程以及评价方法，具备操作性强、全面、科学的特点。

附图说明

图1为数控车床样机测试流程整体构架框图。

具体实施方式

一种数控车床样机测试流程，分为性能测试、切削测试以及可靠性测试三个环节，在性能测试环节，主要进行各项性能测试项目，同时性能测试过程还相当于可靠性运转试验；切削测试主要进行切削负荷、精切测试、切削力测试，同时切削过程相当于可靠性加载试验；可靠性测试主要包括运转加速、经时试验以及精度保持性测试。

表1：各项测试项目的名称、说明以及重要度

表2：各项测试的分组以及实施顺序

2.测试数控车床需满足的基本要求：

1）如果用于数控车床的样机评测试验，则机床应为按技术条件等标准检验合格的产品；

2）试验场地应符合有关标准要求，应满足下述的正常试验大气条件：环境温度：15～35℃；相对湿度：45%～75%；大气压力：86～106kPa。

3）试验前按使用说明书规定安装和调整机床，并注入适量润滑油。

4）指定专人负责样机试验的组织和实施，明确试验人员、操作人员和现场准备人员的职责，试验日记等表格应准备就绪，对机床试验中出现的问题做好详细记录。

5）模态测试等个别项目需拆除防护（或安装防护前测试），应协调试验顺序，使测试在满足要求下进行。

6）对于切削类测试应按照样机设计人员及工艺人员的要求，选择刀具、材料以及切削参数等，确保切削过程中不会对样机及人员等造成伤害。

7）所列测试项目应结合样机及测试条件进行合理的选择，以保障样机及测试仪器不受损害为前提。

3.各项测试项目内容及测试方法

1）模态试验与分析ODS试验与分析

■掌握机床整机和部件的固有频率、阻尼比、模态振型等模态参数，模态分析是振动故障诊断的基础，模态参数的拾取也是故障诊断的重要判断依据；

■通过某一工况的ODS试验来验证哪几阶模态在实际加工中被激发，与第一部分的切削试验互为验证。并且可以确定结构上的主要薄弱环节，工作振型动画为设计人员进行结构修改提供借鉴依据。

■机械装配和电气调试完成；未装防护；液压站隔离。

■为全面了解的薄弱环节，获取机床整机模态振型，进行整机锤击法模态试验。为获得机床在运作模式下整机的振动变形情况，进行ODS（operating deflection shape）试验，测试机床在空转时（工作常用转速），机床的整体变形情况。

2）空运转试验

■按照JB/T4368.3的规定或自身编制的数控程序进行空运转试验。

■空运转试验时间应至少为48小时。

■试验中，冷却液应开启。

■观察机床故障情况，一旦发现故障，应根据故障判定和计数原则，识别故障，并按附表1记录。

3）几何精度测试

■利用激光干涉仪进行伺服轴定位精度、重复定位精度测试。

■测试前应对伺服轴进行一定时间的运行预热，并在预热情况下进行螺距补偿。

4）动平衡测试

■按照JB/T4368.3的规定进行动平衡测试。

■转速应选择机床常用转速进行测试。

5）静刚度测试

■按照GB/T13574规定的方法进行静刚度测试。

■每一次测试时指示器基座及指针测试位置应保持一致。

6）主轴动态误差测试

■测试流程及方法参考ASME及ISO等国际标准。

■应将转速关注及选择在常用转速。

■采用预热4小时及冷态测试两种方式进行对比。

■测试结果应与后期精切试验进行对比分析。

7）电气系统测试

■机械装配和电气调试完成；动作实验及空运转实验完成；防护安装。■测试过程及结果分析参考《GBT24343-2009工业机械电气设备绝缘电阻试验规范》与《GBT24344-2009工业机械电气设备耐压试验规范》。

8）热特性测试

■测试流程及方法参考ASME及ISO等国际标准。

■测试时间应在4小时以上，保证机床达到热平衡状态。

■测试过程中，应结合热成像仪及温度传感器对关键点的温升进行考量。

9）伺服动态测试测试

■测试XZ轴联动精度，在行程允许下尽量运行整圆轨迹。

■应按照先逆时针后顺时针测试三次，再按照先瞬时针后逆时针测试三次，测试结果取平均。

10）切削力测试

■试验需明确使用刀具、工件材质、主轴转速、切削速度、进给速度、切深、切削方向、冷却润滑方式等。

■优化切削工艺参数，或者对机床结构提出改进建议。

11）切削振动测试

■设计人员提供机床基本技术参数，特别是主轴电机最高转速，各级传动比，主轴箱内部各级齿轮齿数，选用轴承类型，轴承内外环直径，轴承滚珠数。

■通过分析和对比空转及切削时的振动参数，可以分析出强迫振动和自激振动哪一项对机床的振动影响最大，找到结构发生振动的主要原因，寻找振源。

12）主轴和刀架系统动刚度试验

■利用锤击法对刀架及主轴进行激励，得出刀架及主轴的三方向的动刚度曲线，确认主轴与刀架的薄弱环节。

13）切削负荷试验

■电能质量测试同步进行，按照设计时的最大功率、扭矩切削参数进行切削，监控电机及机床功率情况，判断电机选择等是否合理。

■包括最大扭矩、最大功率试验、最大切削抗力试验，参考JB/t4368.3实施。

14）精切试验

■加工试件的数量及结构由测试委托方决定。

如果委托方没有具体要求可选择GB/T16462样件P1(圆度、一致性)；样件P2(精车端面的平面度)；综合样件P4(车削轮廓和理论轮廓的偏差)。

■按规定的要求安装好试件，进行加工切削。

■测试结果按附表3填写加工试件检测表。

15）噪声试验

■测试过程必须保证环境噪声不会对测试造成影响。

16）空运转加速试验

■在空运转试验内容基础上，数控成形的设置主轴采用中速和高速运转，并增加部件快速移动和主轴高速运行的时间，增大冷却液体的喷射量、增加模拟切削运动等。

■空运转加速试验时间应至少24小时。

■观察机床故障情况，一旦发现故障，应根据故障判定和计数原则，识别故障，并按附表4记录。

17）经时试验

■在规定时间内、断续加工试件，考察加工精度变化。计划与运转试验结合，断续加工阶梯圆柱，检测轮廓度、粗糙度、尺寸分散度的变化。

18)安全性试验

■按GB5226.1、GB22997、GB22998的规定进行安全试验。一般应包括安全防护装置、联锁装置、控制装置、运动部件、排屑装置等试验。

■机床动作安全试验的次数应至少20次，功能安全试验应至少10次，其他试验的次数按有关规定进行。

19)精度保持性试验

■样机测试过程中测试次数应不少于3次。

■测试项目包括几何精度测试、主轴回转误差等。

4.样机评价方法

针对样机及样机改型前产品进行对比试验，采集性能测试、切削测试及可靠性测试的数据指标，利用层次分析法，建立包括主轴动态误差、联动圆度、动刚度、静刚度、主轴热漂移（温升）、几何精度、切削能力以及电能质量在内的9个性能评价指标。客观评分确定判断矩阵，通过计算得出样机方案的综合评分。

Claims (2)

1.一种数控车床样机测试流程，其特征在于：主要包括性能测试、切削测试以及可靠性测试三部分，所述的性能测试包括主轴动态误差测试、动平衡测试、模态试验与分析、ODS试验与分析、静刚度测试、主轴和刀架系统动刚度试验、噪声测试、热特性测试和几何精度测试；

所述的切削测试包括切削振动测试试验、切削力测试、电能质量测试、切削负荷试验、精切试验、经时试验；

所述的可靠性测试包括空运转试验、空运转加速试验、安全试验、精度保持性测试。

2.一种基于权利要求1测试流程的数控车床样机评价方法，其特征在于：针对样机及样机改型前产品进行对比试验，采集性能测试、切削测试及可靠性测试的数据指标，利用层次分析法，客观评分确定判断矩阵，通过计算得出样机方案的综合评分。

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