CN104989703A - 一种数控磨床液压系统可靠性试验装置 - Google Patents

一种数控磨床液压系统可靠性试验装置 Download PDF

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Abstract

一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，机械控制系统主要控制头架主轴的转动、砂轮主轴的转动以及径向液压的进给；主轴液压系统的主要作用是控制砂轮主轴的悬浮；液压和尾架液压系统主要控制径向液压的进给、轴向液压的翻转和尾架的进给；电气控制系统主要控制各元器件之间相互协调工作。该试验装置模拟数控磨床的各种不同的工况，可编程控制器控制触摸屏保存液压系统运行过程中的测量的数据及故障数据，通过这些数据来计算、评价数控磨床量仪的可靠性水平。

Description

一种数控磨床液压系统可靠性试验装置
技术领域
本发明涉及一种用来评价数控磨床液压系统可靠性的试验装置，属于精密制造技术和工业自动化控制领域。
背景技术
高档数控机床是高科技集合的“工作母机”和“制造机器的机器”，是实现国家工业化和现代化的基础制造装备之一，数控机床的研发能力与技术水平已经成为衡量一个国家工业现代化水平与综合国力的重要标志。目前我国已经掌握了数控机床的部分关键技术，形成了自己的数控机床产业，但在中高档数控机床方面，与国外仍存在巨大的差距。数控磨床是一种利用磨具对工件进行加工的机床，广泛应用在机械加工制造业。数控磨床通常为精密零件加工的最后一道工序，其性能的好坏和可靠性的高低对零件加工的精度和加工的效率有着重要的影响。
液压系统是数控磨床的一种重要子系统，它主要控制主轴砂轮架的快进快退、尾架顶尖的进退、磨床润滑以及液压的驱动等。它的主要故障模式是系统无压力或低、噪音或振动、系统工作时有冲击、系统爬行、油温过高、执行元件速度低等。因此，液压系统可靠性的高低对零件加工精度有直接影响，该系统一旦出现故障磨床将无法保证精度、甚至无法正常工作，严重影响生产效率。
为了提高液压系统的可靠性，必须提前暴露该系统的故障以及各零部件的实际使用寿命，及时更换马上损坏的零部件，因此可靠性试验是必不可少的。为了提高液压系统的可靠性，需要选择可靠性高的零部件，而要想了解零部件的可靠性水平，必须进行可靠性试验。试验模拟实际运行过程中液压系统的不同工况，测量系统运行过程中的各个参数以及记录出现的故障，为提升数控磨床液压系统的可靠性提供可靠性数据。
由于数控磨床液压系统大部分都是外购外协件，在采购时必须进行可靠性试验以检测系统的可靠性。目前对液压系统的可靠性试验主要是在空载情况下进行的，导致采购及设计人员无法正确把控液压系统的可靠性，因而影响数控磨床整机的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，该装置包括机械控制系统、主轴液压系统、液压和尾架液压系统、电气控制系统。该试验装置可以模拟数控磨床液压系统的不同工况，可编程控制器控制触摸屏实时保存试验过程中的测量数据及出现的故障，以便后续通过这些数据进一步计算和评价数控磨床液压系统的可靠性。
机械控制系统控制头架主轴的转动、砂轮主轴的转动以及径向液压的进给；主轴液压系统控制砂轮主轴的悬浮；液压和尾架液压系统控制径向液压的进给、轴向液压的翻转和尾架的进给；电气控制系统控制各元器件之间相互协调工作。
机械控制系统包括头架、尾架、砂轮主轴、液压部分；头架部分是由头架变频电机(1)通过齿轮a(2)与头架主轴(4)上的齿轮b(3)连接，头架主轴(4)由轴承(5)支撑；尾架部分由顶尖b(19)和尾架(20)组成；工件(7)在顶尖a(6)与顶尖b(19)的带动下实现旋转；砂轮主轴是由主轴变频电机(13)通过同步带a(12)、同步带b(14)和同步带c(16)带动砂轮主轴(9)从而带动砂轮(8)实现对工件(7)的磨削；径向液压由金刚石测子(28)、液压臂(27)、液压缸d(26)和滑块(31)组成，液压伺服电机(22)通过联轴器(23)驱动丝杠(25)从而带动滑块(31)运动，滑块(31)在导向杆(32)的导向下实现沿z轴方向的运动，液压伺服电机(22)、联轴器(23)、丝杠(25)、径向液压由支撑板(24)固定，支撑板(24)固定在底座(33)上。
主轴液压系统由液压缸a(34)驱动砂轮主轴的悬浮，液压缸a(34)的换向功能是通过三位四通换向阀a(35)实现的，液压泵a(40)将油箱a(38)中的油液经过过滤器a(39)泵入三位四通换向阀a(35)，溢流阀a(37)安装在液压泵a(40)的出口实现对液压油压力的控制；压力计a(41)设在液压泵a(40)与三位四通换向阀a(35)之间的油路上，压力计a(41)用以测量液压泵a(40)出水口处的压力是否和溢流阀a(37)的设定压力相符，节流阀a(36)安装在三位四通换向阀a(35)的出口处，用以调节液压缸a(34)的油压。
液压和尾架液压系统分别由液压缸b(42)和液压缸c(43)驱动，液压缸b(42)驱动液压臂(27)在滑块(31)上实现径向进给；液压缸c(43)驱动尾架(20)通过顶尖(19)将工件(7)夹紧或松开。
电气控制系统是由可编程控制器(68)分别通过伺服驱动器(62)、变频器a(63)、变频器b(69)控制液压伺服电机(22)、主轴变频电机(13)、头架变频电机(1)的运行，同时可编程控制器(68)上接有交流接触器、交流接触器触点、绿色指示灯(57)、红色指示灯(58)、触摸屏(59)、振动传感器(18)、温度传感器(15)、压力传感器(10)、限位行程开关a(21)、限位行程开关b(30)、紧急停止按钮(64)、复位按钮(65)、停止按钮(66)以及启动按钮(67)。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明所述的试验装置可以模拟数控磨床液压系统的工作条件，记录数控磨床液压的故障数据，从而计算和评价数控磨床液压的可靠性水平。
2、本发明所述的试验装置可以根据数控磨床在不同压力下进行可靠性试验，通过可编程控制器控制溢流阀，从而控制液压缸的压力。温度传感器、压力传感器和振动传感器实时采集数据，触摸屏自动记录测量数据，并在出现故障时自动记录故障类型和故障时间。
3、本发明适用于数控磨床液压系统的可靠性试验，用来评价液压系统的可靠性水平，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是数控磨床液压系统可靠性试验装置的结构图；
图2是数控磨床液压系统可靠性试验装置的径向量仪结构图；
图3是数控磨床液压系统可靠性试验装置的轴向量仪结构图；
图4是数控磨床液压系统可靠性试验装置的砂轮主轴系统液压原理图；
图5是数控磨床液压系统可靠性试验装置的量仪和尾架系统液压原理图；
图6是数控磨床液压系统可靠性试验装置的电气控制原理图；
图7是数控磨床液压系统可靠性试验装置的量仪测量频率图；
图中：1.头架变频电机，2.齿轮a，3.齿轮b，4.头架主轴，5.轴承a，6.顶尖a，7.工件，8.砂轮，9.砂轮主轴，10.压力传感器，11.轴承b，12.同步带a，13.主轴变频电机，14.同步带b，15.温度传感器，16.同步带c，17.轴向液压，18.振动传感器，19.顶尖b，20.尾架，21.限位行程开关a，22.液压伺服电机，23.联轴器，24.支撑板，25.丝杠，26.液压缸d，27.液压臂，28.金刚石测子，29.测爪，30.限位行程开关b，31.滑块，32.导向杆，33.底座，34.液压缸a，35.三位四通换向阀a，36.节流阀a，37.溢流阀a，38.油箱a，39.过滤器a，40.液压泵a，41.压力计a，42.液压缸b，43.液压缸c，44.三位四通换向阀b，45.节流阀b，46.油箱b，47.过滤器b，48.液压泵b，49.压力计b，50.三位四通换向阀c，51.节流阀c，52.溢流阀b，53.交流接触器触点a，54.交流接触器a，55.交流接触器b，56.交流接触器c，57.绿色指示灯，58.红色指示灯，59.触摸屏，60.交流接触器触点b，61.交流接触器触点c，62.伺服驱动器，63.变频器a，64.紧急停止按钮，65.复位按钮，66.停止按钮，67.启动按钮，68.可编程控制器，69.变频器b。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，头架变频电机(1)通过齿轮a(2)与头架主轴(4)上的齿轮b(3)相啮合从而带动头架主轴(4)转动，工件(7)在顶尖a(6)和顶尖b(19)的带动下转动；主轴变频电机(13)通过同步带(12)、同步带(14)和同步带(16)带动砂轮主轴(9)转动，从而带动砂轮(8)实现对工件(7)的磨削；径向液压由金刚石测子(28)、液压臂(27)、液压缸d(26)和滑块(31)组成，由液压伺服电机(22)通过联轴器(22)驱动丝杠(25)从而带动滑块(31)运动，滑块(31)在导向杆(32)的导向下实现沿z轴方向的运动，液压伺服电机(22)、联轴器(23)、丝杠(25)、径向液压由支撑板(24)固定，支撑板(24)固定在底座(33)上；图2是径向量仪结构图；图3是轴向量仪结构图。
如图4所示，主轴液压系统由液压缸a(34)驱动砂轮主轴的悬浮，液压缸(34)的换向功能是通过三位四通换向阀a(35)实现的，液压泵a(40)将油箱a(38)中的油液经过过滤器a(39)泵入三位四通换向阀a(35)，溢流阀a(37)安装在液压泵a(40)的出口实现对液压油压力的控制，压力计a(41)用以测量液压泵出水口处的压力是否和溢流阀的设定压力相符，节流阀a(36)安装在三位四通换向阀a(35)的出口处，用以调节液压缸a(34)的油压。
如图5所示，液压和尾架液压系统分别由液压缸b(42)和液压缸c(43)驱动，液压缸b(42)驱动液压臂(27)在滑块(31)上实现径向进给；液压缸c(43)驱动尾架(20)通过顶尖(19)将工件(7)夹紧或松开。
如图6所示，整个试验装置由可编程控制器(68)控制，可编程控制器(68)通过伺服驱动器(62)驱动量仪伺服电机(22)转动，可编程控制器(68)分别通过变频器b(69)和变频器a(63)驱动头架变频电机(1)和主轴变频电机(13)转动，砂轮主轴(9)上安装有压力传感器(10)、温度传感器(15)和振动传感器(18)分别将砂轮主轴运行过程中的压力、温度、和振动等参数记录并保存在触摸屏(59)上，可编程控制器(68)通过紧急停止按钮(64)、复位按钮(65)、停止按钮(66)以及启动按钮(67)等控制数控磨床在试验过程中出现的各种状况。一旦液压系统出现故障，可编程控制器(68)立即控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)停止运转，红色指示灯(58)闪烁，同时，可编程控制器(68)向触摸屏(59)发送故障信号，触摸屏(59)保存并显示故障类型、故障发生时间。试验结束后，统计触摸屏(59)上的故障信息，用以计算、评估数控磨床液压系统的可靠性水平。
按下启动按钮(67)，可编程控制器(68)控制交流接触器a(54)得电，交流接触器触点a(53)接通，变频器b(69)通电。可编程控制器(68)向变频器b(69)发送转动信号，变频器b(69)控制头架变频电机(1)以固定的的转速运转。可编程控制器(68)控制交流接触器b(55)得电，交流接触器触点b(60)接通，变频器a(63)通电；可编程控制器(68)向变频器a(63)发送信号，变频器a(63)控制主轴变频电机(13)转动，从而带动砂轮(8)转动；可编程控制器(68)向液压缸d(26)发送信号，液压缸d(26)通过量仪臂(27)、测爪(29)带动金刚石测子(28)以图7中的频率n1、n2、n3、n4、n5进行测量。在此过程中，触摸屏(59)实时记录压力传感器(10)、温度传感器(15)和振动传感器(18)测量的数据。
一旦在运行过程中数控磨床的液压系统出现系统无压力或低、噪音或振动、系统工作时有冲击、系统爬行、油温过高、执行元件速度低等故障，可编程控制器(68)立即控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)停止运转，同时可编程控制器(47)向触摸屏(59)发送信号，触摸屏(59)记录故障的时间和类型。维修结束后的下一次循环试验。等试验结束后，统计触摸屏(59)上的数据，从而计算和评估量仪系统的可靠性。
在运行过程中按下停止按钮(66)，可编程控制器(68)控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)减速停止运转；在运行过程中按下紧急停止按钮(64)，可编程控制器(68)控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)立即停止运转。紧急情况解除后，可以按复位按钮(65)。
以上所述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的设计思想和权利要求的保护范围内，对本发明做出任何修改或改变，均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，其特征在于：该装置包括机械控制系统、主轴液压系统、液压和尾架液压系统、电气控制系统；
机械控制系统控制头架主轴的转动、砂轮主轴的转动以及径向液压的进给；主轴液压系统控制砂轮主轴的悬浮；液压和尾架液压系统控制径向液压的进给、轴向液压的翻转和尾架的进给；电气控制系统控制各元器件之间相互协调工作；
机械控制系统包括头架、尾架、砂轮主轴、液压部分；头架部分是由头架变频电机(1)通过齿轮a(2)与头架主轴(4)上的齿轮b(3)连接，头架主轴(4)由轴承(5)支撑；尾架部分由顶尖b(19)和尾架(20)组成；工件(7)在顶尖a(6)与顶尖b(19)的带动下实现旋转；砂轮主轴是由主轴变频电机(13)通过同步带a(12)、同步带b(14)和同步带c(16)带动砂轮主轴(9)从而带动砂轮(8)实现对工件(7)的磨削；径向液压由金刚石测子(28)、液压臂(27)、液压缸d(26)和滑块(31)组成，液压伺服电机(22)通过联轴器(23)驱动丝杠(25)从而带动滑块(31)运动，滑块(31)在导向杆(32)的导向下实现沿z轴方向的运动，液压伺服电机(22)、联轴器(23)、丝杠(25)、径向液压由支撑板(24)固定，支撑板(24)固定在底座(33)上；
主轴液压系统由液压缸a(34)驱动砂轮主轴的悬浮，液压缸a(34)的换向功能是通过三位四通换向阀a(35)实现的，液压泵a(40)将油箱a(38)中的油液经过过滤器a(39)泵入三位四通换向阀a(35)，溢流阀a(37)安装在液压泵a(40)的出口实现对液压油压力的控制；压力计a(41)设在液压泵a(40)与三位四通换向阀a(35)之间的油路上，节流阀a(36)安装在三位四通换向阀a(35)的出口处；
液压和尾架液压系统分别由液压缸b(42)和液压缸c(43)驱动，液压缸b(42)驱动液压臂(27)在滑块(31)上实现径向进给；液压缸c(43)驱动尾架(20)通过顶尖(19)将工件(7)夹紧或松开；
电气控制系统是由可编程控制器(68)分别通过伺服驱动器(62)、变频器a(63)、变频器b(69)控制液压伺服电机(22)、主轴变频电机(13)、头架变频电机(1)的运行，同时可编程控制器(68)上接有交流接触器、交流接触器触点、绿色指示灯(57)、红色指示灯(58)、触摸屏(59)、振动传感器(18)、温度传感器(15)、压力传感器(10)、限位行程开关a(21)、限位行程开关b(30)、紧急停止按钮(64)、复位按钮(65)、停止按钮(66)以及启动按钮(67)。
2.根据权利要求1所述的一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，其特征在于：整个试验装置由可编程控制器(68)控制，可编程控制器(68)通过伺服驱动器(62)驱动量仪伺服电机(22)转动，可编程控制器(68)分别通过变频器b(69)和变频器a(63)驱动头架变频电机(1)和主轴变频电机(13)转动，砂轮主轴(9)上安装有压力传感器(10)、温度传感器(15)和振动传感器(18)分别将砂轮主轴运行过程中的压力、温度、和振动参数记录并保存在触摸屏(59)上，可编程控制器(68)通过紧急停止按钮(64)、复位按钮(65)、停止按钮(66)以及启动按钮(67)控制数控磨床在试验过程中出现的各种状况；一旦液压系统出现故障，可编程控制器(68)立即控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)停止运转，红色指示灯(58)闪烁，同时，可编程控制器(68)向触摸屏(59)发送故障信号，触摸屏(59)保存并显示故障类型、故障发生时间；试验结束后，统计触摸屏(59)上的故障信息，用以计算、评估数控磨床液压系统的可靠性水平。
3.根据权利要求1所述的一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，其特征在于：按下启动按钮(67)，可编程控制器(68)控制交流接触器a(54)得电，交流接触器触点a(53)接通，变频器b(69)通电；可编程控制器(68)向变频器b(69)发送转动信号，变频器b(69)控制头架变频电机(1)以固定的的转速运转；可编程控制器(68)控制交流接触器b(55)得电，交流接触器触点b(60)接通，变频器a(63)通电；可编程控制器(68)向变频器a(63)发送信号，变频器a(63)控制主轴变频电机(13)转动，从而带动砂轮(8)转动；可编程控制器(68)向液压缸d(26)发送信号，液压缸d(26)通过量仪臂(27)、测爪(29)带动金刚石测子(28)以图7中的频率n1、n2、n3、n4、n5进行测量；在此过程中，触摸屏(59)实时记录压力传感器(10)、温度传感器(15)和振动传感器(18)测量的数据。
4.根据权利要求1所述的一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，其特征在于：一旦在运行过程中数控磨床的液压系统出现系统无压力或低、噪音或振动、系统工作时有冲击、系统爬行、油温过高、执行元件速度低等故障，可编程控制器(68)立即控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)停止运转，同时可编程控制器(47)向触摸屏(59)发送信号，触摸屏(59)记录故障的时间和类型；维修结束后的下一次循环试验；等试验结束后，统计触摸屏(59)上的数据，从而计算和评估量仪系统的可靠性。
5.根据权利要求1所述的一种数控磨床液压系统可靠性试验装置，其特征在于：在运行过程中按下停止按钮(66)，可编程控制器(68)控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)减速停止运转；在运行过程中按下紧急停止按钮(64)，可编程控制器(68)控制头架变频电机(1)、主轴变频电机(13)、量仪伺服电机(22)立即停止运转；紧急情况解除后，可以按复位按钮(65)。
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