CN105115743B - 数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法及装置，在磨床的头架上安装工件轴用以模拟被磨削工件，用四个气缸所施加的力以及两个磁粉制动器所施加的扭矩综合模拟砂轮轴和被磨削工件在实际磨削过程中的受力状态，对砂轮轴和工件轴同时分别施加载荷，实时采集载荷信号并反馈，对所施加的各载荷进行闭环控制。本发明可以较为准确的模拟出数控磨床在实际加工时的受力状态，为验证数控磨床工作可靠性提供了实验设备和试验方法，为提高磨床可靠性提供了技术基础，且能适应不同型号的外圆磨床。

Description

数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置

技术领域

本发明涉及一种数控外圆磨床可靠性试验用综合加载方法和加载装置。

背景技术

数控机床是机械工业中的基础设备，具有使用量大，应用范围广泛的特点，是先进制造技术的基本手段。然而，可靠性普遍不高严重制约了国产数控机床的发展。

为提高数控机床的可靠性，国内数控机床领域开展了多种机床加载装置的研究，以期利用加载装置模拟数控机床的实际工况，对各种工况下设备各部分的受力、变形、潜在故障隐患等进行记录和评价，找到薄弱环节并针对性地持续改进，从而提高可靠性。

现阶段，我国对机床加载装置的研究主要集中在数控车床（塔转刀架等）、数控铣床、加工中心以及通用高速电主轴等方面，在数控外圆磨床方面的研究较少。因此，对数控外圆磨床可靠性加载装置的研究对于数控外圆磨床可靠性评估与故障模式分析的开展具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术下的上述不足，本发明的目的在于提供一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法及装置，以填补国内数控外圆磨床可靠性试验加载技术的空白。

本发明的技术方案是：

一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法：在磨床的头架（用于夹持工件并带动工件旋转）上安装工件轴用以模拟被磨削工件，用气缸作为力载荷施加装置、用制动器作为扭矩载荷施加装置模拟实际磨削过程中磨床的砂轮轴和被磨削工件的受力状态，对砂轮轴和工件轴分别施加载荷，并对所施加的各载荷进行闭环控制，其中，对所述砂轮轴同时施加力载荷和扭矩载荷，对所述工件轴分时施加力载荷和扭矩载荷。

通过气缸对所述砂轮轴和所述工件轴模拟施加的力载荷均包括一个铅直向下的径向力载荷和一个水平指向轴心的径向力载荷。

优选采用微型荷重传感器实现所述闭环控制中对所施加的力载荷的实时采集，用所述气缸的活塞杆作为施加力载荷的执行元件，所述微型荷重传感器通过特制的传感器连接头安装在相应气缸的活塞杆的外伸端上。

关于气缸和制动器与砂轮轴和工件轴的安装关系：

对于所述砂轮轴，可以使所述砂轮轴与套在其上的砂轮轴套通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，使气缸的活塞杆指向所述砂轮轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述砂轮轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述砂轮轴固定连接；

对于所述工件轴，可以使气缸的活塞杆施力时直接作用于所述工件轴，优选地，还可以使所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，使气缸的活塞杆指向所述工件轴套，即施力时作用于所述工件轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述工件轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述工件轴固定连接。

作为进一步的技术方案：

对于所述砂轮轴，所述砂轮轴通常为锥形轴，其上可固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上再固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，也就是说套筒与砂轮轴旋转连接，所述套筒即构成所述砂轮轴套，在所述套筒的外表面上设置两处凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端向外延伸超出砂轮轴的外端部，且该外端固定安装有法兰盘，所述制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴连接，从而实现制动器与砂轮轴的同轴连接；

对于所述工件轴，优选在所述工件轴套的外表面上设置两处凹槽，所述凹槽可与微型荷重传感器的外侧配合，在所述凹槽的底部设置凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的外侧对应配合并嵌入相应的凹槽中，以及使所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的凹坑内。

一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，包括工件轴、砂轮轴加载装置和工件轴加载装置，所述砂轮轴加载装置和工件轴加载装置均采用闭环控制，

所述砂轮轴加载装置包括砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸和砂轮轴扭矩加载制动器，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在砂轮轴上的作用点位于砂轮轴的同一横截面上，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，且通过联轴器与所述砂轮轴同轴连接；

所述工件轴同轴安装在磨床的头架上，所述工件轴加载装置包括工件轴力加载装置和工件轴扭矩加载装置，所述工件轴力加载装置包括工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸，这两个气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在工件轴上的作用点位于工件轴的同一横截面上，所述工件轴扭矩加载装置包括工件轴扭矩加载制动器，工件轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，且通过联轴器与所述工件轴同轴连接。

所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸的活塞杆的外伸端上各自安装有一微型荷重传感器，用于实时测量出各气缸对外施加的压力，并反馈给各加载装置的动力伺服系统，从而精确控制各气缸的压力。

作为进一步的技术方案：所述砂轮轴上可以固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，气缸施力时作用在所述套筒上。所述套筒的外表面上设有两处凹坑，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端固定安装有法兰盘，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴轴向浮动连接，相当于实现了与砂轮轴的连接；

所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，气缸施力时作用在所述工件轴套上。所述工件轴套的外表面上设有两处凹槽，所述凹槽可与微型荷重传感器的外侧相配合，所述凹槽的底部设有凹坑，工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的外侧各自与相应的凹槽配合并嵌入相应的凹槽中，且所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的凹坑内，所述工件轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述工件轴的自由端轴向浮动连接。

所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸均优选采用电气比例阀控制气缸。

所述砂轮轴扭矩加载制动器和工件轴扭矩加载制动器均优选采用磁粉制动器。

前述各所述数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法及装置中所称的支架泛指中间连接件，既可以是同一个零件，也可以是不同的零件，既可以是某一个独立零件，也可以是一系列独立零件的安装组合。本申请中优选将砂轮轴加载装置和工件轴力加载装置安装在同一个支架上，该支架再固定在砂轮架上。

本发明的有益效果为：

（1）用四个气缸所施加的力分别模拟砂轮轴和工件轴在实际磨削过程中所受的铅直向下径向力载荷和法向力载荷，用两个磁粉制动器所施加的扭矩分别模拟砂轮轴和工件轴在实际磨削过程中所受扭矩，且允许同时加载，因此可以较为真实地模拟出磨床在实际加工中的受力状态（主要是切向磨削力、法向磨削力和重力）。

（2）加载装置结构简单，尺寸紧凑，安装拆卸方便。

（3）多个载荷加载装置（如砂轮轴加载装置和工件轴力加载装置）直接或间接固定安装在一块由钢板制成的平台（即加载支架17）上，此平台通过过渡联接块2与砂轮架连接，这种安装方式能将加载装置引起的各种力的影响限定在砂轮轴、工件轴和砂轮架之间，是对真实磨削过程的一个较为近似的模拟。

（4）选用气压缸与电气比例阀配合使用，可实现力的无级加载，精确调控。

（5）选用磁粉制动器输出扭矩，制动范围较广，且控制精度高、控制方法简单，调节输入电流即可方便改变输出的扭矩。

（6）不同型号的数控外圆磨床，砂轮轴的锥度可能不同。采用本发明的加载装置及其相关的连接结构和连接方式，可以根据不同型号机床的实际情况，通过制作不同结构参数的过渡连接件实现相应加载装置的通用性。例如，通过制作不同内锥度的锥套和不同尺寸的模拟砂轮套，保证砂轮轴加载装置的通用性，通过改变过渡安装块35的尺寸来实现工件轴扭矩加载装置的通用性，通过采用不同结构尺寸的过渡联接块2可以使本发明的试验装置针对不同型号磨床的砂轮架的安装具有通用性。

（7）所述套筒下采用滚动轴承特别是两个面对面安装的角接触球轴承，其回转摩擦力小，工作寿命长，对保证加载装置本身可靠性有重要意义。

（8）工件轴上套有一自旋转直线轴承，在极小的磨擦阻力下旋转，能获得高精度的平稳运动，从而模拟真实磨削过程中工件轴的移动，使对工件轴不同轴向位置的受力模拟成为可能。

（9）在自旋转直线轴承外面的轴套上设置凹槽及凹槽底部的凹坑结构，可以有效避免直线轴承在加载过程中相对力传感器发生轴向移动，以及避免自旋转直线轴承在加载过程中发生旋转。既很好地利用了自旋转直线轴承的可直线移动特点扩展了试验范围，又避免了在同一个轴向位置上试验时的不应有的轴向移动，提高了加载装置本身的可靠性。

附图说明

图1是本发明的砂轮轴加载装置的一种实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的工件轴力加载装置的一种实施例的结构示意图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5是本发明的工件轴力传感器与直线轴承安装结构示意图（图3的I放大图）；

图6是本发明的工件轴扭矩加载装置的一种实施例的结构示意图；

图7是图6的A向视图；

图8是本发明的加载装置载荷控制系统原理图。

具体实施方式

参见图1-8，本发明提供了一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法：在磨床的头架上安装工件轴用以模拟被磨削工件，用气缸4、18、25、28作为力载荷施加装置、用制动器7、33作为扭矩载荷施加装置模拟实际磨削过程中磨床的砂轮轴和被磨削工件的受力状态。采用微型荷重传感器对所施加的力载荷进行实时采集，利用间接测量法得到扭矩信号，将采集到的信号传送给加载装置的控制系统进行数据处理，并最终反馈给各个载荷控制装置，包括输出的电信号作用于电气比例阀控制气缸4、18、25、28的运动，作用于磁粉制动器7、33控制扭矩的大小，从而实现对所施加的各载荷进行闭环控制，以实现对砂轮轴和工件轴的各载荷独立、同时施加，模拟真实载荷，由此验证数控磨床的可靠性。

其中，对所述砂轮轴施加力载荷和扭矩载荷优选为同时进行；对所述工件轴，施加力载荷时工件轴采用双顶尖装夹方式，施加扭矩载荷时工件轴采用夹盘装夹方式，综合力载荷和扭矩载荷来模拟磨削过程中被磨削工件的受力状态。由于装夹方式不同，力载荷和扭矩载荷需要分次加载。

对所述砂轮轴和所述工件轴模拟施加的力载荷均包括一个铅直向下的径向力载荷和一个水平指向相应轴心的径向力载荷，针对同一轴的铅直向下径向力载荷和水平径向力载荷的作用点优选位于相应轴的同一横截面上，以使模拟情况更接近实际磨削时的情形。所述气缸的活塞杆用作施加力载荷的执行元件，所述微型荷重传感器则通过该传感器专用的连接头安装在相应气缸的活塞杆的外伸端上。

本发明所基于的原理是：外圆磨削过程中，磨削位置所受的力可分解为轴向力Fa、铅直向下径向力载荷力Ft和法向力Fn。对于数控外圆磨床来说，轴向力Fa通常可以忽略，而对砂轮轴（工件轴同理）而言，铅直向下径向力载荷力Ft又可分解为一个过砂轮轴轴心且平行于铅直向下径向力载荷力Ft的力Fta和扭矩M。因此只要模拟过轴心的力Fta和扭矩M，就相当于模拟出了铅直向下径向力载荷力Ft。由于砂轮轴除了受到竖直向上的铅直向下径向力载荷磨削力，还受到砂轮和卡盘自重引起的竖直向下的力，而砂轮和卡盘的自重较大，两者的合力往往向下。因此可以将砂轮轴受到的磨削力和重力等效替换为力Fta与重力的合力（竖直向下）、法向力Fn（水平指向轴心的）以及扭矩M，相应的力通过气缸模拟，相应的扭矩通过制动器模拟。

气缸和制动器与砂轮轴和工件轴的安装关系为：

对于所述砂轮轴，将砂轮与保护罩拆去，可以使所述砂轮轴与套在其上的砂轮轴套通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，使气缸的活塞杆指向所述砂轮轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述砂轮轴套的外径上，使所述制动器通过一支架固定连接在磨床的砂轮架1上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述砂轮轴固定连接；

对于所述工件轴，可以使气缸的活塞杆施力时直接作用于所述工件轴，优选地，还可以使所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，使气缸的活塞杆指向所述工件轴套，即施力时作用于所述工件轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述工件轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述工件轴固定连接。

作为气缸和制动器与砂轮轴和工件轴的安装关系的进一步优化技术方案是：

对于所述砂轮轴，由于所述砂轮轴通常为锥形轴，可在其上固定安装一带内锥孔的锥套11，所述锥套上再固定套设模拟砂轮套5，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒3之间通过滚动轴承/滚动轴承组12旋转连接，也就是说套筒与砂轮轴旋转连接，所述套筒即构成所述砂轮轴套，在所述套筒的外表面上设置两处凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端向外延伸超出砂轮轴的外端部，且该外端固定安装有法兰盘9，所述磁粉制动器7通过膜片联轴器6与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴连接，从而实现制动器与砂轮轴的同轴连接。

对于所述工件轴，优选在所述工件轴套的外表面上设置两处凹槽，所述凹槽可与微型荷重传感器的外侧配合，在所述凹槽的底部设置凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的外侧对应配合并嵌入相应的凹槽中，以及使所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的凹坑内。

本发明还提供了一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，包括工件轴23、砂轮轴加载装置和工件轴加载装置，所述砂轮轴加载装置和工件轴加载装置均采用闭环控制。

所述砂轮轴加载装置包括砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸（气缸4）、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸（气缸18）和砂轮轴扭矩加载制动器，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架1位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在砂轮轴上的作用点位于砂轮轴的同一横截面上，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，且通过联轴器6与所述砂轮轴同轴连接。

所述工件轴同轴安装在磨床的头架上，所述工件轴加载装置包括工件轴力加载装置和工件轴扭矩加载装置，所述工件轴力加载装置包括工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸（气缸25）和工件轴水平径向力载荷加载气缸（气缸28），这两个气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架形成位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在工件轴上的作用点位于工件轴的同一横截面上，所述工件轴扭矩加载装置包括工件轴扭矩加载制动器（磁粉制动器33），工件轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的工作台36上，且通过联轴器32与所述工件轴同轴连接。

作为一个具体的实施例，所述砂轮轴加载装置的基本结构（参见图1、2）如下：在砂轮轴14上安装锥套11、模拟砂轮套5和套筒3，锥套右端用轴端锁紧螺母10压紧固定在砂轮轴上，锥套和模拟砂轮套通过螺钉固定连接，套筒3与模拟砂轮套之间是密封脂润滑角接触球轴承12，其回转摩擦力小，工作寿命长，对保证加载装置本身可靠性有重要意义。利用电磁比例阀控制砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸4和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸18（以下简称气缸4、18）对套筒3施加作用力，从而实现对实际磨削产生的切向磨削力所分解得到的过轴心且平行于该铅直向下径向力载荷力的分力与重力的合力和法向磨削力的分别模拟。气缸4、18活塞杆头部通过传感器安装杆件与微型荷重传感器16、19连接，可以实时测量出气缸4、18对下面的套筒3产生的压力，并反馈给动力伺服系统，从而精确控制气缸4、18的压力。为了加载的稳定性，在套筒3上做有凹坑，可以将微型荷重传感器16、19的接触头顶在凹坑内，防止套筒3随着砂轮轴14转动。由于砂轮轴除了受到竖直向上的切向磨削力，还受到砂轮轴和卡盘自重引起的竖直向下的力，而砂轮轴和卡盘的自重通常较大，两者的合力往往向下，所以去掉砂轮后，气缸4应安装在上面，向下施加力。

砂轮轴扭矩加载制动器7优选采用磁粉制动器（以下简称磁粉制动器），磁粉制动器7对砂轮轴14施加扭矩，扭矩的大小通过调节磁粉制动器7的电流予以精确控制。所述模拟砂轮套的外端（远离砂轮架的一端）通过螺钉与连接有法兰盘9，法兰盘外侧的中心设置的与砂轮轴同轴的半轴，磁粉制动器7通过膜片联轴器6与所述半轴连接，从而将磁粉制动器7的扭矩经法兰盘、模拟砂轮套和锥套传递给砂轮轴，实现磁粉制动器7对砂轮轴的扭矩加载。将膜片联轴器6的左端子与所述半轴的连接结构设计成轴向浮动的，可以补偿磁粉制动器7安装过程中产生的轴向定位误差。

磁粉制动器7本体固定在砂轮轴制动器支架8上，砂轮轴制动器支架8固定在加载支架13上，加载支架13则通过过渡联接块2连接在砂轮架1上，由此实现所述砂轮轴扭矩加载制动器与砂轮架的连接。气缸4、18分别通过过渡安装板15和17安装在加载支架13上，通过加载支架13与砂轮架1的固定连接实现气缸4、18与砂轮架的连接。由于加载支架13用于安装气缸4、18的侧壁上设有滑槽，通过改变过渡安装板15和17相对滑槽的位置即可改变气缸4、18的安装位置，由此形成气缸4、18的缸体相对于砂轮架1的位置可调的连接。

针对不同型号的磨床，只需更改过渡联接块2和锥套11的锥度，即可保证本发明的加载装置的通用性，同时也保证了加载支架13的通用性。针对不同厂家的不同型号的磨床，可以通过改变过渡联接块2的尺寸以及改变过渡安装板15和17在加载支架13滑槽内位置来实现加载装置的通用性。

在实际磨削加工过程中，工件轴有两种安装方式：一种方式是将工件轴安装在双顶尖上，由拨爪给工件轴提供回转所需的扭矩；另一种方式是将工件轴安装在夹盘上，夹盘对工件进行完全约束并提供工件回转所需的扭矩。本发明将对工件轴分别进行力加载和扭矩加载。进行力加载时，工件轴采用第一种方式进行安装，进行扭矩加载时，工件轴采用第二种方式进行安装。为了能更为真实地模拟某一实际磨削状态下被磨削工件的受力状态，对工件轴施加扭矩载荷时所采用的工件轴通常是与施加力载荷时所用工件轴同等直径的较短轴，即尽管不同装夹方式不能用于同一次加载，但需要通过相关硬件设施的选配尽量模拟出同一次加载的效果。

作为一个具体的实施例，所述工件轴力加载装置的基本结构（参见图3、4、5）如下：

预制一根工件轴23用于模拟实际加工中的工件，工件轴23的两端用顶尖20支撑。与砂轮轴不同，工件轴在磨削加工的过程中一般会随工作台一起作轴向运动，所以需保证加载装置能在工件轴有轴向往复运动的情况下完成力加载。为此，在工件轴23上套设一自旋转直线轴承22，直线轴承22与工件轴套21相配合，工件轴23可以在直线轴承22中实现低摩擦、高精度的往复直线运动。工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸25和工件轴水平径向力载荷加载气缸28（以下简称气缸25、28）优选采用电气比例阀控制气缸，其加载力作用在直线轴承22外面的轴套21上，两个气缸的轴线成90°，分别模拟磨削产生的切向力所分解得到的过轴心且平行于该铅直向下径向力载荷力的分力与重力的合力和法向力。其中气缸25固定在工件轴气缸支架27上，支架通过螺钉与加载支架17连接。气缸28通过过渡安装板29直接固定到加载支架17上，节省了装置空间的同时增加了装置整体刚度。气缸25、28的活塞杆的外伸端通过传感器安装杆件与微型荷重传感器24、26连接，用于实时采集气缸25、28施力的大小。针对不同厂家的不同型号的磨床，可以通过改变过渡安装板29在加载支架17滑槽内位置来实现加载装置的通用性。

如图5所示，工件轴力传感器与直线轴承安装结构是本发明的一项重要设计。轴套21上与力传感器接触处，做了一个凹槽与力传感器外侧配合安装，可以避免直线轴承22在加载过程中相对力传感器发生轴向移动。同时，凹槽内凹坑与力传感器受力点即接触点相接触，可以避免自旋转直线轴承22在加载过程中发生旋转。

为了保证整个加载装置的可靠性，在工件轴23的加载过程中，可采取一次加载只作用于工件轴23一个位置的方式来施加载荷。下一次加载开始前，移动工作台使得工件轴23的力加载点发生变化再进行加载试验，以模拟真实磨削过程中工件轴的移动。

作为一个具体的实施例，所述工件轴扭矩加载装置的基本结构（参见图6、7）如下：

采用工件轴扭矩加载制动器33对工件轴施加扭矩。工件轴扭矩加载制动器33优选采用磁粉制动器（简称磁粉制动器33）。磁粉制动器33安装在工件轴制动器支架34上，工件轴制动器支架34固定在可调整的过渡安装块35上，过渡安装块35固定在工作台安装件31上。工作台安装件31通过工作台安装紧固件30与磨床的工作台连接。磁粉制动器33通过膜片联轴器32与所述工件轴的自由端连接，膜片联轴器32的左端子和工件轴的自由端之间采用轴向浮动连接。

可以根据不同型号外圆磨床的中心高，将过渡安装块35设计、加工成不同的厚度，以实现所述工件轴扭矩加载装置的通用性。

Claims (8)

1.一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法，其特征在于：在磨床的头架上安装工件轴用以模拟被磨削工件，用气缸作为力载荷施加装置、用制动器作为扭矩载荷施加装置模拟实际磨削过程中磨床的砂轮轴和被磨削工件的受力状态，对砂轮轴和工件轴分别施加载荷，并对所施加的各载荷进行闭环控制，其中，对所述砂轮轴同时施加力载荷和扭矩载荷，对所述工件轴分时施加力载荷和扭矩载荷，通过气缸对所述砂轮轴和所述工件轴模拟施加的力载荷均包括一个铅直向下的径向力载荷和一个水平指向轴心的径向力载荷，

对于所述砂轮轴，使所述砂轮轴与套在其上的砂轮轴套通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，使气缸的活塞杆指向所述砂轮轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述砂轮轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，所述制动器通过膜片联轴器与所述砂轮轴固定连接；

对于所述工件轴，使所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，使气缸的活塞杆指向所述工件轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述工件轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，所述制动器通过膜片联轴器与所述工件轴固定连接。

2.如权利要求1所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法，其特征在于：采用微型荷重传感器实现所述闭环控制中对所施加的力载荷的实时采集，用所述气缸的活塞杆作为施加力载荷的执行元件，所述微型荷重传感器通过传感器连接头安装在相应气缸的活塞杆的外伸端上。

3.如权利要求2所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法，其特征在于：

对于所述砂轮轴，所述砂轮轴上固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，所述套筒构成所述砂轮轴套，在所述套筒的外表面上设置两处凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端固定安装有法兰盘，所述制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴连接；

对于所述工件轴，在所述工件轴套的外表面上设置两处凹槽，并在所述凹槽的底部设置凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的外侧对应配合嵌入相应的凹槽中，以及使所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的凹坑内。

4.一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，其特征在于：

包括工件轴、砂轮轴加载装置和工件轴加载装置，所述砂轮轴加载装置和工件轴加载装置均采用闭环控制；

所述砂轮轴加载装置包括砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸和砂轮轴扭矩加载制动器，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在砂轮轴上的作用点位于砂轮轴的同一横截面上，砂轮轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，且通过联轴器与所述砂轮轴同轴连接；

所述工件轴同轴安装在磨床的头架上，所述工件轴加载装置包括工件轴力加载装置和工件轴扭矩加载装置，所述工件轴力加载装置包括工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸，这两个气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在工件轴上的作用点位于工件轴的同一横截面上，所述工件轴扭矩加载装置包括工件轴扭矩加载制动器，工件轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，且通过联轴器与所述工件轴同轴连接。

5.如权利要求4所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，其特征在于：所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸的活塞杆的外伸端上各自安装有一微型荷重传感器。

6.如权利要求5所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，其特征在于：

所述砂轮轴上固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，所述套筒的外表面上设有两处凹坑，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端固定安装有法兰盘，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴轴向浮动连接；

所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，所述工件轴套的外表面上设有两处凹槽，所述凹槽的底部设有凹坑，工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的外侧各自与相应的凹槽配合并嵌入相应的凹槽中，且所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的凹坑内，所述工件轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述工件轴的自由端轴向浮动连接。

7.如权利要求6所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，其特征在于：所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸均采用电气比例阀控制气缸。

8.如权利要求7所述的数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，其特征在于：所述砂轮轴扭矩加载制动器和工件轴扭矩加载制动器均采用磁粉制动器。