CN106872157A - 一种重型机床结构件装配应力测试试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于该试验平台包括底座、水平导轨、滑块、后支架、水平液压缸、立柱、平衡连接板、竖直液压缸和活动横梁。该试验平台能够测试重型机床双驱不同步时对装配应力和精度的影响、重型机床活动横梁自重对装配应力的影响和导轨的平行度和平面度误差对装配应力和精度的影响，测试结果可以为重型机床导轨装配优化，滑块预紧力优化，导轨平行度优化提供依据。

Description

一种重型机床结构件装配应力测试试验平台

技术领域

本发明涉及重型机床结构件装配应力模拟技术领域，具体是一种重型机床结构件装配应力测试试验平台。

背景技术

机床制造业是机械制造业的心脏，其性能水平已经成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志，重型数控龙门机床由于体积庞大，重量大，双驱不同步等，又有着区别于普通数控机床机械的自身特点，装配过程还受制于大型构件自身重力变形、加工误差尤其是导轨的直线度、平行度和平面度的影响、装配人员的技能水等因素制约着装配精度。因此，研究重型机床结构件装配应力在不同装配状态条件下应力应变和精度状态随时间的变化；应力放散效应对精度和精度保持性的影响具有重要意义。

近年来太原科技大学的温淑花等人深入研究了结合面间的动态基础特征参数，揭示了法向接触刚度、法向接触阻尼、切向接触刚度、切向接触阻尼随着法向载荷、切向载荷、分形尺度参数和结合面分形特征长度尺寸参数的变化规律，但未进一步研究机床上的滑动导轨表面的动态特性。南京理工大学的郭成、王维友等人研究了滑动导轨上的面压、滑块的滑动速度、润滑介质和贴塑对导轨的动刚度和阻尼的影响，模拟了机床横梁自重的变化对结合面动刚度带来的影响，但未模拟导轨间的不平行度和机床双驱不同步导致动刚度以及整体装配精度的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种重型机床结构件装配应力测试试验平台。该试验平台能够测试重型机床双驱不同步时对装配应力和精度的影响、重型机床活动横梁自重对装配应力的影响和导轨的平行度和平面度误差对装配应力和精度的影响，测试结果可以为重型机床结构精度保持性和可靠性研究提供基础数据。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于该试验平台包括底座、水平导轨、滑块、后支架、水平液压缸、立柱、平衡连接板、竖直液压缸和活动横梁；所述水平导轨、滑块、后支架、水平液压缸、立柱和竖直液压缸均为两个；两条水平导轨对称地布置在底座上；两个滑块分别安装于各自的水平导轨上，滑块与水平导轨的侧接触面之间存在间隙；两个立柱分别安装于各自的滑块上；两个后支架对称地安装在底座上，位于各自水平导轨的末端；两个水平液压缸通过各自的后支架固定在底座上，两个水平液压缸的液压缸杆分别通过铰接连接头与各自的立柱连接；两个立柱均与平衡连接板连接，通过平衡连接板将两个立柱连接起来；两个立柱侧面均开有竖直导轨，活动横梁安装于立柱的竖直导轨上；两个竖直液压缸固定在平衡连接板上，两个竖直液压缸的液压缸杆分别通过铰接连接头与活动横梁连接；

所述两个水平液压缸平行且处于同一水平面上；两个后支架与底座的结合面在同一水平面上且平行于水平导轨，两个后支架与各自的水平液压缸的结合面处在同一竖直平面内；水平液压缸的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与立柱的结合面；两个竖直液压缸平行且与平衡连接板结合面垂直，竖直液压缸的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与活动横梁的结合面。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1.该试验平台能够测试重型机床双驱不同步、活动横梁自重和导轨的平行度和平面度误差对装配应力和精度的影响，测试结果可以为重型机床导轨装配优化，滑块预紧力优化，导轨平行度优化提供依据。

2.重型机床由于底座、导轨宽大行程较长，所以双导轨之间的平行度对重型机床的影响大于普通机床，通过调节水平镶条和竖直镶条分别创造滑块与水平导轨、活动横梁与立柱的竖直导轨之间的平行度变化，从而模拟不同平行度情况下结合面的应力和应变的变化状态。

3.双驱是重型机床的一大特点，该试验平台利用双液压缸代替双驱电机、丝杠，利用节流阀调节创造双驱动的不同步、测试双驱不同步时对装配应力和精度的影响。

4.活动横梁自重也是重型机床有别于普通机床的另一大特点，在活动横梁加注砝码模拟重型龙门铣床横梁自重对装配应力、应变和精度的影响。

5.该试验平台导轨-滑块动结合面试验的状态与真实的重型机床上导轨-滑块动结合面的状态基本相同，保证了实验结果与实际应用的一致性。

附图说明

图1为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台图1的局部结构放大示意图；

图3为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的整体结构轴测示意图；

图4为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台图3的局部结构放大示意图；

图5为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的平衡连接板结构示意图；

图6为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的立柱结构示意图；

图7为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的后支架结构示意图；

图8为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的滑块结构示意图；

图9为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的活动横梁结构示意图；

图10为本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台一种实施例的滑块、水平导轨与水平镶条结合处的剖面图；(图中：1、底座；2、水平导轨；3、水平镶条；4、滑块限位板；5、滑块调节螺栓；6、滑块；7、油槽；8、后支架；9、水平液压缸；10、立柱；11、平衡连接板；12、竖直镶条；13、竖直液压缸；14、活动横梁；15、横梁调节螺栓；16、活动横梁限位板)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种重型机床结构件装配应力测试试验平台(简称试验平台，参见图1-10)，包括底座1、水平导轨2、滑块6、后支架8、水平液压缸9、立柱10、平衡连接板11、竖直液压缸13和活动横梁14；所述水平导轨2、滑块6、后支架8、水平液压缸9、立柱10和竖直液压缸13均为两个；两条水平导轨2对称地布置在底座1上；两个滑块6分别安装于各自的水平导轨2上，滑块6与水平导轨2的侧接触面之间存在间隙，滑块6与水平导轨2之间能够相对滑动，滑块6通过自身的储油槽61中的润滑油为滑块6与水平导轨2之间相对滑动提供润滑；两个立柱10通过螺栓分别安装于各自的滑块6上；两个后支架8对称地安装在底座1上，位于各自水平导轨2的末端；两个水平液压缸9通过各自的后支架8固定在底座1上，两个水平液压缸9的液压缸杆分别通过铰接连接头与各自的立柱10连接；两个立柱10通过螺栓均与平衡连接板11连接，通过平衡连接板11将两个立柱10连接起来，增加其刚性，同时用于抵消两个竖直液压缸13和活动横梁14产生的重心偏移；两个立柱10侧面均开有竖直导轨，活动横梁14安装于立柱10的竖直导轨上，活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间能够相对滑动，活动横梁14通过自身的储油槽141中的润滑油为活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间相对滑动产生润滑；两个竖直液压缸13通过螺栓固定在平衡连接板11上，两个竖直液压缸13的液压缸杆分别通过铰接连接头与活动横梁14连接。

所述试验平台还包括油槽7；所述油槽7布置在底座1的上表面的四周，用于承接水平导轨2上流下的油；

所述两个水平液压缸9平行且处于同一水平面上；两个后支架8与底座1的结合面在同一水平面上且平行于水平导轨2，两个后支架8与各自的水平液压缸9的结合面处在同一竖直平面内；水平液压缸9的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与立柱10的结合面；两个竖直液压缸13平行且与平衡连接板11结合面垂直，竖直液压缸13的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与活动横梁14的结合面。

每个滑块6上通过螺栓均安装有滑块限位板4，用于限制滑块6的竖直方向的自由度，使得滑块6与水平导轨2的配合更加紧密和牢固；所述水平导轨2的一侧面与对应的滑块6的一侧面之间安装有两块水平镶条3；滑块6的同侧面安装有滑块调节螺栓5，滑块调节螺栓5能够穿过滑块6的侧面与水平镶条3接触；所述水平镶条3有内孔，用于插入滑块调节螺栓5，内孔直径大于滑块调节螺栓5的外径，滑块调节螺栓5的底面紧贴着内孔底面；两块水平镶条3水平布置，形状为楔形，与水平导轨2侧面结合处为平面，与滑块6结合处为斜面，通过调节滑块调节螺栓5在滑块6中的位置，进而压紧或放松两块水平镶条3来调整滑块6与水平导轨2的间隙与平行度，从而模拟水平导轨2在不同平行度情况下的应力状态。

活动横梁14上通过螺栓安装有活动横梁限位板16，用于限制活动横梁14倾翻，使得活动横梁14与立柱10的竖直导轨的配合更加紧密和牢固；两个立柱10的竖直导轨的一侧面与活动横梁14之间均安装有两块竖直镶条12；活动横梁14的两侧面安装有横梁调节螺栓15，横梁调节螺栓15能够穿过活动横梁14的侧面与竖直镶条12接触；所述竖直镶条12有内孔，用于插入横梁调节螺栓15，内孔直径大于横梁调节螺栓15的外径，横梁调节螺栓15的底面紧贴着内孔底面；两块竖直镶条12竖直布置，形状为楔形，与立柱10的竖直导轨侧面结合处为平面，与活动横梁14结合处为斜面，通过调节横梁调节螺栓15在活动横梁14中的位置，进而压紧或放松两块竖直镶条12来调整活动横梁14与立柱10的竖直导轨的间隙与垂直度，从而模拟立柱10的竖直导轨在不同平行度情况下的应力状态；通过调节活动横梁14上的配重，从而模拟机床横梁不同重量下的各个结合面的应力状态变化。

所述每条水平导轨2均为双轨道，承重面增大，与滑块6配合更加稳定，从而满足了整个试验平台模拟重型机床承受大载荷的需求。所述立柱10的竖直导轨均为双轨道，与活动横梁14配合接触面增大，从而模拟重型机床活动横梁14所带加工刀具加工时，减小冲击应力载荷下对精度的影响。

所述滑块调节螺栓5的数量为四个；横梁调节螺栓15的数量为三个。

本发明重型机床结构件装配应力测试试验平台的工作原理和工作流程是：

1)测试重型机床双驱不同步时对装配应力和精度的影响：通过两个水平液压缸9的两根液压缸杆输出的不同步，来模拟重型机床双驱动的不同步现象，从而可以得到两个驱动之间驱动力之差，在此差值下，龙门框架势必发生变形，从而影响立柱10与滑块6之间、立柱10与平衡连接板11之间结合面的应力变化。

2)测试重型机床活动横梁自重对装配应力的影响：重型龙门机床的活动横梁重量很大，对机床精度和装配应力影响很大。通过在活动横梁14上加载砝码创造自重，活动横梁14因创造后的本身自重导致直线度下降，影响了刀具在活动横梁14上水平移动的精度；活动横梁14本身自重挠曲变形后使两个相互平行的立柱10具有了向内倾斜趋势，影响了滑块6与水平导轨2之间、立柱10与滑块6之间、立柱10与平衡连接板11之间、活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间结合面的应力变化。

3)测试导轨的平行度和平面度误差对装配应力和精度的影响：在水平方向，通过滑块调节螺栓5来调节水平镶条3与水平导轨2之间的间隙使单个滑块6能够在自方水平导轨2上能灵活滑动，且间隙足够小，然后将立柱10与其连接固定，此时得到立柱10与滑块6之间的结合面的应力分布，最后将平衡连接板11与立柱10连接固定，此时，如果水平导轨2不共面或不平行，那么就会使滑块6与水平导轨2之间、立柱10与滑块6之间、立柱10与平衡连接板11之间、活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间结合面的应力发生变化，同时，在水平导轨2上移动整个龙门框架，不同位置还会取得不同的应力变化值，影响了重型机床水平加工的精度。

在竖直方向，通过横梁调节螺栓15来调节竖直镶条12与立柱10的竖直导轨之间的间隙，竖直液压缸13输出，带动活动横梁14在立柱10的竖直导轨上滑动，如果立柱10上的竖直导轨不平行或不共面，那么，立柱10与滑块6之间、滑块6与水平导轨2之间、活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间结合面的应力将发生变化；最后将平衡连接板11与立柱10连接固定，此时，如果立柱10上的竖直导轨不平行或不共面，那么就会使立柱10与平衡连接板11之间、立柱10与滑块6之间、滑块6与水平导轨2之间、活动横梁14与立柱10的竖直导轨之间结合面的应力将继续发生变化，同时，在立柱10的竖直导轨上移动活动横梁14，不同位置还会取得不同的应力变化值，同样影响了机床竖直加工的精度。

该试验平台通过调节四个调节螺栓5和三个横梁调节螺栓15为不同值，使水平镶条3与水平导轨2之间、竖直镶条12与立柱10的竖直导轨之间形成不同的间隙，来创造导轨不同的平行度值，以此来探索不同导轨平行度对装配应力变化的影响。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于该试验平台包括底座、水平导轨、滑块、后支架、水平液压缸、立柱、平衡连接板、竖直液压缸和活动横梁；所述水平导轨、滑块、后支架、水平液压缸、立柱和竖直液压缸均为两个；两条水平导轨对称地布置在底座上；两个滑块分别安装于各自的水平导轨上，滑块与水平导轨的侧接触面之间存在间隙；两个立柱分别安装于各自的滑块上；两个后支架对称地安装在底座上，位于各自水平导轨的末端；两个水平液压缸通过各自的后支架固定在底座上，两个水平液压缸的液压缸杆分别通过铰接连接头与各自的立柱连接；两个立柱均与平衡连接板连接，通过平衡连接板将两个立柱连接起来；两个立柱侧面均开有竖直导轨，活动横梁安装于立柱的竖直导轨上；两个竖直液压缸固定在平衡连接板上，两个竖直液压缸的液压缸杆分别通过铰接连接头与活动横梁连接；

所述两个水平液压缸平行且处于同一水平面上；两个后支架与底座的结合面在同一水平面上且平行于水平导轨，两个后支架与各自的水平液压缸的结合面处在同一竖直平面内；水平液压缸的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与立柱的结合面；两个竖直液压缸平行且与平衡连接板结合面垂直，竖直液压缸的液压缸杆轴心垂直于与其连接的铰接连接头与活动横梁的结合面。

2.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于所述试验平台还包括油槽；所述油槽布置在底座的上表面的四周。

3.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于所述水平导轨的一侧面与对应的滑块的一侧面之间安装有两块水平镶条；滑块的同侧面安装有滑块调节螺栓，滑块调节螺栓穿过滑块的侧面与水平镶条接触；所述水平镶条有内孔，用于插入滑块调节螺栓，内孔直径大于滑块调节螺栓的外径，滑块调节螺栓的底面紧贴着内孔底面；两块水平镶条水平布置，形状为楔形，与水平导轨侧面结合处为平面，与滑块结合处为斜面。

4.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于两个立柱的竖直导轨的一侧面与活动横梁之间均安装有两块竖直镶条；活动横梁的两侧面安装有横梁调节螺栓，横梁调节螺栓穿过活动横梁的侧面与竖直镶条接触；所述竖直镶条有内孔，用于插入横梁调节螺栓，内孔直径大于横梁调节螺栓的外径，横梁调节螺栓的底面紧贴着内孔底面；两块竖直镶条竖直布置，形状为楔形，与立柱的竖直导轨侧面结合处为平面，与活动横梁结合处为斜面。

5.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于每个滑块上均安装有滑块限位板。

6.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于活动横梁上安装有活动横梁限位板。

7.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于每条水平导轨均为双轨道；所述立柱的竖直导轨均为双轨道。

8.根据权利要求1所述的重型机床结构件装配应力测试试验平台，其特征在于滑块调节螺栓的数量为四个；横梁调节螺栓的数量为三个。