CN107009195B - 一种机床刀具受力模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供机床刀具受力模拟装置。机床刀具受力模拟装置包括：夹持机构、径向进给机构和模拟刀具；模拟刀具包括模拟刀具连接端和模拟刀具受力端，模拟刀具连接端与被测机床的旋转刀座连接，夹持机构用于夹持模拟刀具受力端，且不限定周向的旋转；径向进给机构包括径向进给固定端和径向进给移动端，径向进给固定端设置在被测机床的工作台上，径向进给移动端与夹持机构连接；径向进给移动端可相对于径向进给固定端在模拟刀具的径向上移动。本发明的机床刀具受力模拟装置，使得机床性能测试过程，无需消耗原料和刀具，即可真实模拟机床加工过程中的受力，且测试得到的结果可靠，测试成本低廉。

Description

一种机床刀具受力模拟装置

技术领域

本发明涉及机床性能测试技术领域，尤其涉及一种机床刀具受力模拟装置。

背景技术

在机床的实际应用过程中，刀具在机床刀座的带到下加工零部件，刀具受到切削力的作用，切削力的大小反映了机床的加工精度和效率。切削力包括径向力、切向力及轴向力，其中，机床在加工内孔或者外圆的时候，内孔和外圆的直径尺寸较小的时候，切削力的轴向力可以忽略不计。

为了安全可靠的使用机床，需要对机床进行性能测试。目前，机床性能测试的方法主要为两种：第一种，利用机床加工零部件，测出加工极限；第二种，采用计算机模拟机床加工零部件时的切削力，测出加工极限。

采用机床加工零部件测出机床加工极限的方法存在的不足为：消耗大量的材料和刀具，使得测试成本增加；采用计算机模拟机床加工零部件的方法存在的不足为：计算机模拟的机床加工极限结果，可靠性不足。

因此，亟须一种机床刀具受力模拟装置，使得机床性能测试过程，无需消耗原料和刀具，即可真实模拟机床加工过程中的受力，且测试得到的结果可靠，测试成本低廉。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种机床刀具受力模拟装置，使得机床性能测试过程，无需消耗原料和刀具，即可真实模拟机床加工过程中的受力，且测试得到的结果可靠，测试成本低廉。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种机床刀具受力模拟装置。具体地，该机床刀具受力模拟装置包括：夹持机构、径向进给机构和模拟刀具；

模拟刀具包括模拟刀具连接端和模拟刀具受力端，模拟刀具连接端与被测机床的旋转刀座连接，夹持机构用于夹持模拟刀具受力端，且不限定周向的旋转；

径向进给机构包括径向进给固定端和径向进给移动端，径向进给固定端设置在被测机床的工作台上，径向进给移动端与夹持机构连接；

径向进给移动端可相对于径向进给固定端在模拟刀具的径向上移动。

进一步地，径向进给移动端包括支撑件、摇杆和轴瓦，摇杆通过轴瓦支撑夹持机构；

摇杆和支撑件之间通过转轴连接，摇杆相对于支撑件绕转轴转动。

进一步地，径向进给移动端还包括基座；

基座与径向进给固定端螺纹连接；

支撑件与基座转动连接，形成在基座周向上的转动自由度，且限制在基座轴向上的移动自由度。

进一步地，径向进给固定端滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节径向进给机构在被测机床工作台的位置。

进一步地，本发明的机床刀具受力模拟装置还包括：

加载环，加载环设置在被测机床的工作台上；

加载环为设置有缺口的圆环，模拟刀具受力端插设在加载环的圆环内，加载环在缺口处设置有张紧螺栓，加载环通过张紧螺栓调节对模拟刀具受力端施加的径向正压力的大小。

进一步地，本发明的机床刀具受力模拟装置还包括：

径向移动机构和止停机构；

径向移动机构，用于调节加载环在径向的位置；

止停机构，用于固定加载环在径向的位置。

进一步地，径向移动机构包括径向移动固定端和径向移动自由端；

径向移动固定端滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节径向移动固定端在被测机床工作台的位置；

径向移动自由端与加载环连接；

径向移动自由端与径向移动固定端形成径向的相对移动。

进一步地，径向移动自由端上设置有齿条，径向移动固定端上设置有齿轮，径向移动自由端与径向移动固定端通过齿轮与齿条的啮合形成径向的相对移动。

进一步地，止停机构包括第一杆件、第二杆件、第三杆件、止停齿轮及推杆；

第一杆件转动设置在径向移动固定端，第一杆件和第二杆件通过销轴转动连接，销轴上连接推杆，第二杆件和第三杆件转动连接，止停齿轮设置在第三杆件上，止停齿轮与齿轮啮合。

进一步地，被测机床为镗床。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的机床刀具受力模拟装置，利用模拟刀具替代真实刀具，无需在模拟刀具上设置刀刃，模拟刀具的制造成本降低，从而降低了测试成本；

本发明的机床刀具受力模拟装置，利用模拟刀具代替真实刀具，模拟刀具无需加工零部件，所以无需消耗刀具，测试成本降低；

本发明的机床刀具受力模拟装置，利用径向进给机构对模拟刀具受力端施加径向力，无需消耗原料加工零部件，节约了测试成本；

本发明的机床刀具受力模拟装置，能够根据需要模拟的径向力大小，利用径向进给机构对模拟刀具受力端的径向作用力，模拟出真实刀具受到的径向力；

本发明的机床刀具受力模拟装置，模拟刀具连接端与被测机床的刀座连接，模拟刀具受力端与夹持机构连接，模拟被测机床带动真实刀具加工零部件时的受力，测试结果真实反映了被测机床加工零部件的加工性能，测试结果可靠。

综上，本发明的径向力、机床刀具受力模拟装置及机床刀具受力模拟装置，使得机床性能测试过程，无需消耗原料和刀具，即可真实模拟机床加工过程中的受力，且测试得到的结果可靠，测试成本低廉。

附图说明

图1为具体实施方式径向进给机构连接夹持机构的结构示意图；

图2为具体实施方式加载环连接径向移动机构的结构示意图；

图3为具体实施方式止停机构结构示意图。

【附图标记说明】

图中：

1：径向进给机构；11：径向进给固定端；12：径向进给移动端；121：基座；122：轴瓦；123：摇杆；124：第一连接件；125：第二连接件；126：支撑件；127：第一螺钉；128：第二螺钉；129：转轴；

2：轴承；

3：加载环；31：张紧螺栓；32：连接杆件；

4：径向移动机构；41：径向移动固定端；42：径向移动自由端；

5：止停机构；51：第一杆件；52：第二杆件；53：第三杆件；54：止停齿轮；55：推杆。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本实施例中，径向为指向或背向模拟刀具的回转中心线的方向，切向为模拟刀具受力端的外圆弧面的切向。

参照图1，本实施例的机床刀具受力模拟装置包括：夹持机构、径向进给机构1及模拟刀具。

本实施例，模拟刀具包括一体成型的模拟刀具连接端和模拟刀具受力端。模拟刀具连接端与被测机床的旋转刀座连接，夹持机构用于夹持模拟刀具受力端，且不限定周向的旋转。具体地，如图1所示，夹持结构为轴承2，轴承2的内圈与模拟刀具受力端连接，轴承2的内圈上设置有压力传感器。

径向进给机构包括径向进给固定端11和径向进给移动端12。

径向进给固定端11设置在被测机床的工作台上。具体地，径向进给固定端11滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节径向进给机构1在被测机床工作台的位置。利用径向进给固定端11调节径向进给机构1在工作台上的水平位置，进而使得夹持机构顺利对模拟刀具施加径向力。

径向进给移动端12与夹持机构连接。径向进给移动端12包括支撑件126、摇杆123和轴瓦122，摇杆123通过轴瓦122支撑夹持机构；摇杆123和支撑件126之间通过转轴129连接，摇杆123相对于支撑件126绕转轴129转动。具体地，支撑件126上设置有扇形凹槽，摇杆的另一端为扇形凸块。模拟刀具连接端与被测机床的刀座连接，模拟刀具受力端在径向进给机构1的作用下承受径向力的作用，模拟刀具受力端相对模拟刀具连接端发生弯曲变形，模拟刀具的弯曲变形使得模拟刀具受力端与轴承2不能完全贴合，当摇杆123相对于支撑件126绕转轴129转动时，能够使得模拟刀具受力端与轴承2完全贴合。

径向进给移动端12可相对于径向进给固定端11在模拟刀具的径向上移动。

具体地，径向进给移动端12还包括基座121，基座121与径向进给固定端11螺纹连接；螺纹连接的螺纹轴线在径向上，基座121上设置有驱动把手，驱动把手用于手动驱动基座121。

支撑件126与基座121转动连接，形成在基座121周向上的转动自由度，能够抵消基座121和径向进给固定端11螺纹连接中形成的旋转运动，且限制在基座121轴向上的移动自由度，能够保留基座121和径向进给固定端11螺纹连接中的移动运动。

更具体地，如图1所示，支撑件126与基座121通过第一连接件124和第二连接件125连接，第一连接件124和第二连接件125利用第一螺钉127连接，第一连接件124和第二连接件125利用第一螺钉127连接的整体安装在基座121的孔中，第二连接件125和支撑件126通过第二螺钉128连接，其中，在基座121的管壁上设置有缺口，该缺口能够允许第二螺钉128转动，不会对第二螺钉128的转动造成限制。如此，利用支撑件126和基座121之间径向的转动，形成在基座121周向上的转动自由度，利用基座121对第一连接件124在径向上的支撑，限制在基座121轴向上的移动自由度。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，利用模拟刀具替代真实刀具，无需在模拟刀具上设置刀刃，模拟刀具的制造成本降低，从而降低了测试成本。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，利用模拟刀具代替真实刀具，模拟刀具无需加工零部件，所以无需消耗刀具，测试成本降低。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，利用径向进给机构对模拟刀具受力端施加径向力，无需消耗原料加工零部件，节约了测试成本。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，能够根据需要模拟的径向力大小，利用径向进给机构对模拟刀具受力端的径向作用力，模拟出真实刀具受到的径向力。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，模拟刀具连接端与被测机床的刀座连接，模拟刀具受力端与夹持机构连接，模拟被测机床带动真实刀具加工零部件时的受力，测试结果真实反映了被测机床加工零部件的加工性能，测试结果可靠。

参照图2，本实施例的机床刀具受力模拟装置还包括加载环3。

加载环3设置在被测机床的工作台上。

加载环3为设置有缺口的圆环，加载环3的圆环内侧设置有传感器，模拟刀具受力端插设在加载环3的圆环内，加载环3在缺口处设置有张紧螺栓31，加载环3通过张紧螺栓31调节对模拟刀具受力端施加的径向正压力的大小。

模拟刀具依次与被测机床的旋转刀座、夹持机构及加载环3连接，参照图2，本实施例的机床刀具受力模拟装置还包括径向移动机构4和止停机构5。

径向移动机构4，用于调节加载环3在径向的位置。具体地，径向移动机构4包括径向移动固定端41和径向移动自由端42。

径向移动固定端41滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节径向移动固定端41在被测机床工作台的位置；径向移动自由端42与径向移动固定端41形成径向的相对移动。更具体地，径向移动自由端42上设置有齿条，径向移动固定端41上设置有齿轮，径向移动自由端42与径向移动固定端41通过齿轮与齿条的啮合形成径向的相对移动。

径向移动自由端42与加载环3连接。具体地，加载环3与径向移动自由端42转动连接。模拟刀具连接端与被测机床的刀座连接，模拟刀具受力端在径向进给机构1的作用下承受径向力的作用，模拟刀具受力端相对模拟刀具连接端发生弯曲变形，模拟刀具的弯曲变形使得模拟刀具受力端与加载环3不能完全贴合，当加载环3与径向移动自由端42转动连接，能够使得模拟刀具受力端与加载环3完全贴合。

更具体地，如图2所示，加载环3的一侧固定连接有连接杆件32，加载环3利用连接杆件32插设在径向移动自由端42的孔中，从而形成转动连接。优选地，在连接杆件32上套设有弹簧，弹簧的一端连接在连接杆件32上，弹簧的另一端连接在径向移动自由端42的孔上。设置弹簧的作用为防止加载环3在对模拟刀具施加切向力的时候，由于模拟刀具连接端连接的刀座的震动作用将加载环3从径向移动自由端42震动脱落。

止停机构5，用于固定加载环3在径向的位置。具体地，如图3所示，止停机构5包括第一杆件51、第二杆件52、第三杆件53、止停齿轮54及推杆55；第一杆件51转动设置在径向移动固定端41，第一杆件51和第二杆件52通过销轴转动连接，销轴上连接推杆55，第二杆件52和第三杆件53转动连接，止停齿轮54设置在第三杆件53上，止停齿轮54与齿轮啮合。当利用推杆55推拉销轴，从而使得第一杆件51、第二杆件52及第三杆件53处于几乎一条竖直直线时，止停机构5接近死点位置，水平方向的分力几乎为零，利用径向移动固定端41侧壁对销轴处形成的铰接的抵靠作用，使得止停机构5处于固定状态，从而使得止停齿轮54对齿轮固定，实现固定加载环3在径向的位置。

被测机床为镗床。被测镗床包括工作台和可旋转的刀座。在镗床真实的切削过程中，当镗床在镗孔或者车小直径的零部件时，轴向力对镗刀造成的作用可以忽略不计。

本实施例的机床刀具受力模拟装置，在模拟镗床径向力的时候，需要计算出径向力的大小，再换算成径向进给固定端11和基座121之间螺纹的紧固力；在模拟镗床切向力的时候，需要计算出加载环3所需的正压力的大小，再换算出张紧螺栓31的紧固力。

本实施例的机床刀具受力模拟装置用于模拟镗孔和车削直径较小的零部件时刀具的受力，利用径向进给固定端11和径向进给移动端12在径向上的相对直线运动带动夹持机构对模拟刀具受力端施加径向力。模拟刀具在受到径向力作用之后会发生弯曲，利用摇杆123相对于支撑件126绕转轴129转动，使得夹持机构与模拟刀具受力端完全贴合。利用滑动设置径向进给固定端11实现径向进给固定端11在工作台上的水平调整。利用加载环3对模拟刀具受力端施加切向力。利用径向移动机构4调节加载环3在径向上的位置。利用转动设置加载环3，使得加载环3与模拟刀具受力端完全贴合。利用止停机构5固定加载环3在径向的位置。

综上，本实施例的机床刀具受力模拟装置，使得机床性能测试过程，无需消耗原料和刀具，即可真实模拟机床加工过程中的径向力和切向力，且测试得到的结果可靠，测试成本低廉。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种机床刀具受力模拟装置，其特征在于，包括：夹持机构、径向进给机构(1)和模拟刀具；

所述模拟刀具包括模拟刀具连接端和模拟刀具受力端，模拟刀具连接端与被测机床的旋转刀座连接，所述夹持机构用于夹持模拟刀具受力端，且不限定周向的旋转；

所述径向进给机构(1)包括径向进给固定端(11)和径向进给移动端(12)，所述径向进给固定端(11)设置在被测机床的工作台上，所述径向进给移动端(12)与所述夹持机构连接；

所述径向进给移动端(12)可相对于所述径向进给固定端(11)在所述模拟刀具的径向上移动；

所述夹持机构为轴承(2)，轴承(2)的内圈与模拟刀具受力端连接，轴承(2)的内圈上设置有第一压力传感器；

所述径向进给移动端(12)包括支撑件(126)、摇杆(123)和轴瓦(122)，所述摇杆(123)通过轴瓦(122)支撑所述夹持机构；

所述摇杆(123)和支撑件(126)之间通过转轴(129)连接，所述摇杆(123)相对于支撑件(126)绕所述转轴(129)转动；

所述径向进给移动端(12)还包括基座(121)；

所述基座(121)与所述径向进给固定端(11)螺纹连接；

所述支撑件(126)与所述基座(121)转动连接，形成在基座(121)周向上的转动自由度，且限制在基座(121)轴向上的移动自由度；

所述径向进给固定端(11)滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节所述径向进给机构(1)在被测机床工作台的位置；

还包括：

加载环(3)，所述加载环(3)设置在被测机床的工作台上；

所述加载环(3)为设置有缺口的圆环，所述模拟刀具受力端插设在所述加载环(3)的圆环内，所述加载环(3)在缺口处设置有张紧螺栓(31)，所述加载环(3)通过所述张紧螺栓(31)调节对模拟刀具受力端施加的径向正压力的大小；

加载环(3)的圆环内侧设置有第二压力传感器；

还包括：

径向移动机构(4)和止停机构(5)；

所述径向移动机构(4)，用于调节加载环(3)在径向的位置；

所述止停机构(5)，用于固定加载环(3)在径向的位置；

所述径向移动机构(4)包括径向移动固定端(41)和径向移动自由端(42)；

所述径向移动固定端(41)滑动设置在被测机床的工作台上，用于调节所述径向移动固定端(41)在被测机床工作台的位置；

所述径向移动自由端(42)与所述加载环(3)连接；

所述径向移动自由端(42)与径向移动固定端(41)形成径向的相对移动；

所述径向移动自由端(42)上设置有齿条，所述径向移动固定端(41)上设置有齿轮，所述径向移动自由端(42)与径向移动固定端(41)通过齿轮与齿条的啮合形成径向的相对移动；

止停机构(5)包括第一杆件(51)、第二杆件(52)、第三杆件(53)、止停齿轮(54)及推杆(55)；

第一杆件(51)转动设置在径向移动固定端(41)，第一杆件(51)和第二杆件(52)通过销轴转动连接，销轴上连接推杆(55)，第二杆件(52)和第三杆件(53)转动连接，止停齿轮(54)设置在第三杆件(53)上，止停齿轮(54)与齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的机床刀具受力模拟装置，其特征在于，

所述被测机床为镗床。