CN108414213B - 一种动力伺服刀架可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明一种动力伺服刀架可靠性试验台，包括底座、模拟刀架安装座、模拟刀架、模拟刀具、第一圆柱滚子轴承的轴承座、第二圆柱滚子轴承的轴承座、推力圆柱滚子轴承的轴承座、第一平面导轨、第一升降台、第一安装座、第一移动座、第一液压缸、正向加载装置、水平杆、第一竖杆、第二安装座、扭矩加载装置、第三安装座、第二液压缸、垂向加载装置、第二竖杆、第二平面导轨、第二升降台、第四安装座、第三液压缸和侧向加载装置，本发明动力伺服刀架可靠性试验台操作简单，正向加载装置、垂向加载装置和侧向加载装置便于调节，进而与模拟刀具配合位置定位容易，并且定位精度高；本发明动力伺服刀架可靠性试验台能够直观的看出对模拟刀具的加载力。

Description

一种动力伺服刀架可靠性试验台

技术领域

本发明属于材料和结构试验装备及实验方法技术领域，具体涉及一种动力伺服刀架可靠性试验台。

背景技术

转塔刀架是数控车床的关键功能部件，其可靠性水平直接影响到整机的可靠性水平，转塔刀架可靠性的深入研究对整机可靠性的提高有着重要的意义。目前国内一些相关企业里的转塔刀架可靠性试验台的研制仅是从功能角度出发，只能进行一些转位试验，由于转塔刀架在工作时会受到动态切削力的作用，所以单独的转位试验对刀架实际工况模拟并不好，试验效果也不理想。

现有技术的一种动力伺服刀架可靠性试验台，对动力伺服刀架的工况进行了分析，在普通车削、锁削、钻削等加工中动力伺服刀架所受的三个方向的切削力整合成一个合力，因动力伺服刀架中动力头进行钻削和铣削加工时所受的切削载荷主要以切削扭矩为主。故针对以上工况，对试验系统进行设计，使其满足既能模拟动态力的加载，同时也能模拟切削扭矩的加载。

其机械部分主要包括三个小部分:支撑部分、动态力加载部分和扭矩加载部分；监控系统主要对三部分进行监测，包括被测对象动力伺服刀架、电液伺服加载以及电涡流测功机；控制系统主要是对试验对象动力伺服刀架、加载系统和系统监测进行控制。通过三个部分的组装，从而实现模拟加载，并通过反馈数据的分析得到测试结果。

上述动力伺服刀架可靠性试验台的不足之处在于：1、换刀实验时需要调整的系统太多，计算量大，操作复杂；2、加载头与模拟刀具配合位置定位难，要求精度高；3、不能直观简洁地看出模拟刀具的加载力，因此，亟须一种操作方便，定位方便，且直观容易得到模拟刀具受力形式的动力伺服刀架可靠性试验台。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种动力伺服刀架可靠性试验台，包括底座，所述底座顶部设置有模拟刀架安装座，所述模拟刀架安装座顶部设置有模拟刀架，所述模拟刀架前端安装有模拟刀具，所述模拟刀具外表面依次设置有第一圆柱滚子轴承的轴承座、第二圆柱滚子轴承的轴承座和推力圆柱滚子轴承的轴承座，且推力圆柱滚子轴承的轴承座位于模拟刀具刀头后端，所述模拟刀架安装座的正对面底座顶部设置有第一平面导轨，所述第一平面导轨顶部设置有第一升降台，所述第一升降台顶部设置有第一安装座，所述第一安装座内侧滑动安装有第一移动座，所述第一移动座中部长方形孔内设置有第一液压缸，所述第一液压缸输出端螺接有正向加载装置，所述第一移动座底端靠近模拟刀架安装座一侧中部设置有水平杆，所述水平杆末端设置有第一竖杆，所述第一竖杆顶部抵住模拟刀具，所述第一安装座顶部顶部设置有第二安装座，所述第二安装座底板顶部设置有扭矩加载装置，所述第二安装座顶部靠近模拟刀架安装座一侧设置有第三安装座，所述第三安装座靠近模拟刀架安装座一侧设置有第二液压缸，所述第二液压缸输出端设置有垂向加载装置，所述第三安装座底端中部设置有第二竖杆，所述第二竖杆底端抵住模拟刀具，所述底座顶部设置有位于模拟刀架安装座左端的第二平面导轨，所述第二平面导轨顶部设置有第二升降台，所述第二升降台顶部设置有第四安装座，所述第四安装座顶部设置有第三液压缸，所述第三液压缸输出端设置有侧向加载装置。

所述第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座轴向均设置有通孔，所述通孔四周第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座上均设置有孔，第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座外表面设置有滑槽，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座轴向设置有通孔，所述通孔四周推力圆柱滚子轴承的轴承座上设置有孔，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座径向对称设置有凹槽，其中一个所述凹槽内插入第一竖杆，另一个所述凹槽内插入第二竖杆。

所述第一安装座包括底板，所述底板顶部左右两端对称设置有竖板，两所述竖板内侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨，所述导轨上滑动安装有滑块，所述左右端滑块之间设置有第一移动座。

所述第二安装座包括底板，所述底板左右两端设置有竖板，所述竖板外侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨，所述导轨上滑动安装有滑块，所述滑块外侧壁设置有第二移动座。

所述正向加载装置、侧向加载装置和垂向加载装置均包括第一减震件，所述第一减震件带法兰一端与第二减震件带法兰一端固定安装，所述第二减震件另一端与第三减震件一端固定安装，所述第三减震件另一端与连接件一端固定安装，所述连接件另一端设置有加载头，所述加载头末端设置有加载滚珠。

所述扭矩加载装置包括测功机，所述测功机输出端设置有扭矩加载头，所述扭矩加载头末端抵在模拟刀具刀头中部。

一种动力伺服刀架可靠性试验的方法，采用一种动力伺服刀架可靠性试验台，包括以下步骤，

步骤1，将模拟刀架安装座安装在底座顶部，将需要进行可靠性试验的模拟刀架安装在模拟刀架安装座顶部，将模拟刀具安装在模拟刀架上；将第一平面导轨安装在底座顶部，将第一升降台安装在第一平面导轨顶部，将第一安装座安装在第一升降台顶部，将第一液压缸安装在第一安装座的第一移动座长方形通孔内，将正向加载装置螺接在第一液压缸输出端；将第二安装座安装在第一安装座顶部，将扭矩加载装置安装在第二安装座底板顶部，将第四安装座安装在第三安装座顶部，将第二液压缸安装在第三安装座上，将垂向加载装置螺接在第二液压缸输出端；将第二平面导轨安装在底座顶部，将第二升降台安装在第二平面导轨顶部，将第四安装座安装在第二升降台顶部，将第三液压缸安装在第四安装座顶部，将侧向加载装置螺接在第三液压缸上；

步骤2，调整模拟刀具的测试位置，并通过第一平面导轨、第一升降台、第一安装座、第二安装座调整正向加载装置和垂向加载装置的位置，使垂向加载装置的加载滚珠抵在第一圆柱滚子轴承的轴承座的滑槽上，使正向加载装置的加载滚珠抵在推力圆柱滚子轴承的轴承座的台阶面上，使扭矩加载装置的扭矩加载头抵在模拟刀具刀头的中部；通过调整第二平面导轨和第二升降台的位置，使侧向加载装置抵在第二圆柱滚子轴承的轴承座的滑槽上；

步骤3，将模拟刀具旋转，通过正向加载装置、侧向加载装置、垂向加载装置和扭矩加载装置模拟刀具在切削过程中受到的力，利用闭环系统对不同加载需要实现不断调整；

步骤4，记录收集到的数据，并根据数据进行可靠性分析。

本发明的有益效果：本发明动力伺服刀架可靠性试验台利用垂向加载装置对模拟刀具加载向下的载荷，模拟模拟刀具承受来自加载头的切向力Fp；利用侧向加载装置对模拟刀具加载水平载荷，模拟模拟刀具承受来自加载头的侧向力Fc；利用正向加载装置对模拟刀具加载正向力Ff；利用扭矩加载装置对模拟刀具施加扭矩；本发明的动力伺服刀架可靠性试验台，模拟刀具上的第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座分别用于承受垂向力和侧向力，推力圆柱滚子轴承的轴承座用于承受正向力，通过对第一圆柱滚子轴承的轴承座、第二圆柱滚子轴承的轴承座和推力圆柱滚子轴承的轴承座施加三个相互垂直方向的载荷来验证模拟刀架的可靠性；本发明动力伺服刀架可靠性试验台操作简单，正向加载装置、垂向加载装置和侧向加载装置便于调节，进而与模拟刀具配合位置定位容易，并且定位精度高；本发明动力伺服刀架可靠性试验台能够直观的看出对模拟刀具的加载力。

附图说明

图1为本发明动力伺服刀架可靠性试验台总体结构正视图；

图2为本发明动力伺服刀架可靠性试验台总体结构左视图；

图3为本发明动力伺服刀架可靠性试验台总体结构俯视图；

图4为本发明动力伺服刀架可靠性试验台正向加载装置、垂向加载装置和侧向加载装置示意图；

图5为本发明动力伺服刀架可靠性试验台推力圆柱滚子轴承的轴承座结构示意图；

图6为本发明动力伺服刀架可靠性试验台第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座结构示意图；

图7为本发明动力伺服刀架可靠性试验台扭矩加载装置结构示意图；

1-底座，2-模拟刀架安装座，3-模拟刀架，4-模拟刀具，5-第一圆柱滚子轴承的轴承座，6-第二圆柱滚子轴承的轴承座，7-推力圆柱滚子轴承的轴承座，8-第一平面导轨，9-第一升降台，10-第一安装座，11-第一移动座，12-第一液压缸，13-正向加载装置，14-水平杆，15-第一竖杆，16-第二安装座，17-扭矩加载装置，18-第三安装座，19-第二液压缸，20-垂向加载装置，21-第二竖杆，22-第二平面导轨，23-第二升降台，24-第四安装座，25-第三液压缸，26-侧向加载装置，27-通孔，28-滑槽，29-凹槽，30-底板，31-竖板，32-导轨，33-滑块，34-第二移动座，35-第一减震件，36-第二减震件，37-第三减震件，38-连接件，39-加载头，40-加载滚珠，41-测功机，42-扭矩加载头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-图3所示，一种动力伺服刀架可靠性试验台，包括底座1，所述底座1顶部设置有模拟刀架安装座2，所述模拟刀架安装座2顶部设置有模拟刀架3，所述模拟刀架3前端安装有模拟刀具4，所述模拟刀具4外表面依次设置有第一圆柱滚子轴承的轴承座5、第二圆柱滚子轴承的轴承座6和推力圆柱滚子轴承的轴承座7，且推力圆柱滚子轴承的轴承座7位于模拟刀具4刀头后端，所述模拟刀架安装座2的正对面底座1顶部设置有第一平面导轨8，通过第一平导轨8和第一升降台9可完成垂向加载装置20、正向加载装置13和扭矩加载装置17的水平位置和竖直位置的调整，使垂向加载装置20的加载滚珠40与第一圆柱滚子轴承的轴承座5的滑槽28接触并施加切向力，使正向加载装置13的加载滚珠40与推力圆柱滚子轴承的轴承座7的台阶面接触并施加正向力，使扭矩加载装置17与模拟刀具4的刀头中部接触并施加扭矩，所述第一平面导轨8顶部设置有第一升降台9，所述第一升降台9顶部设置有第一安装座10，所述第一安装座10内侧滑动安装有第一移动座11，所述第一移动座11中部长方形孔内设置有第一液压缸12，所述第一液压缸12输出端螺接有正向加载装置13，所述第一移动座11底端靠近模拟刀架安装座2一侧中部设置有水平杆14，所述水平杆14末端设置有第一竖杆15，所述第一竖杆15顶部抵住模拟刀具4，所述第一安装座10顶部顶部设置有第二安装座16，所述第二安装座16底板30顶部设置有扭矩加载装置17，所述第二安装座16顶部靠近模拟刀架安装座2一侧设置有第三安装座18，所述第三安装座18靠近模拟刀架安装座2一侧设置有第二液压缸19，所述第二液压缸19输出端设置有垂向加载装置20，所述第三安装座18底端中部设置有第二竖杆21，所述第二竖杆21底端抵住模拟刀具4，所述底座1顶部设置有位于模拟刀架安装座2左端的第二平面导轨22，所述第二平面导轨22顶部设置有第二升降台23，通过第二平面导轨22和第二升降台23调整侧向加载装置26的水平位置和竖直位置，使得侧向加载装置26的加载滚珠40与第二圆柱滚子轴承的轴承座6的滑槽28接触并施加侧向力，所述第二升降台23顶部设置有第四安装座24，所述第四安装座24顶部设置有第三液压缸25，所述第三液压缸25输出端设置有侧向加载装置26。

如图5和图6所示，所述第一圆柱滚子轴承的轴承座5和第二圆柱滚子轴承的轴承座6轴向均设置有通孔27，所述通孔27四周第一圆柱滚子轴承的轴承座5和第二圆柱滚子轴承的轴承座6上均设置有孔，第一圆柱滚子轴承的轴承座5和第二圆柱滚子轴承的轴承座6外表面设置有滑槽28，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座7轴向设置有通孔27，所述通孔27四周推力圆柱滚子轴承的轴承座7上设置有孔，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座7径向对称设置有凹槽29，其中一个所述凹槽29内插入第一竖杆15，另一个所述凹槽29内插入第二竖杆21。

所述第一安装座10包括底板30，所述底板30顶部左右两端对称设置有竖板31，两所述竖板31内侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨32，所述导轨32上滑动安装有滑块33，所述左右端滑块33之间设置有第一移动座11。

所述第二安装座16包括底板30，所述底板30左右两端设置有竖板31，所述竖板31外侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨32，所述导轨32上滑动安装有滑块33，所述滑块33外侧壁设置有第二移动座34。

如图4所示，所述正向加载装置13、侧向加载装置26和垂向加载装置20均包括第一减震件35，所述第一减震件35带法兰一端与第二减震件36带法兰一端固定安装，所述第二减震件36另一端与第三减震件37一端固定安装，所述第三减震件37另一端与连接件38一端固定安装，所述连接件38另一端设置有加载头39，所述加载头39末端设置有加载滚珠40，加载头39末端设置加载滚珠40消除正向加载装置13、侧向加载装置26和垂向加载装置20与推力圆柱滚子轴承的轴承座7、第二圆柱滚子轴承的轴承座6和第一圆柱滚子轴承的轴承座5之间的摩擦阻力，进而消除沿着模拟刀具4切削方向的摩擦阻力。

如图7所示，所述扭矩加载装置17包括测功机41，所述测功机41输出端设置有扭矩加载头42，所述扭矩加载头42末端抵在模拟刀具4刀头中部。

一种动力伺服刀架可靠性试验的方法，采用一种动力伺服刀架可靠性试验台，包括以下步骤，

步骤1，将模拟刀架安装座2安装在底座1顶部，将需要进行可靠性试验的模拟刀架3安装在模拟刀架安装座2顶部，将模拟刀具4安装在模拟刀架3上；将第一平面导轨8安装在底座1顶部，将第一升降台9安装在第一平面导轨8顶部，将第一安装座10安装在第一升降台9顶部，将第一液压缸12安装在第一安装座10的第一移动座11长方形通孔内，将正向加载装置13螺接在第一液压缸12输出端；将第二安装座16安装在第一安装座10顶部，将扭矩加载装置17安装在第二安装座16底板30顶部，将第四安装座24安装在第三安装座18顶部，将第二液压缸19安装在第三安装座18上，将垂向加载装置20螺接在第二液压缸19输出端；将第二平面导轨22安装在底座1顶部，将第二升降台23安装在第二平面导轨22顶部，将第四安装座24安装在第二升降台23顶部，将第三液压缸25安装在第四安装座24顶部，将侧向加载装置26螺接在第三液压缸25上；

步骤2，调整模拟刀具4的测试位置，并通过第一平面导轨8、第一升降台9、第一安装座10、第二安装座16调整正向加载装置13和垂向加载装置20的位置，使垂向加载装置20的加载滚珠40抵在第一圆柱滚子轴承的轴承座5的滑槽28上，使正向加载装置13的加载滚珠40抵在推力圆柱滚子轴承的轴承座7的台阶面上，使扭矩加载装置17的扭矩加载头42抵在模拟刀具4刀头的中部；通过调整第二平面导轨22和第二升降台23的位置，使侧向加载装置26抵在第二圆柱滚子轴承的轴承座6的滑槽28上；

步骤3，将模拟刀具4旋转，通过正向加载装置13、侧向加载装置26、垂向加载装置20和扭矩加载装置17模拟刀具4在切削过程中受到的力，利用闭环系统对不同加载需要实现不断调整；

步骤4，记录收集到的数据，并根据数据进行可靠性分析。

Claims (6)

1.一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于，包括底座，所述底座顶部设置有模拟刀架安装座，所述模拟刀架安装座顶部设置有模拟刀架，所述模拟刀架前端安装有模拟刀具，所述模拟刀具外表面依次设置有第一圆柱滚子轴承的轴承座、第二圆柱滚子轴承的轴承座和推力圆柱滚子轴承的轴承座，且推力圆柱滚子轴承的轴承座位于模拟刀具刀头后端，所述模拟刀架安装座的正对面底座顶部设置有第一平面导轨，所述第一平面导轨顶部设置有第一升降台，所述第一升降台顶部设置有第一安装座，所述第一安装座内侧滑动安装有第一移动座，所述第一移动座中部长方形孔内设置有第一液压缸，所述第一液压缸输出端螺接有正向加载装置，所述第一移动座底端靠近模拟刀架安装座一侧中部设置有水平杆，所述水平杆末端设置有第一竖杆，所述第一竖杆顶部抵住模拟刀具，所述第一安装座顶部设置有第二安装座，所述第二安装座底板顶部设置有扭矩加载装置，所述第二安装座顶部靠近模拟刀架安装座一侧设置有第三安装座，所述第三安装座靠近模拟刀架安装座一侧设置有第二液压缸，所述第二液压缸输出端设置有垂向加载装置，所述第三安装座底端中部设置有第二竖杆，所述第二竖杆底端抵住模拟刀具，所述底座顶部设置有位于模拟刀架安装座左端的第二平面导轨，所述第二平面导轨顶部设置有第二升降台，所述第二升降台顶部设置有第四安装座，所述第四安装座顶部设置有第三液压缸，所述第三液压缸输出端设置有侧向加载装置，所述第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座轴向均设置有通孔，所述通孔四周第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座上均设置有孔，第一圆柱滚子轴承的轴承座和第二圆柱滚子轴承的轴承座外表面设置有滑槽，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座轴向设置有通孔，所述通孔四周推力圆柱滚子轴承的轴承座上设置有孔，所述推力圆柱滚子轴承的轴承座径向对称设置有凹槽，其中一个所述凹槽内插入第一竖杆，另一个所述凹槽内插入第二竖杆。

2.根据权利要求1所述的一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于：所述第一安装座包括底板，所述底板顶部左右两端对称设置有竖板，两所述竖板内侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨，所述导轨上滑动安装有滑块，所述左右端滑块之间设置有第一移动座。

3.根据权利要求1所述的一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于：所述第二安装座包括底板，所述底板左右两端设置有竖板，所述竖板外侧前后两端延竖直方向对称设置有导轨，所述导轨上滑动安装有滑块，所述滑块外侧壁设置有第二移动座。

4.根据权利要求1所述的一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于：所述正向加载装置、侧向加载装置和垂向加载装置均包括第一减震件，所述第一减震件带法兰一端与第二减震件带法兰一端固定安装，所述第二减震件另一端与第三减震件一端固定安装，所述第三减震件另一端与连接件一端固定安装，所述连接件另一端设置有加载头，所述加载头末端设置有加载滚珠。

5.根据权利要求1所述的一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于：所述扭矩加载装置包括测功机，所述测功机输出端设置有扭矩加载头，所述扭矩加载头末端抵在模拟刀具刀头中部。

6.一种动力伺服刀架可靠性试验的方法，采用权利要求1所述的一种动力伺服刀架可靠性试验台，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，将模拟刀架安装座安装在底座顶部，将需要进行可靠性试验的模拟刀架安装在模拟刀架安装座顶部，将模拟刀具安装在模拟刀架上；将第一平面导轨安装在底座顶部，将第一升降台安装在第一平面导轨顶部，将第一安装座安装在第一升降台顶部，将第一液压缸安装在第一安装座的第一移动座长方形通孔内，将正向加载装置螺接在第一液压缸输出端；将第二安装座安装在第一安装座顶部，将扭矩加载装置安装在第二安装座底板顶部，将第四安装座安装在第三安装座顶部，将第二液压缸安装在第三安装座上，将垂向加载装置螺接在第二液压缸输出端；将第二平面导轨安装在底座顶部，将第二升降台安装在第二平面导轨顶部，将第四安装座安装在第二升降台顶部，将第三液压缸安装在第四安装座顶部，将侧向加载装置螺接在第三液压缸上；

步骤2，调整模拟刀具的测试位置，并通过第一平面导轨、第一升降台、第一安装座、第二安装座调整正向加载装置和垂向加载装置的位置，使垂向加载装置的加载滚珠抵在第一圆柱滚子轴承的轴承座的滑槽上，使正向加载装置的加载滚珠抵在推力圆柱滚子轴承的轴承座的台阶面上，使扭矩加载装置的扭矩加载头抵在模拟刀具刀头的中部；通过调整第二平面导轨和第二升降台的位置，使侧向加载装置抵在第二圆柱滚子轴承的轴承座的滑槽上；

步骤3，将模拟刀具旋转，通过正向加载装置、侧向加载装置、垂向加载装置和扭矩加载装置模拟刀具在切削过程中受到的力，利用闭环系统对不同加载需要实现不断调整；

步骤4，记录收集到的数据，并根据数据进行可靠性分析。