CN108613799B - 一种模拟机床切削的多维加载机构 - Google Patents

Abstract

一种模拟机床切削的多维加载机构，其包括第一支链、第二支链、第三支链和动平台，其中第一支链、第二支链和第三支链分别连接动平台和机床工作台，构成空间闭环机构。每个支链均有两个主动驱动移动副，可通过气缸、液压缸或者丝杠螺母结构驱动，推动动平台实现六自由度的运动。将该机构安装在机床工作台上，采用动平台抱夹机床主轴上的模拟刀具，并分别驱动三个支链，实现对机床主轴头的六维力和力矩加载，模拟机床切削状态。该机构结构简单对称，容易实现模块化，制造成本低。

Description

一种模拟机床切削的多维加载机构

技术领域

本发明涉及机床可靠性试验领域，具体涉及一种应用于机床可靠性试验的模拟机床切削的多维加载机构。

背景技术

可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。对数控机床而言，其可靠性不仅指机床本身能够平稳运行，更重要的是能够保证长时间加工出合格的产品，因此可靠性是数控机床的重要指标。数控机床可靠性涉及数控机床的整个寿命周期，从数控机床的设计、制造、装配、安装、调试、用户使用到机床报废，都与数控机床的可靠性技术密切相关。

为提高数控机床可靠性，需开展数控机床可靠性试验。常规的可靠性试验一般为全寿命试验、统计试验、试件切削试验和连续空运转试验。但是这些可靠性试验存在着周期较长，见效慢，所需样本量大等缺陷，从而使企业和产品不能适应市场的快速发展，满足用户需要。因此需要开展数控机床可靠性快速试验，模拟机床加工状态，通过对机床施加超过实际工况的载荷，来快速测试数控机床的可靠性。目前数控机床可靠性加载试验一般仅进行单轴加载，对多轴机床的多维加载尚未应用，对于五轴联动高档数控机床在五轴联动时加载更是困难。但实际上，机床在切削时承受多维力和力矩，单轴加载无法复现机床的实际工况，使得可靠性效果大打折扣。日本的一些制造厂商，如山崎马扎克公司，通过对机床实施3个月的连续切削试验，来检验机床可靠性。该方法时间和材料消耗巨大，试验成本很高，而且在完成试验后，该机床也无法上市进行销售，因此无法用于批量生产与测试。

在数控机床可靠性快速试验过程中，需要设计适用于五轴混联机构卧式加工中心、五轴串联机构立式加工中心的加载机构和加载方式。由于并联机构结构紧凑，刚度大，加速度高，灵活性好等优点，可基于并联机构开发出适用于数控机床快速试验的数控机床加载机构，具有非常广阔的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟机床切削的多维加载机构，该机构属于六自由度并联机构，具有结构紧凑、易于制造等特点，可通过调节杆件长短，安装至不同规格的数控机床上，操作简便。同时，该机构还具有高速、高精度等优点，可实现快速跟随数控机床运动，并施加精准多维载荷。

本发明的技术方案如下：

一种模拟机床切削的多维加载机构，该机床包括机床工作台和机床主轴，其特征在于，所述加载机构包括第一支链、第二支链、第三支链和动平台；所述的第一支链、第二支链和第三支链中的每条支链的一端均与动平台相连，每条支链的另一端均与机床工作台相连，所述的第一支链、第二支链、第三支链、动平台和机床工作台构成空间闭环机构；所述的动平台包括加载平台和弹簧夹套；所述加载平台通过弹簧夹套连接机床主轴；所述的第一支链包括导轨、滑块、第一虎克铰、第一杆件、第二杆件和第二虎克铰；所述的导轨固接在机床工作台上；所述的滑块通过第一移动副连接导轨；所述的第一杆件通过第一虎克铰连接滑块；所述的第二杆件通过第二移动副连接第一杆件；所述的第二杆件的顶部通过第二虎克铰连接加载平台；所述的第二支链、第三支链和第一支链的结构和连接方式完全相同。

所述的一种模拟机床切削的多维加载机构，其特征在于，所述的第一虎克铰包括第一虎克铰基座、第一虎克铰第一转轴和第一虎克铰第二转轴；所述的第一虎克铰的第一转轴的转动轴线与导轨平行。

所述的一种模拟机床切削的多维加载机构，其特征在于，所述的第一支链、第二支链和第三支链成120度对称布置。

所述的一种模拟机床切削的多维加载机构，其特征在于，所述的第一支链、第二支链和第三支链中的第一移动副和第二移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：

本发明提出一种模拟机床切削的多维加载机构，通过驱动三个主动支链，可实现动平台的六自由度运动，进而实现对数控机床的六维力和力矩加载，模拟机床切削状态。本发明的机构对称，易于制造，可调节三个支链的长度，在不同规格的机床上实现加载。本发明控制简单，灵活性好，在实现快速跟随数控机床运动的同时，可实现载荷的实时精准加载。

附图说明

图1为本发明提供的一种模拟机床切削的多维加载机构的实施例的三维结构示意图。

图2为本发明的一种实施例在机床上实施多维加载的示意图。

图3为本发明的动平台实施例结构爆炸视图。

图4为本发明的第一支链实施例结构爆炸视图。

图5为本发明的第一虎克铰实施例结构爆炸视图

图中：1-第一支链；2-第二支链；3-第三支链；4-动平台；5-机床主轴；6-机床工作台；11-导轨；12-滑块；13-第一虎克铰；14-第一杆件；15-第二杆件；16-第二虎克铰；41-加载平台；42-弹簧夹套；131-第一虎克铰基座；132-第一虎克铰第一转轴；133-第一虎克铰第二转轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的一种模拟机床切削的多维加载机构结合附图及实施例详细说明如下：

本发明如图1所示的实施例中，本发明所述的一种模拟机床切削的多维加载机构，包括第一支链1、第二支链2、第三支链3和动平台4。

图2为本发明的一种模拟机床切削的多维加载机构的一种实施例在机床上实施多维加载的示意图。将该多维加载机构，安装在机床工作台6上，对机床主轴5施加多维载荷，来模拟机床切削。所述的第一支链1、第二支链2、第三支链3分别连接动平台4和机床工作台6构成空间闭环机构；

图3为本发明的动平台4实施例结构爆炸视图。所述的动平台4包括加载平台41和弹簧夹套42。所述的加载平台41前端通过弹簧夹套42抱夹机床主轴5伸出来的模拟刀具。所述的加载平台41后端连接第一支链1、第二支链2和第三支链3。

图4为本发明的第一支链1实施例结构爆炸视图。所述的第一支链1包括导轨11、滑块12、第一虎克铰13、第一杆件14、第二杆件15和第二虎克铰16。所述的第二杆件15通过第二虎克铰16连接加载平台41。所述的第一杆件14通过第二移动副连接第二杆件15。所述的滑块12通过第一虎克铰21连接第一杆件14。所述的导轨11通过第一移动副连接滑块12。所述的导轨11固接在机床工作台6上。所述的第一移动副和第二移动副可采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。

图5为本发明的第一虎克铰13实施例结构爆炸视图。所述的第一虎克铰13包括第一虎克铰基座131、第一虎克铰第一转轴132和第一虎克铰第二转轴133。所述的第一虎克铰第一转轴132的转动轴线和导轨11平行。所述的第二支链2、第三支链3和第一支链1的结构和连接方式完全相同。

通过将第一支链1、第二支链2和第三支链3按照Y形120度对称进行安装，可得到图1所示实施例。在工作时，将多维加载机构安装在机床工作台6上，通过驱动第一支链1、第二支链2、第三支链3的主动移动副，驱动动平台4实现三个移动和三个转动自由度的运动，从而对连接动平台4的机床主轴5进行多维加载，模拟数控机床切削。

本发明以模拟机床切削的多维加载机构的一种实施例为例进行了说明，但是可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种模拟机床切削的多维加载机构，该机床包括机床工作台(6)和机床主轴(5)，其特征在于，所述多维加载机构包括第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)和动平台(4)；所述的第一支链(1)、第二支链(2)和第三支链(3)中的每条支链的一端均与动平台(4)相连，每条支链的另一端均与机床工作台(6)相连，所述的第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)、动平台(4)和机床工作台(6)构成空间闭环机构；所述的动平台(4)包括加载平台(41)和弹簧夹套(42)；所述加载平台(41)通过弹簧夹套(42)连接机床主轴(5)；所述的第一支链(1)包括导轨(11)、滑块(12)、第一虎克铰(13)、第一杆件(14)、第二杆件(15)和第二虎克铰(16)；所述的导轨(11)固接在机床工作台(6)上；所述的滑块(12)通过第一移动副连接导轨(11)；所述的第一杆件(14)通过第一虎克铰(13)连接滑块(12)；所述的第二杆件(15)通过第二移动副连接第一杆件(14)；所述的第二杆件(15)的顶部通过第二虎克铰(16)连接加载平台(41)；所述的第二支链(2)、第三支链(3)和第一支链(1)的结构和连接方式完全相同；所述的第一支链(1)、第二支链(2)和第三支链(3)成120度对称布置；

所述的第一虎克铰(13)包括第一虎克铰基座(131)、第一虎克铰第一转轴(132)和第一虎克铰第二转轴(133)；所述的第一虎克铰的第一转轴(132)的转动轴线与导轨(11)平行。

2.如权利要求1所述的一种模拟机床切削的多维加载机构，其特征在于，所述的第一支链(1)、第二支链(2)和第三支链(3)中的第一移动副和第二移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。

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