CN109000947B - 一种立式数控铣床模拟切削力加载装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种立式数控铣床模拟切削力加载装置及使用方法，包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件、Z向切削力加载组件及扭矩加载组件。其使用方法步骤为：将模拟切削力加载装置吊装到机床工作台上进行固定，将机床刀具主轴与中心件杆体相固连，将Z向波纹阻尼管与液压系统相连接，启动液压保压系统；通过调节螺栓与滑块的扭紧程度以及调节节流阀的阀口开度设定一组切削力，启动机床并运行加工程序，真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，测试当前切削力条件下的机床性能。该装置及使用方法能够真实模拟机床实际加工过程中的受力条件，又无需消耗材料实物和加工刀具，有效降低机床性能测试成本，保证机床优良性能的同时降低机床制造成本。

Description

一种立式数控铣床模拟切削力加载装置及使用方法

技术领域

本发明属于机床性能测试技术领域，特别是涉及一种立式数控铣床模拟切削力加载装置及使用方法。

背景技术

目前，对于数控机床中的立式数控铣床，通过三轴联动可满足较复杂零件的高精度加工，且在诸多行业内成为了不可或缺的加工设备。由于机床制造企业不同，各机床制造企业的机床产品在性能上往往也会不同，由于机床性能存在差异，导致机床的实际加工能力也存在明显差异。对于机床采购企业而言，都希望能够利用较低的价格购买到性能更优的机床产品，但是实际情况是，机床价格往往和机床性能挂钩，机床性能越优良，机床的价格越昂贵，主要原因是机床性能的获得往往需要高昂测试成本。

在机床定型前，机床的性能测试是必不可少的环节，通过机床性能测试过程，可以不断发现机床在使用过程中可能出现的故障，再根据故障诊断结果来改进原有设计，进一步提升机床性能，直到测试出机床的极限性能，并在极限性能下将机床定型。

现阶段，机床性能测试的实现方式主要有两种，第一种是通过机床实际加工材料实物来实现的，第二种是通过计算机模拟机床加工过程来实现的；通过第一种方式进行的机床性能测试，需要消耗大量的材料实物和加工刀具，而加工刀具的价格是非常昂贵的，往往一次性能测试过程就需要耗费数把加工刀具，而上述花费都会计入机床的制造成本，但这种机床性能测试方式是最可靠的，能够保证机床在出厂后具有最优的性能，缺点是机床的制造成本高昂；通过第二种方式进行的机床性能测试，虽然测试成本很低，但是测试可靠性同样很低，计算机模拟的都是理想状态下的加工过程，而实际加工过程则是具有不确定性的，即使在计算机中模拟完成了性能测试，但机床在实际加工过程中仍无法避免故障的发生，尽管机床的制造成本降低了，同时也牺牲了机床的性能。

因此，迫切需要寻找一种全新的机床性能测试手段，能够真实模拟机床实际加工过程中的受力条件，又无需消耗材料实物和加工刀具，有效降低机床性能测试成本，保证机床优良性能的同时降低机床制造成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种立式数控铣床模拟切削力加载装置及使用方法，能够真实模拟机床实际加工过程中的受力条件，又无需消耗材料实物和加工刀具，有效降低机床性能测试成本，保证机床优良性能的同时降低机床制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种立式数控铣床模拟切削力加载装置，包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件、Z向切削力加载组件以及扭矩加载组件。其中，X向切削力加载组件包括X向导轨、X向导轨滑块；Y向切削力加载组件包括Z向辅助固定导轨杆架，Z向辅助固定导轨，Y向导轨、Y向导轨滑块；Z向切削力加载组件包括Z向立柱、Z向波纹阻尼管、Z向阻尼管导向法兰盘及Z向阻尼管导向光轴。扭矩加载组件包括中心套件、中心件。

X向导轨共包含四根，两根安装在水平底板上端面上，X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架下端部相连。另外两根的X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架上端部相连。X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架通过螺栓连接，通过扭紧与旋松螺栓调节X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架之间的摩擦力。四根X向导轨两端均与外部支撑杆架相连。

Y向导轨包含两根，其Y方向两端通过导轨凹槽与Z向辅助固定导轨相连接。Z向辅助固定导轨在Z向辅助固定导轨杆架内侧并通过焊接固连。其Z方向由Y向导轨滑块与中心套件通过螺栓相连接，通过扭紧与旋松螺栓调节Y向导轨滑块与Y向导轨之间的摩擦力，从而调节了摩擦力大小，实现了Y向切削力的改变。

所述Z向立柱竖直固装在Z向辅助固定杆架上，Z向波纹阻尼管竖直设置在Z向立柱中部，Z向波纹阻尼管一端设为开口端，Z向波纹阻尼管开口端固定在Z向立柱上，Z向波纹阻尼管的另一端设为封闭端，Z向波纹阻尼管封闭端固定在Z向阻尼管导向法兰盘上，Z向阻尼管导向法兰盘套装于Z向阻尼管导向光轴上，两者滑动配合，Z向阻尼管导向光轴竖直固装在Z向立柱内。

在Z向阻尼管导向法兰盘上水平固连有一根悬臂梁，悬臂梁与另一侧Z向辅助固定导轨杆架卡住，增加了其保持水平的能力。悬臂梁通过U型固定件与中心套件相连，中心套件可实现与悬臂梁的Y向的相对运动。

中心套件安装在Y向导轨中间，通过Y向导轨滑块与Y向导轨相连接，两个中心套件通过螺栓相连接，通过旋紧与旋松螺栓调节中心套件与中心件的摩擦力。实现扭矩加载大小的调整。

在X向导轨与外部支撑杆架的连接外部，使用了斗型固定件，增加了其稳定程度。

Z向波纹阻尼管开口端与液压系统相连，并为Z向波纹阻尼管内提供液压油，为立式数控铣床模拟切削力加载装置提供压力。

本发明的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一个需要进行性能测试的立式数控铣床，将模拟切削力加载装置吊装到立式数控铣床的工作台上并进行固定；

步骤二：将机床刀具主轴中心件杆部固定连接在一起，再将Z向波纹阻尼管与液压系统相连接，启动Z向液压保压系统；

步骤三：调节X向，Y向，Z向切削力及扭矩；

步骤四：启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能；

步骤五：重新设定切削力，重复步骤四及步骤五，完成不同切削力条件下的机床性能测试。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，提供了一种全新的机床性能测试手段，通过全新设计的立式数控铣床模拟切削力加载装置，在与机床进行配装使用后，能够真实模拟出机床实际加工过程中的受力条件，尤其是在滑动运动中模拟受力条件，更加真实地模拟机床实际加工过程。完全不用消耗材料实物和加工刀具，有效降低了机床性能测试成本，在保证机床优良性能的同时还有效降低了机床制造成本。

附图说明

图1为本发明的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置立体图；

图2为本发明的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置俯视图；

图3为本发明的一种立式数控铣床模拟Z向切削力加载组件结构示意图；

图4为本发明的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置中U型固定件放大示意图；

图中，1—水平底板，2—X向导轨，3—X向导轨滑块，4—Z向辅助固定导轨杆架，5—Z向辅助固定导轨，6—Y向导向光杆，7—Y向导轨，8—Y向导轨滑块，9—中心套件，10—中心件，11—中心件杆部，12—U型固定件，13—Z向立柱，14—Z向波纹阻尼管，15—Z向阻尼管导向法兰盘，16—Z向阻尼管导向光轴，17—悬臂梁，18—外部支撑杆架，19—斗型固定件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3、4所示，一种立式数控铣床模拟切削力加载装置，包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件、Z向切削力加载组件以及扭矩加载组件。X向切削力加载组件包括X向导轨2、X向导轨滑块3；Y向切削力加载组件包括Z向辅助固定导轨杆架4，Z向辅助固定导轨5，Y向导向光杆6，Y向导轨7、Y向导轨滑块8；Z向切削力加载组件包括Z向立柱13、Z向波纹阻尼管14、Z向阻尼管导向法兰盘15及Z向阻尼管导向光轴16；扭矩加载组件包括中心套件9、中心件10。

X向导轨2，其中两根水平固装在水平底板1上端面。其X向导轨滑块3与Z向辅助固定导轨杆架4下端部以螺栓形式相连，另两根X向导轨2的X向导轨滑块3以同样方式与Z向辅助固定导轨杆架4上端部相连。四根X向导轨2两端均与两侧的外部支撑杆架18固连。

Y向导轨7固定在Y向导向光杆6上，Y向导轨7两端与Z向辅助固定导轨5连接，使Y向导轨7在Z方向做平移运动

Z向立柱13竖直固装在Z向辅助固定导轨杆架4上，Z向波纹阻尼管14竖直设置在Z向立柱13中部，Z向波纹阻尼管14一端设为开口端，Z向波纹阻尼管14开口端固定在Z向立柱13上，Z向波纹阻尼管14另一端设为封闭端，Z向波纹阻尼管14封闭端固定在Z向阻尼管导向法兰盘15上，Z向阻尼管导向法兰盘15套装于Z向阻尼管导向光轴16上，两者滑动配合，Z向阻尼管导向光轴16竖直固装在Z向立柱13内；Z向波纹阻尼管14内充填有液压油，Z向波纹阻尼管14开口端与系统相连，为立式数控铣床模拟切削力加载装置提供压力。

中心套件9与Y向导轨滑块8固连，且下端面与U型固定件12固连。U型固定件12卡住悬臂梁17。两中心套件9相对固连以夹紧中心件10，中心件可在XY平面做旋转。斗型固定件19与侧面外部支撑杆架18固连，增加稳定性。

本发明的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一个需要进行性能测试的立式数控铣床，将模拟切削力加载装置吊装到立式数控铣床的工作台上并进行固定；

步骤二：将机床刀具主轴与中心件杆部11固定连接在一起，再将Z向波纹阻尼管14与液压系统相连接，启动向液压保压系统；

步骤三：调节X向，Y向，Z向切削力及扭矩；

步骤四：启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能；

步骤五：重新设定切削力，重复步骤四及步骤五，完成不同切削力条件下的机床性能测试。

Claims (3)

1.一种立式数控铣床模拟切削力加载装置，其特征在于：包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件、Z向切削力加载组件及扭矩加载组件，所述的X向切削力加载组件包括X向导轨、X向导轨滑块；所述Y向切削力加载组件包括Z向辅助固定导轨杆架，Z向辅助固定导轨，Y向导轨、Y向导轨滑块；所述Z向切削力加载组件包括Z向立柱、Z向波纹阻尼管、Z向阻尼管导向法兰盘及Z向阻尼管导向光轴；所述扭矩加载组件包括中心套件、中心件；

所述X向导轨共包含四根，两根安装在水平底板上端面上，X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架下端部相连，另外两根的X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架上端部相连，X向导轨滑块与Z向辅助固定导轨杆架通过螺栓连接，四根X向导轨两端均与外部支撑杆架相连；

所述Y向导轨包含两根，其Y方向两端通过导轨凹槽与Z向辅助固定导轨相连接，Z向辅助固定导轨在Z向辅助固定导轨杆架内侧并通过焊接固连，其Z方向由Y向导轨滑块与中心套件通过螺栓相连接；

所述Z向立柱竖直固装在Z向辅助固定杆架上，Z向波纹阻尼管竖直设置在Z向立柱中部，Z向波纹阻尼管一端设为开口端，Z向波纹阻尼管开口端固定在Z向立柱上，Z向波纹阻尼管的另一端设为封闭端，Z向波纹阻尼管封闭端固定在Z向阻尼管导向法兰盘上，Z向阻尼管导向法兰盘套装于Z向阻尼管导向光轴上，两者滑动配合，Z向阻尼管导向光轴竖直固装在Z向立柱内；

Z向波纹阻尼管开口端与液压系统相连，液压系统为Z向波纹阻尼管内提供液压油，为立式数控铣床模拟切削力加载装置提供压力；

在所述Z向阻尼管导向法兰盘上水平固连有一根悬臂梁，悬臂梁与另一侧Z向辅助固定导轨杆架卡住，悬臂梁通过U型固定件与中心套件相连，中心套件可实现与悬臂梁的Y向的相对运动；

所述中心套件安装在Y向导轨中间，通过Y向导轨滑块与Y向导轨相连接，两个中心套件通过螺栓相连接。

2.根据权利要求1所述的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置，其特征在于：所述X向导轨两端与外部支撑杆架的连接外部，使用了斗型固定件。

3.权利要求1所述的一种立式数控铣床模拟切削力加载装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：选定一个需要进行性能测试的立式数控铣床，将模拟切削力加载装置吊装到立式数控铣床的工作台上并进行固定；

步骤二：将机床刀具主轴与中心件杆部固定连接在一起，再将Z向波纹阻尼管与液压系统相连接，启动Z向液压保压系统；

步骤三：调节X向，Y向，Z向切削力及扭矩；

步骤四：启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能；

步骤五：重新设定切削力，重复步骤四及步骤五，完成不同切削力条件下的机床性能测试。

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