CN109596333A - 一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置 - Google Patents

一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，用于检测热缩刀杆的装刀疲劳寿命。所述数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置主要包括：可编程步进电机控制器，用于对于整个装置的自动化控制；步进电机，用于驱动滚珠丝杠；滚珠丝杠，用于完成部件的直线移动；涡流加热装置，用于完成对热缩刀杆的加热；三爪卡盘，用于热缩刀杆和刀具的夹持。本发明既可完成对热缩刀杆的装刀疲劳寿命检测，又可完成刀具的自动化装卸，对热缩刀杆寿命进行监测，结构简单，操作方便。

Description

一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置
技术领域
本发明专利属于热缩刀杆疲劳试验领域，具体来说本专利涉及一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置。
背景技术
在高速铣削领域中，随着对性能数控铣床工具系统的要求越来越高，越来越多的机床上都开始采用刀柄-热缩刀杆-刀具式刀具系统结构，刀柄-热缩刀杆-刀具式刀具系统结构简单、夹紧力大、切削扭矩大、径向定位精度高、径向刚度高、减震能力强，能很好地对深型腔结构进行加工。
刀柄-热缩刀杆-刀具式刀具系统，刀柄与热缩刀杆之间采用锥面定位、螺钉拉紧，热缩刀杆与刀具间不介入其他任何零件，仅通过热缩过盈配合相连接，结构简单可靠。常温状态下，热缩刀杆夹持孔的直径小于刀具直径，刀具无法直接装入刀杆；装入刀具时，首先对热缩刀杆的夹持段加热，金属材料受热膨胀，夹持孔尺寸变大，刀具可以顺利地插入夹持孔中； 然后将刀杆空冷，依靠刀柄材料的收缩力将刀具牢牢地夹住；卸刀热循环过程与装刀热循环过程相同。
由于加工需求的改变或者刀具的磨损，刀杆需要反复进行加热冷却来进行换刀，这一过程形成一次循环，当循环次数达到一定量时，刀柄会产生裂纹，从而导致疲劳损坏。并且热缩刀杆主要应用于高转速场合，只要刀柄有微小的裂纹，在高转速下较大的离心力会使裂纹扩展，甚至使刀杆直接断裂，对机床和操作人员造成危害。为了避免不必要的损害，需要提前预测热缩刀杆的装刀疲劳寿命。因此，如何准确地检测热缩刀杆的装刀寿命，正确测试与评价热缩刀杆的装刀疲劳性能是对热缩刀杆进行进一步研究的一项重要工作。
但是，由于进行热缩刀杆装刀疲劳试验所需的人工劳动力过大，因此，如何提供一种新型疲劳试验装置，能够实现热缩刀杆装刀过程的自动化，并且能够准确的试样进行试验，成为本领域亟需解决的问题。在现有的相关专利中，主要有像闫明；朱相军；王世杰；吕晓仁；段振云等人发明的“热疲劳试验机”（专利申请号201310171101.0，申请日2013.05.10，公开/公告号：CN 103278414 A,公开/公告日:2013.09.04）此类专利都是对于特定形状的材料块进行疲劳性能测试；另外的就有像王海斗，邢志国，董丽虹，底月兰，马国政等人发明的“齿轮疲劳试验装置”（专利申请号201810796443.4，申请日2018.07.19，公开/公告号：CN 108627338 A,公开/公告日:2018.10.09）此类专利针对特定的零件特制的疲劳试验装置，目前对于热缩刀杆相应的装刀疲劳试验装置还未开发。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种数控热缩刀杆热疲劳试验装置，通过可编程步进电机控制器（23）来控制整个装置的自动化进程，实现热缩刀杆装刀全过程的自动化模拟。
本发明专利所采用的自动化流程是：
（1）步进电机1（21）驱动滚珠丝杠1（4）工作，滑块带动三爪卡盘（7）夹持刀杆向上运动至涡流加热装置（13）的加热口后停止；
（2）涡流加热装置（13）开始工作，加热指定时间使刀杆达到装夹温度后停止；
（3）步进电机2（9）驱动滚珠丝杠2（16）工作，滑块带动气动三爪卡盘（19）到达工作位后电机停止工作；
（4）气动三爪卡盘（19）夹紧刀具；
（5）步进电机2（9）驱动滚珠丝杠2（16）工作，滑块带动气动三爪卡盘（19）返回原位，气动三爪卡盘（19）夹持刀具完成卸刀；
（6）步进电机2（9）驱动滚珠丝杠2（16）工作，滑块带动气动三爪卡盘（19）运动，气动三爪卡盘（19）夹持刀具回到工作位完成装刀；
（7）气动三爪卡盘（19）松开刀具；
（8）步进电机2（9）驱动滚珠丝杠2（16）工作，滑块带动气动三爪卡盘返回原位；
（9）步进电机1（21）驱动滚珠丝杠1（4）工作，滑块带动三爪卡盘（7）夹持刀杆回到原处完成空冷。
所述底座（1）加工有螺纹孔，其所选材料为密度较大的钢材。
所述固定板（2）通过螺纹连接固定连接于底座（1）上，固定板上加工有螺纹孔。
所述的滚珠丝杠1（4）因为装置要求精度较高，所以选用高精度的滚珠丝杠。
所述的支撑板1（5）呈L型，由两块钢板焊接而成，上板加工有用于固定于滚珠丝杠1（4）的螺纹孔，下板加工有用于固定三爪卡盘（7）的螺纹孔，上下两板通过焊接连接，且两侧焊接有三角形钢板以加强稳定性。
所述的涡流加热装置（13）上有显示屏，可设置所需加热的温度。
所述的支撑板2（11）呈Z型，由一块长钢板压制而成，一端加工有用于固定于滚珠丝杠1（4）的螺纹孔，另一端加工有用于固定涡流加热装置（13）的螺纹孔。
所述的支撑板3（14）呈L型，一端加工有用于固定于滚珠丝杠1（4）的螺纹孔，另一端焊有一个平台，上面加工有螺纹孔，用于固定滚珠丝杠2（16），并且接处焊有三角形钢板以加固装置。
所述的支撑板4（17）呈L型，由两块钢板焊接而成，上板加工有用于固定于滚珠丝杠2（16）的螺纹孔，下板加工有用于固定气动三爪卡盘（19）的螺纹孔，上下两板通过焊接连接，且两侧焊接有三角形钢板以加强稳定性。
本发明的有益效果是：本发明通过调节三爪卡盘可以夹持不同尺寸的热缩刀杆及刀具，试用范围广泛，可对各种不同规格热缩刀杆进行测试；涡流加热装置可自行设计加热温度，可以根据不同热缩刀杆自行调节加热温度；可编程步进电机控制器带有计数功能，可以对热缩刀杆工作次数进行计数，方便实际生产加工中观察使用；装置可以对热缩刀杆实现自动换刀，减少人工工作量。
附图说明
图1：正等轴测图。
图2：控制箱。
图3：正视图。
图4：后视图。

Claims (7)

1.一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，它主要包括：底座（1）、固定板（2）、滚珠丝杆1（4）、支撑板1（5）、三爪卡盘（7）、步进电机2（9）、支撑板2（11）、涡流加热装置（13）、支撑板3（14）、滚珠丝杆2（16）、支撑板4（17）、气动三爪卡盘（19）、步进电机1（21）、可编程步进电机控制器（23）、继电器（24）、控制箱（25）及一些螺钉连接件；固定板（2）固定连接于底座（1）上，滚珠丝杠1（4）固定连接于固定板（2）上，步进电机1（21）固定连接在滚珠丝杠1（4）上，支撑板1（5）固定连接在滚珠丝杠1（4）的滑块上，三爪卡盘（7）固定连接在支撑板1（5）上，支撑板2（11）固定连接在滚珠丝杠1（4）上， 涡流加热装置（13）固定连接在支撑板2（11）上，支撑板3（14）固定连接在滚珠丝杠1（4）上，滚珠丝杠2（16）固定连接在支撑板3（14）上，步进电机2（9）固定连接在滚珠丝杠2（16）上，支撑板4（17）固定连接在滚珠丝杠2（16）上的滑块上，气动三爪卡盘（19）固定连接在支撑板4（17）上。
2.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述滚珠丝杠1（4）与滚珠丝杠2（16）行程相平行。
3.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述三爪卡盘（7）中心线、涡流加热装置（13）加热口中心线和气动三爪卡盘（19）的中心线位于同一直线上且与滚珠丝杠1（4）行程相平行。
4.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述涡流加热装置（13）可以根据不同刀杆调节加热的温度。
5.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑板1（5）位于涡流加热装置（13）下方。
6.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑板4（17）位于涡流加热装置（13）上方。
7.根据权利要求1所述的数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑板2（11）和支撑板3（14）安装时呈相反方向，以平衡装置的受力。
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