CN110095276B - 便携式动力刀架全工况加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式动力刀架全工况加载装置，包括：夹持部位6和装夹主体；所述的装夹主体上设有第一锥齿轮7‑2、圆弧导轨模块；它们在同一轴心上；所述的圆弧导轨模块包括圆弧导轨8‑1、滑块8‑2，它们之间滑动连接；加载器设在滑块上；加载器包括一对轴向动力头加载器9、普通刀头加载器10和径向动力头加载器11。与现有技术相比本发明的有益效果是：所述的动力刀架可靠性试验装置可适用于不同类型的刀柄，通用性强。更换试验刀柄只需要切换模拟工况的加载机构，且调节简单、方便、易操作。

Description

便携式动力刀架全工况加载试验装置

技术领域

本发明属于机械试验设备技术领域，涉及一种对车床上的动力刀架进行试验的装置，确切的说，涉及一种可以在线模拟各种工况下刀架受到的动态切削力和扭矩的测试装置。

背景技术

刀架作为数控车床的核心功能部件之一，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，其可靠性的优劣对整台数控车床的运行状态与加工效率影响很大。纵观当前国内外的数控刀架可靠性试验台，大部分是在实验室环境中搭建特定的试验台，安装各种加载装置进行试验。目前对刀架模拟工况下的可靠性试验装置,一般是通过液压加载的方式模拟刀架在实际加工过程中的切削力以及使用测功机对动力头进行扭矩加载。这种加载方式会导致试验台成本高，空间利用率低，还需要将刀架从机床拆卸并安装在特定试验台上进行试验，如发明专利CN102735484A。因此，本发明设计了一种在不改变动力刀架原有结构的基础上，可快速安装于车床上，并根据刀柄类型不同，实现相互切换的全工况下模拟加载的微型试验装置。用该装置进行加载试验时不需要在特定的实验室条件下进行，可用在任何场合的机床上，且调节简单方便、易于携带。该发明为车床刀架的在线带载模拟与测试提供有力支持，具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，而提供一种便携式动力刀架全工况加载装置；本发明是采用如下技术方案实现的：

便携式动力刀架全工况加载装置，包括：夹持部位6和装夹主体；

所述的装夹主体上设有第一锥齿轮7-2、圆弧导轨模块；它们在同一轴心上；

所述的圆弧导轨模块包括圆弧导轨8-1、滑块8-2，它们之间滑动连接；加载器设在滑块上；

所述的滑块8-2上还设有加载器固定架8-5，固定各加载器相对位置；

加载器上设有手动式钳制器8-3；

所述的加载器为径向动力头加载器11，它包括第二锥齿轮11-1，径向动力头加载器安装套11-2，径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3，径向动力头加载器压力传感器11-8，仿形夹头11-9；

径向动力头加载器压力传感器11-8套在径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3的一端，仿形夹头11-9固定在动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3的顶端，

它们设在径向动力头加载器安装套11-2内，第二锥齿轮11-1固定在径向动力头加载器安装套11-2的顶端；

径向动力头加载器安装套11-2轴接在滑块8-2；工作时第二锥齿轮11-1与第一锥齿轮7-2啮合，不工作时分离；

所述的仿形夹头11-9为阶梯形夹头；

所述的装夹主体上的轴心上还设有轴向压电陶瓷加载棒7-1，圆弧导轨8-1上还设有一对轴向动力头加载器9，它包括：轴向动力头加载器压电陶瓷加载棒9-2、轴向动力头加载器压力传感器9-3和轴向动力头加载器加载头9-4；

所述的圆弧导轨8-1上还设有普通刀头加载器10；

普通刀头加载器10活动固定在滑块8-2上，安装角度可调；

所述的滑块8-2上还设有加载器固定架8-5，一对轴向动力头加载器9的加载头相对设置，普通刀头加载器10和径向动力头加载器11对称设置。

本发明提供了便携式动力刀架全工况加载装置，包括：夹持部位6和装夹主体；所述的装夹主体上设有第一锥齿轮7-2、圆弧导轨模块；它们在同一轴心上；所述的圆弧导轨模块包括圆弧导轨8-1、滑块8-2，它们之间滑动连接；加载器设在滑块上；加载器包括一对轴向动力头加载器9、普通刀头加载器10和径向动力头加载器11。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明所述的动力刀架可靠性试验装置可适用于不同类型的刀柄，通用性强。更换试验刀柄只需要切换模拟工况的加载机构，且调节简单、方便、易操作。

2、本发明所述的实验装置在不拆卸数控机床刀架的前提下可进行快速安装，基于主轴自身的驱动系统（主轴）以及刀架自身的运动系统（XY工作台）运动，辅之以加载装置进行现场在线测试。

3、与传统的刀架可靠性试验装置相比，本发明所述的实验装置具有移动便携的优点，而且装置成本低，为数控车床刀架性能与可靠性的在线测试提供载体，具有深远意义和市场推广价值。

附图说明

图1为本发明专利所述的安装于三爪卡盘的动力刀架可靠性试验装置轴测图；

图2为本发明专利所述的动力刀架轴测图；

图3为本发明专利所述的试验装置轴测图；

图4为本发明专利所述的试验装置主视图；

图5为本发明专利所述的轴向动力头加载方式工作原理示意图；

图6为本发明专利所述的普通刀头加载方式工作原理示意图；

图7为本发明专利所述的径向动力头加载方式工作原理示意图；

图8为本发明专利所述的轴向动力头加载器轴测图；

图9为本发明专利所述的径向动力头加载试验时圆弧导轨、滑块和径向动力头加载器部分剖面图；

图10为本发明专利所述的试验装置试验方法流程图。

图中：

1.数控车床，2.动力刀架，2-1.轴向动力头，2-2.普通刀头，2-3.径向动力头，3.XY工作台，4.三爪夹盘，5.便携式动力刀架全工况加载装置，6.夹持部位，7-1.轴向压电陶瓷加载棒，7-2.第一锥齿轮，8-1.圆弧导轨，8-2.滑块，8-3.手动式钳制器，8-4.夹紧杆，8-5.加载器固定架，9.一对轴向动力头加载器，9-1.螺钉，9-2. 轴向动力头加载器压电陶瓷加载棒，9-3. 轴向动力头加载器压力传感器，9-4. 轴向动力头加载器加载头，9-5.加载棒安装孔a，9-6. 加载棒安装孔b，10.普通刀头加载器，10-1.螺钉，10-2. 普通刀头加载器压电陶瓷加载棒，10-3. 普通刀头加载器压力传感器，10-4. 普通刀头加载器加载头，11.径向动力头加载器，11-1.第二锥齿轮，11-2. 径向动力头加载器安装套，11-3. 径向动力头加载器压电陶瓷加载棒，11-4. 压电陶瓷加载棒固定螺栓, 11-5.一对滚动轴承，11-6.一对轴承端盖，11-7. 轴承端盖螺钉，11-8. 径向动力头加载器压力传感器，11-9.仿形夹头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

一、便携式动力刀架全工况加载试验装置

图1提供了本专利所述的便携式动力刀架全工况加载装置的具体实施方案。所述的便携式动力刀架全工况加载装置5通过三爪夹盘4将夹持部位6安装在数控车床1上，动力刀架2在XY工作台3上移动，并切换到待测试的刀柄工位。

参阅图2、图5、图6和图7，本专利对轴向动力头2-1进行加载试验时，动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的正前方并固定，使轴向动力头2-1与加载装置5的中心轴共线。对普通刀头2-2进行加载试验时，动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的斜侧方并固定，通过调节XY工作台3的位置以及普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2摆动角度施加不同角度的静态力。对径向动力头2-3进行加载试验时，径向动力头2-3需要插入径向动力头加载器安装套11-2内，此时动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的正侧方并固定，使得径向动力头2-3与便携式动力刀架全工况加载装置5的中心轴垂直。

参阅图3，本专利所述的便携式动力刀架全工况加载装置5，其轴向压电陶瓷加载棒7-1一端设有螺纹并穿入装夹主体的盲孔内，螺纹与盲孔内螺纹孔相连。四个滑块8-2安装在圆弧导轨8-1上与圆弧导轨滑动连接。与圆弧导轨8-1相匹配的四个手动式钳制器8-3分别与四个滑块8-2通过螺栓连接且固定在圆弧导轨上，可通过调节手动式钳制器8-3上的夹紧杆8-4来实现滑块和圆弧导轨的夹紧与松开。一对轴向动力头加载器9和普通刀头加载器10分别通过螺钉连接固定安装在相对应的滑块8-2上，径向动力头加载器11通过滚动轴承固定安装在相对应的滑块8-2上。圆弧导轨模块的功能是实现对加载器在圆弧导轨上运动或静止的切换。当手动式钳制器8-3夹紧圆弧导轨8-1时，滑块和手动式钳制器相对圆弧导轨处于锁紧状态，当车床主轴旋转带动便携式动力刀架全工况加载装置5一同旋转时，滑块上的加载器也随着圆弧导轨旋转，即实现加载器在圆弧导轨上运动的情形。当手动式钳制器与圆弧导轨松开时，滑块和手动式钳制器相对于圆弧导轨处于脱离状态，即车床主轴和圆弧导轨一同旋转，滑块、加载器和手动式钳制器处于静止状态。刚度很大的加载器固定架8-5通过螺栓分别和四个滑块的上表面固联，作用是将四个滑块位置进行相对固定，能够保证在滑块和手动式钳制器相对于圆弧导轨处于脱离状态时，滑块不会因为受到重力、离心力等作用而滑落至装置的最低点。

参阅图4、图5和图8，在便携式动力刀架全工况加载装置5进行轴向动力头加载试验时，一对轴向动力头加载器9对称放置在加载盘上，作用是对轴向动力头2-1施加径向力和扭矩。轴向压电陶瓷加载棒7-1伸出端与轴向动力头2-1接触实现轴向力加载。滑块8-2上表面开一通孔，正面开一盲孔。压电陶瓷加载棒9-2上有与盲孔相配合的两个安装孔，将轴向动力头加载器压电陶瓷加载棒9-2插入通孔内，使用该加载器时用螺钉9-1通过滑块盲孔和加载棒安装孔a9-5与滑块盲孔处的内螺纹连接，不用时通过滑块盲孔和加载棒安装孔b9-6与滑块盲孔处的内螺纹连接。轴向动力头加载器压电陶瓷加载棒9-2一端设有螺纹，与轴向动力头加载器压力传感器9-3通过螺纹串联在一起，轴向动力头加载器加载头9-4安装在压力传感器9-3的顶端，对称的两个加载头同时与轴向动力头2-1接触，将径向力施加到轴向动力头上。轴向动力头加载器在圆弧导轨上处于锁紧状态，即调节夹紧杆8-4使手动式钳制器8-3与圆弧导轨8-1锁紧。采用对拖加载原理，使动力头2-1作为控制速度端来控制整个装置的转速，车床主轴设置成扭矩控制模式来控制扭矩，设定动力头2-1和车床主轴的旋转方向相同以及设置动力头的转速高于车床主轴的转速。启动刀架电机和车床电机，动力头2-1转速起主导作用，使整个便携式动力刀架全工况加载装置5和动力头2-1一同以动力头的速度沿着相同方向进行旋转，由于设定的转速不同形成了转速差，使两台电机轴之间产生扭矩，从而完成动力头所受的模拟扭矩加载情况；

参阅图4和图6，所述的普通刀头加载器10包括普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2、普通刀头加载器压力传感器10-3和普通刀头加载器加载头10-4；

在便携式动力刀架全工况加载装置5进行普通刀头加载试验时，普通刀头移至其斜侧方。滑块表面从三个角度开设通孔和盲孔，普通刀头加载器10可以插入到三个通孔内，作用是实现对普通刀头2-2进行轴向力和径向力的加载。若有除文中三个角度外其他角度的需求，可自制滑块进行替换；普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2一端设有安装孔，将加载棒插入所需要的通孔内，用螺钉10-1通过滑块和压电陶瓷加载棒上的安装孔一同与滑块盲孔处的内螺纹连接，作用是使滑块和加载棒固定。普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2另一端设有螺纹，与普通刀头加载器压力传感器10-3通过螺纹串联在一起，普通刀头加载器加载头10-4安装在普通刀头加载器压力传感器10-3的顶端。对普通刀头进行加载试验时，车床主轴和刀架均静止处于锁紧状态，普通刀头加载器加载头10-4与普通刀头2-2接触施加静态力，该静态力可以分解成轴向力和径向力。所施加力的角度可通过调节XY工作台3的位置以及普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2摆动角度实现；

参阅图4和图9， 径向动力头加载器11包括：第二锥齿轮11-1、径向动力头加载器安装套11-2、径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3，压电陶瓷加载棒固定螺栓11-4,滚动轴承11-5、轴承端盖11-6、轴承端盖螺钉11-7、径向动力头加载器压力传感器11-8、仿形夹头11-9；仿形夹头11-9内部设成阶梯形状，由三段不同直径的夹头组成,且夹头直径依次增大,作用是对于不同尺寸的动力头，可通过调节被仿形夹头夹持的长度来进行调整；

径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3一端设有螺纹，加载棒上的螺纹与径向动力头加载器压力传感器11-8中间的螺纹孔连接；仿形夹头11-9一端设有螺纹，安装在径向动力头加载器压力传感器11-8的顶端并通过螺纹与压电陶瓷加载棒上的螺纹孔连接，有利于仿形夹头的拆卸和替换；

用径向动力头加载器压电陶瓷加载棒固定螺栓11-4将径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3固定在径向动力头加载器安装套11-2内；第二锥齿轮11-1固定在径向动力头加载器安装套11-2上，径向动力头加载器压电陶瓷加载棒11-3的另一端；

径向动力头加载器安装套11-2通过滚动轴承11-5、轴承端盖11-6、轴承端盖螺钉11-7轴接于滑块上，使安装套可在滑块上平稳转动；第二锥齿轮11-1与第一锥齿轮7-2啮合，径向动力头加载器11不工作时，松动轴承端盖11-6，移动径向动力头加载器安装套11-2，第二锥齿轮11-1与第一锥齿轮7-2啮合分离，目的是将径向动力头加载器11和滑块固定在滑块非工作位置上，不干涉其他类型刀柄的加载；

参阅图7和图9，便携式动力刀架全工况加载装置5进行径向动力头加载试验作用是实现对径向放置的动力头2-3施加轴向力和扭矩。进行加载试验时，径向动力头加载器11在圆弧导轨8-1上处于静止状态，即调节夹紧杆8-4使手动式钳制器8-3与圆弧导轨脱离；将径向动力头加载器沿轴向移动适当距离至第一锥齿轮7-2和第二锥齿轮11-1相啮合，并将刀架上的径向动力头2-3插入径向动力头加载器安装套11-2内，被仿形夹头11-9夹紧；采用对拖加载原理，使动力头2-3作为控制速度端来控制整个装置的转速，车床主轴设置成扭矩控制模式来控制扭矩，设定动力头2-3和车床主轴的旋转方向相同以及设置动力头的转速高于车床主轴的转速。启动刀架电机和车床电机，动力头2-3转速起主导作用，整个便携式动力刀架全工况加载装置5和动力头2-3一同以动力头的速度沿着相同方向进行旋转，由于设定的转速不同形成了转速差，使两台电机轴之间产生扭矩，从而完成动力头所受的模拟扭矩加载情况。仿形夹头11-9夹紧径向动力头2-3旋转时，在旋紧力矩作用下产生预紧力，该预紧力作为轴向力，从而实现径向动力头受静态轴向力的加载。

二、便携式动力刀架全工况加载试验方法

参阅图10本发明专利所述的便携式动力刀架全工况加载试验方法如下所述：

1.参照图1，将便携式动力刀架全工况加载装置5通过三爪夹盘4安装在数控车床1上；

2.设计试验方案，改变控制系统参数来调整施加加载力和扭矩的大小。

3.对于不同类型的刀柄，将便携式动力刀架全工况加载试验方法分为三部分：轴向动力头加载试验方法、普通刀头加载试验方法和径向动力头加载试验方法；

4.介绍轴向动力头加载试验方法

4.1参阅图5，将动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的正前方，使轴向动力头2-1与加载装置5的中心轴共线；

4.2调节夹紧杆8-4使手动式钳制器8-3与圆弧导轨8-1锁紧；

4.3设置动力头和车床主轴的转速和控制模式，动力头采用速度控制模式，车床主轴采用扭矩控制模式；

4.4启动刀架电机和车床电机，使整个便携式动力刀架全工况加载装置5和动力头一同以动力头的速度沿着相同方向旋转；

4.5轴向压电陶瓷加载棒7-1伸出端与动力头接触实现轴向力加载。对称放置的轴向动力头加载器9夹紧动力头实现对轴向动力头径向力和扭矩的加载。

5.介绍普通刀头加载试验方法

5.1参阅图6，将动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的斜侧方；

5.2根据所需要的角度调节XY工作台3的位置以及普通刀头加载器压电陶瓷加载棒10-2摆动角度；

5.3车床主轴和刀架均静止处于锁紧状态，普通刀头加载器加载头10-4与普通刀头2-2接触施加静态力，该静态力可以分解成轴向力和径向力。

6.介绍径向动力头加载试验方法

6.1参阅图7，将动力刀架2在XY工作台3上移动至便携式动力刀架全工况加载装置5的正侧方，使径向动力头2-3与便携式动力刀架全工况加载装置5的中心轴垂直；

6.2调节夹紧杆8-4使手动式钳制器8-3与圆弧导轨8-1脱离；

6.3确定被测试动力头的尺寸和被仿形夹头夹持的长度；

6.4设置动力头和车床主轴的转速和控制模式，动力头采用速度控制模式，车床主轴采用扭矩控制模式；

6.5启动刀架电机和车床电机，使整个便携式动力刀架全工况加载装置5和动力头一同以动力头的速度沿着相同方向旋转；

6.6仿形夹头夹紧径向动力头旋转时，在旋紧力矩作用下产生预紧力，该预紧力作为轴向力，实现径向动力头受静态轴向力的加载。由于动力头和车床主轴设定转速不同形成了转速差，使两台电机轴之间产生扭矩，实现动力头所受的模拟扭矩加载。

7.用手持便携式性能检测设备进行测量，并记录试验数据。

本发明中所述的实例是为了便于该领域技术人员能够理解和应用本发明。本发明只是一个优化的实例，或者说是一种较佳的具体技术方案，如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下，作出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 便携式动力刀架全工况加载装置，包括：夹持部位（6）和装夹主体； 所述的装夹主体上设有第一锥齿轮（7-2）、圆弧导轨模块；它们在同一轴心上；所述的圆弧导轨模块包括圆弧导轨（8-1）、滑块（8-2），它们之间滑动连接；加载器设在滑块上；

加载器上设有手动式钳制器（8-3）；

所述的加载器为径向动力头加载器（11），它包括第二锥齿轮（11-1），径向动力头加载器安装套（11-2），径向动力头加载器压电陶瓷加载棒（11-3），径向动力头加载器压力传感器（11-8），仿形夹头（11-9）；

径向动力头加载器压力传感器（11-8）套在径向动力头加载器压电陶瓷加载棒（11-3）的一端，仿形夹头（11-9）固定在径向动力头加载器压电陶瓷加载棒（11-3）的顶端；

所述的径向动力头加载器压电陶瓷加载棒（11-3）、径向动力头加载器压力传感器（11-8）和仿形夹头（11-9）设在径向动力头加载器安装套（11-2）内，第二锥齿轮（11-1）固定在径向动力头加载器安装套（11-2）的顶端；

径向动力头加载器安装套（11-2）轴接在滑块（8-2）；工作时第二锥齿轮（11-1）与第一锥齿轮（7-2）啮合，不工作时分离；

所述的便携式动力刀架全工况加载装置（5）通过三爪夹盘（4）将夹持部位（6）安装在数控车床（1）上，动力刀架（2）在XY工作台（3）上移动，并切换到待测试的刀柄工位。

2.根据权利要求1所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：所述的滑块（8-2）上还设有加载器固定架（8-5），固定各加载器相对位置。

3.根据权利要求2所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：

所述的仿形夹头（11-9）为阶梯形夹头。

4.根据权利要求1、2、或3所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：所述的装夹主体上的轴心上还设有轴向压电陶瓷加载棒（7-1），圆弧导轨（8-1）上还设有一对轴向动力头加载器（9），它包括：轴向动力头加载器压电陶瓷加载棒（9-2）、轴向动力头加载器压力传感器（9-3）和轴向动力头加载器加载头（9-4）。

5.根据权利要求4所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：所述的圆弧导轨（8-1）上还设有普通刀头加载器（10）。

6.根据权利要求5所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：普通刀头加载器（10）活动固定在滑块（8-2）上，安装角度可调。

7.根据权利要求6所述的便携式动力刀架全工况加载装置，其特征在于：一对轴向动力头加载器（9）的加载头相对设置，普通刀头加载器（10）和径向动力头加载器（11）对称设置。

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