CN110162002B - 具有模拟实际工况加载的数控回转工作台可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

公开了具有模拟实际工况加载的数控回转工作台可靠性试验台。用于可靠性试验的装置包括：数控转台部分，包括数控转台；模拟承载部分，被配置成将力传递到所述数控转台；切削力加载部分，被配置成向所述模拟承载部分施加力；以及控制部分，被配置成调节由所述切削力加载部分所施加的力。本申请的数控回转工作台可靠性试验台能够对不同类型和不同型号的数控回转工作台进行可靠性加载试验，具有一定的灵活性和通用性，其采用电液伺服对数控回转工作台进行模拟动、静态切削力的加载，并且切削力的大小、频率、角度和时间可以根据工况进行调整。

Description

具有模拟实际工况加载的数控回转工作台可靠性试验台

技术领域

本发明涉及一种应用于数控机床数控回转工作台可靠性领域的综合试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够模拟真实工况、对数控回转工作台实现不同大小、频率、角度及时间的动、静态切削力加载的可靠性试验台。

背景技术

随着装备制造业的蓬勃发展，数控机床作为具有高科技含量的工作母机被 广泛的应用。数控回转工作台作为数控机床的关键功能部件，其可靠性水平直 接影响到数控机床整机的可靠性水平，同时数控回转工作台的性能指标也将直 接影响到其加工零件的精度指标。数控机床关键功能部件可靠性试验是获取产 品故障数据、进行故障分析和建立可靠性模型的主要技术手段。因此，研究开 发能够模拟真实工况的数控回转工作台可靠性试验装置和试验技术具有重要 的实际意义。

我国的数控机床关键功能部件可靠性试验研究起步较晚，现有数控回转工作台试验装置功能简单，某些试验台可对数控回转工作台进行空运转试验或者施加静态力进行试验。所以，目前开展的试验模拟的工况与实际工况差异较大。

发明内容

根据本公开的一个方面，用于可靠性试验的装置包括：数控转台部分，包括数控转台；模拟承载部分，被配置成将力传递到所述数控转台；切削力加载部分，被配置成向所述模拟承载部分施加力；以及控制部分，被配置成调节由所述切削力加载部分所施加的力。

根据本公开的一个方面，数控转台部分包括数控转台、 1号支撑板和2号支撑板，所述数控转台至少包括立式数控转台或卧式数控转台。1号支撑板和2号支撑板的顶端面与底端面相互平行，其上设置有用于安装对应型号受试数控转台（例如立式数控转台或卧式数控转台）的阶梯孔，底部四角处设置有U形开口。

根据本公开的一个方面，所述模拟承载部分包括模拟承载装置和模拟承载夹紧装置，模拟承载装置对于立式数控转台和卧式数控转台分别，模拟承载夹紧装置与所述数控转台固定连接，并且所述模拟承载装置通过其中的轴承与所述模拟承载夹紧装置可旋转地连接。其中，所述轴承为能够承受轴向力和径向力的轴承。其中，所述模拟承载装置还包括固定部件和承载盘，由所述切削力加载部分所施加的力通过所述加载杆作用在所述承载盘上，并且所述固定部件将所述承载盘保持在固定位置。

根据本公开的一个方面，所述切削力加载部分包括切削力加载装置、切削力加载角度调节辅助装置和切削力加载支撑装置。其中，由所述切削力加载部分所施加的力包括通过电液伺服来调节力的大小、频率、方向和时间中的一个或多个。并且所述切削力加载装置、切削力加载角度调节辅助装置和切削力加载支撑装置被布置成三连杆机构。其中，所述切削力加载支撑装置包括底座、相互平行地固定在所述底座上的两条Z方向导轨、能沿着所述两条Z方向导轨滑动地固定在所述两条Z方向导轨上的1号X方向导轨以及能在所述1号X方向导轨上滑动的1号滑板。所述切削力加载支撑装置还包括1号支架、2号支架、转轴以及2号滑板，所述1号支架和2号支架沿着所述1号X方向导轨的方向相互平行地固定在所述1号滑板上，所述转轴在两端处分别与所述1号支架和2号支架可转动地连接，所述2号滑板以能够相对于所述转轴在与所述转轴的转动平面垂直的2号平面内转动的方式与所述转轴连接。其中，所述切削力加载角度调节辅助装置包括能沿着所述两条Z方向导轨滑动地固定在所述两条Z方向导轨上的2号X方向导轨、能在所述2号X方向导轨上滑动的3号滑板以及在两端处分别与所述3号滑板和所述2号滑板通过球铰链副连接的连接组件。并且其中，所述切削力加载装置包括液压缸和加载杆，所述液压缸以相对于所述2号滑板可滑动的方式固定在所述2号滑板上，力通过所述加载杆加载到所述模拟承载部分。其中，所述2号滑板通过阶梯销轴与所述转轴连接。其中，所述转轴通过其两端的阶梯轴与所述1号支架和2号支架中的阶梯孔装配，并通过螺栓固定。其中，所述连接组件的长度可调。其中，通过调节套来调节所述连接组件的长度。

根据本公开的一个方面，控制部分包括上位工控机、下位伺服控制器和冷却机控制部分。下位伺服控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和电磁换向阀与电液伺服阀连接。在控制时，根据需要模拟的切削力大小及方向，通过调节切削力加载支撑装置的相互位置，来保证液压缸38所加载力的方向和角度满足要求，并在控制界面上选定参数。本申请的用于可靠性试验的装置采用可以对切削力的角度进行调节的切削力加载角度调节辅助装置，结合能够对所施加的力的大小、频率和时间进行控制的液压缸，实现了对数控转台的不同工况的模拟。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台采用电液伺服对数控回转工作台进行模拟动、静态切削力的加载，通过对被测的数控回转工作台进行模拟真实工况的可靠性试验，暴露和激发产品的潜在故障及隐患，为产品的可靠性增长和可靠性评估提供实用的基础数据。

2.本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中所施加的切削力能实现动、静态的加载。切削力的大小、频率、角度和时间可以根据不同工况下进行调整。应用连杆机构原理设计了切削力加载角度调节辅助装置，使切削力加载的角度调节更为准确和方便。

3.本发明所述的分别针对立式和卧式数控转台的模拟承载及夹紧装置，使数控回转工作台可以在按实际工况运转的条件下实现动态切削力的加载，同时，装置中采用配重块或固定支架使承载盘的位置保持不变，消除因数控回转工作台旋转带动承载盘的旋转，以实现动、静态力的准确加载。

4.本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台的切削力加载部分的加载频率视电液伺服阀而定，加载范围为0-60HZ。最大静态加载力范围为0-10KN，最大动态加载力范围为0-5KN。

5.本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台能够对不同类型和不同型号的数控回转工作台，只需更换支撑板等过渡件就可以对其进行可靠性加载试验，具有一定的灵活性和通用性。

参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台的轴测投影图；

图2为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中数控转台部分的分解式轴测投影图；

图3为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中针对立式数控转台的1号模拟承载装置的分解式轴测投影图；

图4为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中针对立式数控转台的2号模拟承载装置的分解式轴测投影图；

图5为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中针对卧式数控转台的3号模拟承载装置的分解式轴测投影图；

图6为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中1号模拟承载夹紧装置的分解式轴测投影图；

图7为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中2号模拟承载夹紧装置的分解式轴测投影图；

图8为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中切削力加载及其支撑装置的分解式轴测投影图；

图9为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中切削力加载支撑装置中转轴受力分析示意图；

图10为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中切削力加载角度调节辅助装置的分解式轴测投影图；

图11为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中切削力加载角度调节辅助装置的工作原理示意图；

图12为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中切削力加载角度X方向调节示意图；

图13为本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台中控制部分结构原理框图。

图中，1. 地平铁,2. 1号模拟承载装置，3. 3号模拟承载装置，4. 2号模拟承载装置，5. 控制系统，6. 数控系统操作面板，7. 液压泵站及冷却装置，8. 1号模拟承载夹紧装置，9. 2号模拟承载夹紧装置，10. 数控转台，11. 切削力加载装置，12. 切削力加载角度调节辅助装置，13. 切削力加载支撑装置，14.1号支撑板，15.阶梯孔，16.2号支撑板，17.螺栓，18.弹性垫圈，19.平垫圈，20.T形螺母，21. 轴承端盖，22. 轴承，23. 承载盘，24. 配重块，25. 1号固定支架，26. 2号固定支架，27. 轴承座，28. 紧固栓，29. 底座，30. Z方向导轨，31. 1号X方向导轨，32. 右前支架，33. 阶梯销轴，34. 2号滑板，35. 液压缸支撑架，36. 关节轴承，37. 1号轴，38. 液压缸，39. 弹性装置，40. 压力传感器，41. 加载杆，42.左前支架，43. 转轴，44. 1号滑板，45. 1号球铰链副，46. 调节套，47. 2号球铰链副，48.3号滑板，49. 2号X方向导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的数控回转工作台可靠性试验台由数控转台部分、模拟承载部分、切削力加载部分和控制部分组成。

一、数控转台部分

参阅图1、图2，所述的数控转台部分包括数控转台10、 1号支撑板14、2号支撑板16。

所述的数控转台10包括立式数控转台和卧式数控转台两种。所述的数控转台10圆周上具有4个间隔角度为90°呈均匀分布的T形槽，用于与4个结构相同的T型螺母配合。

所述的1号支撑板14顶端面与底端面相互平行，其上设置有用于安装对应型号受试数控转台的阶梯孔，底部四角处设置有U形开口，安装时，螺栓17依次穿过弹性垫圈18、平垫圈19、U形开口与和地平铁配合的T型螺母20连接，以将1号支撑板固定在地平铁1上。1号支撑板14用于与1号模拟承载装置配合使用。

所述的2号支撑板16顶端面与底端面相互平行，其上设置有用于安装对应型号受试数控转台的阶梯孔，底部四角处设置有U形开口，安装时，螺栓17依次穿过弹性垫圈18、平垫圈19、U形开口与和地平铁配合的T型螺母20连接，以将2号支撑板固定在地平铁1上。与1号支撑板14不同，2号支撑板16用于与2号模拟承载装置或3号模拟承载装置配合使用，其右端设置有用于与1号固定支架25或2号固定支架26连接的1号阶梯孔15，安装时，用螺栓依次穿过弹性垫圈、1号阶梯孔15，与1号固定支架25和2号固定支架26底端的螺纹孔连接，以将1号固定支架25和2号固定支架26固定在2号支撑板16上。

二、模拟承载部分

所述的模拟承载部分包括模拟承载装置和模拟承载夹紧装置。

本发明针对立式数控转台和卧式数控转台分别设计了不同的模拟承载装置，包括与立式数控转台匹配的1号模拟承载装置2、2号模拟承载装置4，与卧式数控转台匹配的3号模拟承载装置3。

本发明涉及两种模拟承载夹紧装置，分别为1号模拟承载夹紧装置8和2号模拟承载夹紧装置9。这两种模拟承载夹紧装置对立式数控转台和卧式数控转台均适用。

1. 1号模拟承载装置

参阅图1、图3，所述的1号模拟承载装置2由配重块24、承载盘23、轴承22和轴承端盖21组成。

所述的配重块24为密度较大的金属块（例如：铅块），其底端面为一平面，底部左右两侧各有一个通孔，用于穿过螺栓与承载盘23右端下部的两个对应的螺纹孔连接，将配重块24固定在承载盘23上，使得承载盘23在配重块24的重力作用下保持在平衡位置不动，以消除因数控回转工作台由于旋转带动承载盘23的旋转，配重块24可以让承载盘23的位置保持不变，以便加载杆41的头部在对数控回转工作台施加动静态力时能够准确的对准承载盘23的凹槽。

所述的承载盘23为阶梯轴形式，右端轴面的上方开设有2个圆形凹槽，左右侧各开设有1个圆形凹槽，这四个凹槽用于与加载杆41头部接触实现对数控回转工作台施加静动态力 ；右端下方开设有2个螺纹孔，用于与螺栓配合以固定配重块24；左端与轴承22的内孔配合，左端面中心有一螺纹孔，用于固定轴承端盖21。

所述的轴承22需要能够承受轴向力和径向力（例如：角接触球轴承）。

所述的轴承端盖21右侧中心端面与承载盘23左端面接触，对承载盘23起轴向定位作用；轴承端盖21右侧圆环端面与轴承22内圈左端面接触，对轴承22起限位作用；左端面与数控转台10台面间具有一定间隙；中心处有一个通孔，用于穿过螺栓与承载盘23左段轴左端面中心的螺纹孔连接，以将轴承端盖21和承载盘23固定。

安装时，首先将轴承22套在与承载盘23左端轴上；然后使用螺栓依次穿过弹簧垫圈、轴承端盖21中心处通孔与承载盘23左段轴左端面中心的螺纹孔配合拧紧，即将轴承端盖21与承载盘23固定在一起；最后使用螺栓依次穿过弹簧垫圈、配重块24底部左右两侧通孔与承载盘23下方2个螺纹孔配合拧紧，即将配重块24固定在承载盘23上。

2. 2号模拟承载装置

参阅图1、图4，所述的2号模拟承载装置4由1号固定支架25、承载盘23、轴承22和轴承端盖21组成。

所述的1号固定支架25为强度、刚度较好的金属（例如：Q235等）T形支架，其顶端面为一平面，顶部左右两侧各有一个长圆形通孔，用于穿过螺栓与承载盘23右端下部的两个对应的螺纹孔连接，以将1号固定支架25固定在承载盘23上，其底端面为一平面，底端面中心设置有一个带有内螺纹的盲孔，用于与穿过2号支撑板16右端的1号阶梯孔15的螺栓连接，以将1号固定支架25固定在2号支撑板16上。使得承载盘23在1号固定支架25的作用下保持在平衡位置不动，以消除因数控转台由于旋转带动承载盘23的旋转，1号固定支架25可以让承载盘23的位置保持不变，以便加载杆41的头部在对数控回转工作台施加动静态力时能够准确的对准承载盘23的凹槽。

所述的承载盘23、轴承22和轴承端盖21的结构与安装关系与1号模拟承载装置中的相同。

3. 3号模拟承载装置

参阅图1、图5，所述的3号模拟承载装置3由2号固定支架26、承载盘23、轴承22和轴承端盖21组成。

所述的2号固定支架26为强度、刚度较好的金属（例如：Q235等）直角形支架，其水平段底端面为一平面，水平段前端左右两侧各有一个长圆形通孔，用于穿过螺栓与承载盘23顶端右侧的两个对应的螺纹孔连接，以将2号固定支架25固定在承载盘23上，其垂直段底端面为一平面，垂直段底端面中心设置有一个带有内螺纹的盲孔，用于与穿过2号支撑板16右端的1号阶梯孔15的螺栓连接，以将2号固定支架26固定在2号支撑板16上。使得承载盘23在2号固定支架26的作用下保持在平衡位置不动，以消除因数控转台由于旋转带动承载盘23的旋转，2号固定支架26可以让承载盘23的位置保持不变，以便加载杆的头部在对数控回转工作台施加动静态力时能够准确的对准承载盘23的凹槽。

所述的承载盘23、轴承22和轴承端盖21的结构与安装关系与1号模拟承载装置中的相同。

4. 1号模拟承载夹紧装置

参阅图1、图6，以立式数控转台为例说明，所述的1号模拟承载夹紧装置8由轴承座27、4个结构相同的T型螺母20、4个结构相同的弹簧垫圈18和4个结构相同的螺栓17组成。

所述的轴承座27上部环形柱内表面与轴承22外圈为过盈配合，以将轴承22与之固定在一起,轴向方向定位通过轴承座27内侧的台阶面与轴承22外圈端面接触，轴承座27的底部设置有4个间隔角度为90°呈均匀分布的U形开口，用于与数控转台10台面固定连接，同时保证轴承座轴线与数控转台台面轴线同轴。

实际加载时，外载荷由加载杆41施加给承载盘23，再由轴承22传递给数控转台10，从而使数控转台可以在按实际工况运转的条件下实现动态切削力的加载，达到模拟真实工况的效果。

5. 2号模拟承载夹紧装置

参阅图1、图7，以卧式数控转台为例说明，所述的2号模拟承载夹紧装置9由4个结构相同的紧固栓28、4个结构相同的T型螺母20、4个结构相同的弹簧垫圈18和4个结构相同的螺栓17组成。

所述的紧固栓28为一个类T型结构件，紧固栓28下端面与数控转台10台面接触，外侧沿受试数控转台轴向方向开有一个U型开口，内侧与数控转台径向方向垂直面为一弧面，弧面的半径与轴承22外圈直径相等，该弧面与轴承22外圈紧密贴合，紧固栓28的内测沿受试数控转台轴向方向有一台阶面，用于与轴承22外圈下端面接触，起轴向定位作用。

所述的2号模拟承载夹紧装置将轴承22与数控转台10同步固定，同时轴承22与数控转台10同轴。

实际加载时，外载荷由加载杆41施加给承载盘23，再由轴承22传递给受试数控转台10，从而使数控转台可以在按实际工况运转的条件下实现动态切削力的加载，达到模拟真实工况的效果。

三、切削力加载部分

所述的切削力加载部分包括切削力加载支撑装置13、切削力加载装置11和切削力加载角度调节辅助装置12。

1.切削力加载支撑装置

参阅图1、图8，所述的切削力加载支撑装置13由底座29、2条结构相同的Z方向导轨30、1号X方向导轨31、1号滑板44、右前支架32、左前支架42、转轴43、阶梯销轴33和2号滑板34组成。

底座29底板两边各设置有两个U形开口，用于穿过T型螺栓将其固定在地平铁1上；2条结构相同的Z方向导轨30通过螺栓相互平行地固定在底座29上表面的左右两端，同时保证两条Z方向导轨平行；1号X方向导轨31通过T型螺栓固定在两条结构相同的Z方向导轨30上，使得1号X方向导轨31可以沿着两条Z方向导轨30滑动；左前支架42与右前支架32两侧各焊接或机械连接有一块结构相同的直角三角形筋板以增强其强度，左前支架42与右前支架32底板两侧各设置有两个通孔，用于穿过螺栓以将其固定在1号滑板44的两端；1号滑板44通过四个T型螺栓固定在X方向导轨31上表面，同时保证1号滑板44能够沿1号X方向导轨31滑动；转轴43的左阶梯轴和右阶梯轴分别与左前支架42和右前支架32中的阶梯孔配装并通过螺栓连接固定；阶梯销轴33的下端安装在转轴43中的箱形板上的中心通孔上，上端及轴肩与2号滑板34通过螺栓固定，2号滑板34的顶端设置有一个螺纹通孔，用以与切削力加载角度调节辅助装置12中1号球铰链副45上端连接杆端部的的螺柱连接。

参阅图9，所述的转轴43由左阶梯轴、连接板和右阶梯轴依次焊接或者机械连接为一体。其中连接板设置为箱型结构件，在实际加载时，连接板会受到来自位于X-Y平面内的扭矩，箱型结构可以具有较好的抗扭矩效果，防止转轴变形。

2.切削力加载装置

参阅图1、图8，所述的切削力加载装置11由液压缸支撑架35、关节轴承36、液压缸38、弹性装置39、压力传感器40、加载杆41、直线轴承以及1号轴37组成。

液压缸支撑架35通过螺栓与2号滑板34上两侧T型槽中的T型块固定连接，液压缸38上端面通过四根螺栓与上端盖固定，上端盖与关节轴承36螺纹连接，关节轴承36安装在关节轴承座内，关节轴承座固定在液压缸支撑架35中顶板的上端面上。1号轴37固定在液压缸38的上端面和上端盖之间，1号轴37上套装有可在1号轴37上滑动的直线轴承，直线轴承两端分别与活塞杆的端部和位移传感器的内芯连接，液压缸38的下活塞杆的端部通过螺纹与弹性装置39中上侧连接板上的螺纹孔连接，压力传感器40的一端与弹性装置39中下侧连接板上的螺纹孔通过一根双头螺柱连接，加载杆41的一端和压力传感器40的下端的螺纹孔螺纹连接。

3.切削力加载角度调节辅助装置

参阅图1、图10，所述的切削力加载角度调节辅助装置由1号球铰链副45、调节套46、2号球铰链副47、3号滑板48和2号X方向导轨49组成。

所述的2号X方向导轨49是长条形（横截面为矩形的）板类结构件，沿2号X方向导轨49的纵向于上工作面的中间位置加工有T型槽，T型槽两侧各设置有二个阶梯通孔，用于穿过螺栓将2号X方向导轨49固定在两个结构相同的Z方向导轨30上，2号X方向导轨49可沿Z方向导轨30滑动，从而实现角度调节辅助装置在Z方向的距离可调。

所述的3号滑板48是一板类结构件，3号滑板48的纵向于中心处加工有一螺纹通孔，用于与2号球铰链副47的下端螺柱连接，以将2号球铰链副47固定在3号滑板48上；纵向于中心螺纹通孔左右两端各设置有个一阶梯通孔，用于穿过螺栓将3号滑板48固定在2号X方向导轨49上，3号滑板48可沿2号X方向导轨滑动，从而实现角度调节辅助装置在X方向的距离可调。

所述的2号球铰链副47为行业标准件，其上端螺柱较长，用于与调节套46下段的内螺纹孔连接；下端螺柱用于与3号滑板48的中心螺纹通孔连接，2号球铰链副47中间部分采用球形轴承结构，可实现绕X、Y、Z三个自由度的较大角度的扭转。

所述的调节套46为长筒形通孔加工件，内部上段和下段各有一段内螺纹孔，上段内螺纹孔用于与1号球铰链副45下端的螺柱配合连接，下段内螺纹孔用于与2号球铰链副47上端的螺柱配合连接，调节套46上段和下段的内螺纹孔的螺纹旋向相反。调节时旋转调节套46以改变1号球铰链副45与调节套46、2号球铰链副47与调节套46的配合部分的总长度，进而实现切削力加载角度的辅助调节。

所述的1号球铰链副45为行业标准件，其下端螺柱较长，用于与调节套46上段的内螺纹孔配合连接，上端螺柱用于与2号滑板34顶端的螺纹通孔连接以将二者固定。1号球铰链副45中间部分采用球形轴承结构，可实现绕X、Y、Z三个自由度的较大角度的扭转。

参阅图1、图11，切削力加载角度调节辅助装置工作原理如下：

为方便说明，需将切削力加载部分进行简化：将1号X方向导轨31、1号滑板44、左前支架42和右前支架32的组合简化为杆1；将转轴43、阶梯销轴33、2号滑板34、1号球铰链副45的上端螺柱和切削力加载装置11的组合简化为杆2；将1号球铰链副45的下端螺柱、调节套46、2号球铰链副47的上端螺柱简化为杆3；将转轴43两端阶梯轴与左前支架42和右前支架32的阶梯孔配装处简化为铰点1；将1号球铰链副45中间球型轴承等配合处简化为铰点2；将2号球铰链副47中间球型轴承等配合处简化为铰点3，其中铰点1能实现绕X自由度旋转，铰点2和铰点3可实现绕X、Y、Z三个自由度旋转；将2号球铰链副47下端螺柱、3号滑板48、2号X方向导轨49以及2个Z方向导轨30和底座29的组合简化为固定端。即整个切削力加载部分可以看成是一个连杆机构，如图11所示。

由图易知，对于在Y-Z平面内的角度调节来说，该连杆机构中杆3长度可调，铰点1和铰点2可实现绕Y、Z、自由度的角度扭转，即所述的切削力加载角度调节辅助装置是通过调整调节套46内螺纹孔与1号球铰链副45的下端螺柱、2号球铰链副47的上端螺柱的配合总长度，同时调整两个球铰链副的角度扭转来实现切削力加载角度的辅助调节的。图中细实线所示为调节范围内的任意角度位置；当杆3最长即调节套46与1号球铰链副、2号球铰链副47的配合总长度最长时，Y-Z平面内的角度调节达到极限位置1，此时杆1、杆2、杆3共面，如图中粗虚线所示；假设两个球铰链副扭转达到极限位置时其连接端螺柱轴线与X-Z平面最小夹角为 ，则杆3在Y-Z面的投影为杆3长度与 正弦值得乘机，故当杆3最短且其在Y-Z平面内投影最短时，Y-Z平面内的角度调节达到极限位置2，此时杆1、杆2、杆3不共面，如图中细虚线所示。两极限处在Y-Z平面内杆3位置间夹角 即为在Y-Z平面内切削力加载角度调节辅助装置的角度辅助调节范围。

应当注意，当在Y-Z平面内调节切削力加载角度过程中，加载杆41的要与承载盘23接触的端部的高度可能发生变化，为了实现加载杆41的端部与承载盘23的稳定接合，可以通过沿着Z方向导轨30滑动1号X方向导轨31或者在2号滑板34上滑动切削力加载装置11来将加载杆41的端部调节到适当的高度。此外，还可以通过更换不同厚度的支撑板（14，16）来实现承载盘23在Y-Z平面内的高度调节。

参阅图12，因2号滑板34通过阶梯销轴33与转轴43连接的，切削力加载角度在X方向的调节由旋转2号滑板34来实现，粗实线与细实线所示的两极限位置间的夹角即为切削力加载角度在X方向的调节范围。此时，切削力加载角度调节辅助装置可起辅助支撑作用。

在以上的描述中，虽然描述了通过切削力加载支撑装置13中的转轴43的左阶梯轴和右阶梯轴分别与左前支架42和右前支架32中的阶梯孔配装并通过螺栓连接固定来实现转轴43相对于支架32和42的转动（也即切削力加载装置11与切削力加载支撑装置13之间的铰接）来改变切削力加载角度在Y-Z平面内的调节范围，并使得2号滑板34通过阶梯销轴33与转轴43连接来改变切削力加载角度在X方向的调节范围，但是本发明不限于此，例如切削力加载支撑装置13中的各个构件之间可以固定连接，并且在一端处通过销轴与切削力加载装置11铰接。

应当注意，虽然在上面的描述中，通过机械结构来实现长度或者高度的调节，但是本领域技术人员可以理解的是也可以通过步进电机等装置根据控制部分的控制实现自动的调节。例如，虽然在所述的示例中，通过旋转调节套46以改变1号球铰链副45与调节套46，2号球铰链副47与调节套46的配合部分的总长度是应当理解，通过调节套的长度调节可以用电动装置来自动实现。

四、控制部分

参阅图1、图13，所述的控制部分包括上位工控机、下位伺服控制器和冷却机控制部分。

所述的下位伺服控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和电磁换向阀与电液伺服阀连接。所述的上位工控机控制界面是由VB编制。

首先根据需要模拟的切削力大小及方向，通过调节切削力加载支撑装置的相互位置，来保证液压缸38所加载力的方向和角度满足要求。在VB控制界面上选定一定参数，包括加载动、静态切削力大小、频率、方向及时间，通过RS232C与下位伺服控制器进行串口通讯，下位伺服控制器先输出电流控制电磁换向阀动作，驱动液压泵站提供动力，再经电液伺服阀驱动加载油缸进行加载试验。在加载过程中通过压力传感器40和位移传感器将检测到的电压信号经信号放大器处理传给下位伺服控制器，下位伺服控制器对信号进行处理，一方面传给上位工控机在控制界面上显示以进行实时监控，另一方面下位伺服控制器将需要的信号与命令信号进行PID运算调节，计算出误差补偿，并将补偿信号反馈给电液伺服阀，对加载过程进行调节，不断减小误差，提高控制精度。

冷却机与上位工控机相连接，电液伺服加载装置在工作时需要冷却水时，通过上位工控机来控制。

虽然以上根据附图描述了本发明的示例性实施例，但是应当理解，这些示例仅仅是示例性的，而不是意在将本发明限制到所示的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以包含所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种用于可靠性试验的装置，其特征在于，包括：

数控转台部分，包括数控转台（10）；

模拟承载部分，被配置成将力传递到所述数控转台（10）；

切削力加载部分，被配置成向所述模拟承载部分施加力；以及

控制部分，被配置成调节由所述切削力加载部分所施加的力；

其中，所述切削力加载部分包括切削力加载装置（11）、切削力加载角度调节辅助装置（12）和切削力加载支撑装置（13），并且所述切削力加载装置（11）、切削力加载角度调节辅助装置（12）和切削力加载支撑装置（13）被布置成三连杆机构；

其中，所述切削力加载支撑装置（13）包括底座（29）、相互平行地固定在所述底座（29）上的两条Z方向导轨（30）、能沿着所述两条Z方向导轨（30）滑动地固定在所述两条Z方向导轨（30）上的1号X方向导轨（31）以及能在所述1号X方向导轨（31）上滑动的1号滑板（44），所述切削力加载支撑装置（13）还包括1号支架（32）、2号支架（42）、转轴（43）以及2号滑板（34），所述1号支架（32）和2号支架（42）沿着所述1号X方向导轨（31）的方向相互平行地固定在所述1号滑板（44）上，所述转轴（43）在两端处分别与所述1号支架（32）和2号支架（42）可转动地连接，所述2号滑板（34）以能够相对于所述转轴（43）在与所述转轴（43）的转动平面垂直的2号平面内转动的方式与所述转轴（43）连接；

其中，所述切削力加载角度调节辅助装置（12）包括能沿着所述两条Z方向导轨（30）滑动地固定在所述两条Z方向导轨（30）上的2号X方向导轨（49）、能在所述2号X方向导轨（49）上滑动的3号滑板（48）以及在两端处分别与所述3号滑板（48）和所述2号滑板（34）通过2号球铰链副（47）和1号球铰链副（45）连接的连接组件；并且

其中，所述切削力加载装置（11）包括液压缸（38）和加载杆（41），所述液压缸（38）以相对于所述2号滑板（34）可滑动的方式固定在所述2号滑板（34）上，力通过所述加载杆（41）加载到所述模拟承载部分；

其中，调节由所述切削力加载部分所施加的力包括通过电液伺服来调节力的大小、频率、方向和时间中的一个或多个；

其中，所述连接组件的长度可调。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟承载部分包括模拟承载装置（2,3,4）和模拟承载夹紧装置（8,9），所述模拟承载夹紧装置（8,9）与所述数控转台（10）固定连接，并且所述模拟承载装置（2,3,4）与所述模拟承载夹紧装置（8,9）可旋转地连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模拟承载装置（2,3,4）包括固定部件（24,25,26）、承载盘（23）、轴承（22）和轴承端盖（21），从数控转台（10）侧起，轴承端盖（21）、轴承（22）和承载盘（23）经由穿过中心的螺栓依次固定连接，其中所述轴承端盖（21）在远离数控转台（10）的一个面上具有圆环形凸起，另一个面与数控转台（10）具有一间隙，所述轴承（22）的靠近数控转台（10）的内圈端面与所述圆环形凸起接触，所述承载盘（23）在与所述圆环形凸起相对的面上具有凸起轴，所述凸起轴穿过所述轴承（22）的内圈与所述圆环形凸起的中心端面接触，由所述切削力加载部分所施加的力通过所述加载杆（41）作用在所述承载盘（23）上，并且所述固定部件（24,25,26）将所述承载盘（23）保持在固定位置，并且其中，所述模拟承载夹紧装置（8,9）与所述轴承（22）外圈不可滑动地配合，以使得所述数控转台（10）和所述轴承（22）能同轴旋转。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述轴承（22）为能够承受轴向力和径向力的轴承。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述2号滑板（34）通过阶梯销轴（33）与所述转轴（43）连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转轴（43）通过其两端的阶梯轴与所述1号支架（32）和2号支架（42）中的阶梯孔装配，并通过螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过调节套（46）来调节所述连接组件的长度。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数控转台（10）至少包括立式数控转台或卧式数控转台。