CN110501174B - 由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统。该系统包括地平铁、配重及夹具部分、交换工作台部分和龙门加载部分，其中，所述交换工作台部分和龙门加载部分被安装于所述地平铁，所述交换工作台部分包括至少一个工作台，并且所述配重及夹具部分被固定于工作台，其中，所述配重及夹具部分包括配重块和加载头，所述加载头被安装于所述配重块；其中，所述龙门加载部分包括液压缸以及固定连接的液压缸加载头和压电叠堆，所述液压缸产生的液压力经由所述压电叠堆和所述液压缸加载头被施加于所述加载头，并且其中，所述液压缸的位置和角度可调。

Description

由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统

技术领域

本发明涉及一种应用于卧式加工中心交换工作台可靠性领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对卧式加工中心交换工作台实现动、静态力和扭矩加载的交换工作台可靠性试验系统。

背景技术

近几年随着装备制造业的快速发展，我国已成为数控机床生产及消费的大国，目前国内研发的数控机床在精度、速度、大型化和多轴联动方面取得了明显进展。但随着功能的增多，故障隐患增多，先进功能和性能指标不能维持，可靠性问题越发的严重，已经成为企业、用户与销售市场关注的焦点和数控机床产业发展的瓶颈。国产数控机床可靠性水平偏低的主要原因之一是国产数控机床关键功能部件的可靠性水平较低，因此研究开发数控机床关键功能部件可靠性试验装置和试验技术，进而提高国产功能部件可靠性水平，具有重要的实际意义。交换工作台作为高档加工中心的关键功能部件之一，其自身的可靠性水平直接影响了整机的可靠性水平。

我国的数控机床可靠性试验研究起步较晚，针对交换工作台目前仅有一些功能简单的可靠性试验装置。例如，某些试验台可以对交换工作台进行单边负荷载重测试、双边负荷载重测试、定位精度和重复定位精度测试，或者采用液压缸或气缸进行模拟静态切削力的加载试验，试验模拟的工况与真实工况有很大的差距。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，包括地平铁、配重及夹具部分、交换工作台部分和龙门加载部分，其中，所述交换工作台部分和龙门加载部分被安装于所述地平铁，所述交换工作台部分包括至少一个工作台，并且所述配重及夹具部分被固定于工作台，其中，所述配重及夹具部分包括配重块和加载头，所述加载头被安装于所述配重块；其中，所述龙门加载部分包括液压缸以及固定连接的液压缸加载头和压电叠堆，所述液压缸产生的液压力经由所述压电叠堆和所述液压缸加载头被施加于所述加载头，并且其中，所述液压缸的位置和角度可调。

根据一个实施例，所述交换工作台可靠性试验系统还包括：自动抓取配重块部分，所述自动抓取配重块部分包括工业机器人和支撑块，其中，所述支撑块被安装于所述地平铁，并且被配置为支撑所述工业机器人，并且其中，所述工业机器人被配置为抓取配重块并将所抓取的配重块固定就位。

根据另一个实施例，其中，所述交换工作台部分包括工作台、交换工作台底座以及横向溜板，其中，所述交换工作台底座被固定于地平铁，横向溜板通过导轨和丝杠副能够单自由度移动，并且工作台被安装于所述横向溜板。

根据又一个实施例，其中，所述配重块为圆柱体，并且所述加载头包括横向加载头和Z向加载头，其中，所述圆柱体的上下表面包括平行的1号凸型槽和2号凸型槽，1号凸型槽被配置为约束横向加载头；并且其中，所述圆柱体的侧面包括沿所述圆柱体的轴向设置的3号凸型槽，3号凸型槽被配置为约束Z向加载头。

根据一个实施例，在所述圆柱体的一个底面包括1号定位孔和2号定位孔，并且在所述圆柱体的另一个底面包括对应的两个定位销。

根据一个实施例，其中，所述配重及夹具部分还包括回转工作台上台面、1号立柱支座、2号立柱支座以及压板，其中，所述1号立柱支座和2号立柱支座固定安装于所述回转工作台上台面，并且其中，所述配重块包括配合的多个配重块，并且所述压板为长方体结构，所述长方体结构的端部设置有通孔，所述通孔被分别套设在1号立柱支座和2号立柱支座上，并且所述长方体结构的主体被设置在所述圆柱体的2号凸型槽内。

根据一个实施例，其中，所述龙门加载部分包括经由龙门立柱底座固定于地平铁的1号龙门立柱和2号龙门立柱，连接梁与所述1号龙门立柱和2号龙门立柱固定连接，其中，所述龙门加载部分还包括能够通过导轨和丝杠副上下移动的横梁，并且其中，滑枕能够通过导轨和丝杠副沿着所述横梁单自由度移动。

根据一个实施例，其中，设置有刻度的上转台通过螺栓和螺母固定在滑枕上，下转台通过螺栓与连接板固定，并且1号L型角度盘和2号L型角度盘的短侧板与所述连接板固定，并且在长侧板上设置有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽为两层，并且在半圆形凹槽的中心处设置有螺栓孔。

根据一个实施例，其中，所述龙门加载部分还包括液压缸支撑块，所述液压缸支撑块被配置为支撑所述液压缸，其中，所述液压缸支撑块经由1号连接杆和2号连接杆被固定于所述1号L型角度盘和2号L型角度盘，其中，所述1号连接杆可转动地支撑于所述半圆形凹槽的中心处设置的螺栓孔中，并且其中，所述2号连接杆被设置于所述半圆形凹槽中，并且提供有被配置为指示液压缸支撑块的角度的角度卡尺。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.由压电叠堆和液压混合加载，克服了传统单一液压加载在动态加载时频率过低(加载频率低于100Hz)或者单一电磁加载在动态加载时加载力过低的问题。

2.实际工况复杂多变，传统加载不能很好地模拟出各种工况，本发明中龙门加载部分和配重块上的横向加载头及Z向加载头配合可以实现任意角度加载，通过力的偏心可以实现扭矩加载，能够很好的模拟出铣削、钻削、镗孔等切削方式。

3.龙门结构能保证该系统具有很好的刚度和强度，减少误差。

附图说明

图1为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统结构组成的轴测投影图；

图2为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统中夹具及配重块结构组成的轴测投影图；

图3为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统中配重块的轴测投影图；

图4为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统中交换工作台结构组成的轴测投影图；

图5为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统中龙门加载部分的轴测投影图；

图6为本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统中角度调整机构的轴测投影图；

图中：1.配重及夹具系统，2.工业机器人，3.支撑块，4.交换工作台系统，5.龙门加载系统，6.地平铁，101-1.1号立柱，102-1.1号压板，103-1.1号立柱支座，104.回转工作台上台面，105.回转工作台底座，106-1.1号配重块，103-2.2号立柱支座，106-2.2号配重块，107.Z向加载头，106-3.3号配重块，102-2.2号压板，101-2.2号立柱，108.横向加载头，109-1.1号定位销，109-2.2号定位销，110.1号凸型槽，111.1号夹紧孔，112.2号凸型槽，113-1.1号定位孔，113-2.2号定位孔，114.3号凸型槽，115.3号定位孔，401.1号工作台，402.托臂，403.交换工作台底座，404.横向溜板，405.2号工作台，501.连接梁，502-1.1号龙门立柱，502-2.2号龙门立柱，503.横梁，511-1.1号加强肋，512-1.1号龙门立柱底座，512-2.2号龙门立柱底座，511-2.2号加强肋，522.1号连接杆，519.2号连接杆，520.角度卡尺，504.滑枕，505.上转台，506.下转台，507.连接板，508-1.1号L型角度盘，509-1.1号L型角度盘加强肋，510.液压缸支撑块，513.液压缸加载头，514.压电叠堆，515.压力传感器，517.1号弹性装置，518.2号弹性装置，521.液压缸，509-2.2号角度盘加强肋，508-2.2号L型角度盘。

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，本发明所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验台由配重及夹具部分、自动抓取配重块部分、交换工作台部分和龙门加载部分组成。

一.配重及夹具部分

参阅图2、图3所述的配重及夹具系统部分包括1号立柱101-1、1号压板102-1、1号立柱支座103-1、回转工作台上台面104、回转工作台底座105、1号配重块106-1、2号立柱支座103-2、2号配重块106-2、Z向加载头107、3号配重块106-3、2号压板102-2、2号立柱101-2、横向加载头108、1号定位销109-1和2号定位销109-2。此外，如图3所示，配重及夹具系统部分还包括1号凸型槽110、1号夹紧孔111、2号凸型槽112、1号定位孔113-1、2号定位孔113-2、3号凸型槽114和3号定位孔115。

所述的配重块为圆柱体，在圆柱体的上下表面有两个平行的1号凸型槽110和2号凸型槽112，1号凸型槽110用来约束横向加载头108；在圆柱体下表面有1号定位孔113-1和2号定位孔113-2，在圆柱体的上表面有两个定位销109-1和109-2，定位孔与定位销协同配合用作多个配重块组合的定位；在圆柱体的侧面有一垂直于地面的3号凸型槽114，用来约束Z向加载头107。

所述的回转工作台底座105下半部分为长方体，上半部分为圆柱体，在长方体的四个角各有一个螺栓孔，用作回转工作台的定位与夹紧。所述的回转工作台上台面104为圆柱体，在其上表面有两个定位销，1号配重块106-1放置在回转工作台上台面104上，并确保回转工作台上台面104上的两个定位销与1号配重块106-1的定位孔紧密配合。2号配重块106-2和3号配重块106-3的配合同上。

1号立柱101-1为圆柱体,1号立柱支座103-1为长方体，其通过焊接或机械固定的方式连接，要保证1号立柱支座103-1的轴心线垂直于1号立柱支座103-1的表面。1号立柱支座103-1上有两个螺栓孔，与螺栓配合使其固定在回转工作台上台面104的上表面。所述的1号压板102-1为长方体结构，在其上靠近边缘处有一通孔，通孔套在1号立柱101-1上，另一侧插入到2号凸型槽112内，通过垫片和螺母固定夹紧。在配重块的另一侧，2号立柱101-2、2号压板102-2、2号立柱支座103-2配合同上。

在工作时，配重及夹具部分被安装在稍后描述的交换工作台上，经由压电叠堆和液压系统施加的力经由Z向加载头107和/或横向加载头108被施加到配重及夹具部分，进而实现对交换工作台的可靠性试验。

二.自动抓取配重块部分

参阅图1，所述的自动抓取配重块部分包括工业机器人2和支撑块3。工业机器人2用于抓取配重块并将所抓取的配重块经由如上所述的1号定位销109-1和2号定位销109-2被固定就位。

所述的支撑块3为长方体结构，在其顶面和底面各有四个螺栓孔，通过改变支撑块的数量可以调节工业机器人的可工作区域的高低。通过四个螺栓和垫片可以将支撑块3固定在地平铁6合适的位置上，再通过四个螺栓和垫片将工业机器人固定在支撑块3上，支撑块之间亦用螺栓和螺母连接。

三.交换工作台部分

参阅图4，所述的交换工作台部分包括1号工作台401、托臂402、交换工作台底座403、横向溜板404和2号工作台405。

所述的交换工作台底座403通过螺栓使其固定在地平铁6上，横向溜板404通过导轨和丝杠副可以单自由度移动。夹具及配重块部分通过螺栓固定在1号工作台401和2号工作台405上，并且工作台被安装于横向溜板404。

应当注意，虽然以上以交换工作台部分包括1号工作台401和2号工作台405这两个工作台为例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是可以包括一个、三个或者更多个工作台。也就是说，根据本发明的交换工作台部分包括至少一个工作台。

四.龙门加载部分

参阅图5，所述的龙门加载部分包括连接梁501、1号龙门立柱502-1、2号龙门立柱502-2、横梁503、1号加强肋511-1、1号龙门立柱底座512-1、2号龙门立柱底座512-2、2号加强肋511-2、1号连接杆522、2号连接杆519和角度卡尺520。此外，如图6所示，龙门加载部分还包括滑枕504、上转台505、下转台506、连接板507、1号L型角度盘508-1、1号L型角度盘加强肋509-1、液压缸支撑块510、液压缸加载头513、压电叠堆514、压力传感器515、1号弹性装置517、2号弹性装置518、液压缸521、2号角度盘加强肋509-2和2号L型角度盘508-2。

所述的1号龙门立柱底座512-1呈长方体结构，在其上有四个螺栓孔，用作与地平铁6固定；所述的1号龙门立柱502-1通过焊接或机械固定的方式与1号龙门立柱底座512-1连接，单侧3个(双侧共6个)与1号加强肋511-1完全相同的加强肋通过焊接或机械固定的方式与1号龙门立柱底座512-1和1号龙门立柱502-1连接，保证龙门框架具有足够的强度和刚度。所述的2号龙门立柱底座512-2、2号龙门立柱502-2、2号加强肋511-2连接方式同上。所述的连接梁501呈长方体结构，通过焊接或机械固定的方式与1号龙门立柱和2号龙门立柱连接，保证龙门框架具有足够的强度和刚度。

所述的横梁503通过导轨和丝杠副可以上下移动。所述的滑枕504通过导轨和丝杠副可以在横梁503上单自由度移动。所述的上转台505呈圆柱体，其上有刻度，通过螺栓和螺母固定在滑枕504上；所述的下转台506呈圆柱体，在圆柱体的下表面有环型螺栓孔；所述的连接板507呈长方体结构在两侧各有两排螺栓孔，在中心部分有环型螺栓孔，连接板507通过若干螺栓与下转台506固定。

所述的1号L型角度盘508-1呈L型结构，在短侧板面上设有六个螺栓孔，1号L型角度盘508-1通过螺栓固定在连接板507上；在1号L型角度盘508-1的长侧板面有一半圆形凹槽，该半圆形凹槽有两层；在半圆形凹槽的中心处有一螺栓孔。所述的1号L型角度盘加强肋509-1呈三棱柱型，1号L型角度盘加强肋509-1与1号L型角度盘通过焊接或者机械固方式固定，确保其具有足够的强度和刚度。所述的2号L型角度盘508-2呈L型结构，在短侧板面上设有六个螺栓孔，2号L型角度盘508-2通过螺栓固定在连接板507上；在2号L型角度盘508-2的长侧板面有一半圆形凹槽，该半圆形凹槽有两层；在半圆形凹槽的中心处有一螺栓孔。所述的2号L型角度盘加强肋509-2呈三棱柱型，2号L型角度盘加强肋509-2与2号L型角度盘508-2通过焊接或者机械固方式固定，确保其具有足够的强度和刚度。

所述的液压缸支撑块510呈长方体，在其侧面有两通孔，通过1号连接杆522与2号连接杆519和螺母、垫片使其固定于1号L型角度盘508-1和2号L型角度盘508-2上。在靠近液压缸支撑块510的1号连接杆522上的两螺母与垫片限制液压缸支撑块510轴向运动；在靠近1号L型角度盘508-1和2号L型角度盘508-2的1号连接杆522上的四个螺母和垫片限制液压缸支撑块510和1号连接杆522轴向移动。具体地，在本发明中，1号连接杆522可转动地支撑于半圆形凹槽的中心处设置的螺栓孔中。

2号连接杆519的两端被分别设置于1号L型角度盘和2号L型角度盘的半圆形凹槽中。在靠近液压缸支撑块510的2号连接杆519上的两螺母与垫片限制液压缸支撑块510轴向运动；在靠近1号L型角度盘508-1和2号L型角度盘508-2的内侧2号连接杆519上有两个螺母和垫片限制液压缸支撑块510和2号连接杆519轴向移动；在靠近1号L型角度盘508-1和2号L型角度盘508-2外侧的2号连接杆519有一对角度卡尺和螺母，用来限制液压缸支撑块510和2号连接杆519轴向移动和指示角度。所述的液压缸521通过螺栓固定在液压缸支撑块510上。所述的压力传感器515、液压缸加载头513、压电叠堆514和弹性装置通过螺纹连接，保证一定的同轴度。

在工作时，液压缸产生的液压力经由液压缸加载头513和压电叠堆514被施加到横向加载头和/或Z向加载头，从而实现对交换工作台的可靠性试验。

此外，在本发明中，通过横梁503的上下移动以及滑枕504通过导轨和丝杠副沿着在横梁503的移动，实现了液压缸的位置调整。另外，通过1号L型角度盘508-1和2号L型角度盘508-2，实现了液压缸的俯仰角度调整，并且通过上转台和下转台实现了液压缸的横摆角度的调整。也就是说，在本发明中，液压缸向加载头施加的力的大小、位置以及方向都是可调整的。

本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施例，或者说是一种较佳的具体的技术方案。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做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内。

Claims (7)

1.一种由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，包括地平铁、配重及夹具部分、交换工作台部分和龙门加载部分，

其中，所述交换工作台部分和龙门加载部分被安装于所述地平铁，所述交换工作台部分包括至少一个工作台，并且所述配重及夹具部分被固定于工作台，

其中，所述配重及夹具部分包括配重块和加载头，所述加载头被安装于所述配重块；

其中，所述龙门加载部分包括液压缸以及固定连接的液压缸加载头和压电叠堆，所述液压缸产生的液压力经由所述压电叠堆和所述液压缸加载头被施加于所述加载头，并且

其中，所述液压缸的位置和角度可调；

其中，所述龙门加载部分包括能够通过导轨和丝杠副上下移动的横梁，并且其中，滑枕能够通过导轨和丝杠副沿着所述横梁单自由度移动；其中，设置有刻度的上转台通过螺栓和螺母固定在滑枕上，下转台通过螺栓与连接板固定，并且1号L型角度盘和2号L型角度盘的短侧板与所述连接板固定，并且在长侧板上设置有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽为两层，并且在半圆形凹槽的中心处设置有螺栓孔；

其中，所述龙门加载部分还包括液压缸支撑块，所述液压缸支撑块被配置为支撑所述液压缸；所述液压缸支撑块经由1号连接杆和2号连接杆被固定于所述1号L型角度盘和2号L型角度盘；所述1号连接杆可转动地支撑于所述半圆形凹槽的中心处设置的螺栓孔中，并且所述2号连接杆被设置于所述半圆形凹槽中，并且提供有被配置为指示液压缸支撑块的角度的角度卡尺。

2.根据权利要求1所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，还包括：自动抓取配重块部分，所述自动抓取配重块部分包括工业机器人和支撑块，

其中，所述支撑块被安装于所述地平铁，并且被配置为支撑所述工业机器人，并且

其中，所述工业机器人被配置为抓取配重块并将所抓取的配重块固定就位。

3.根据权利要求1所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，

其中，所述交换工作台部分包括工作台、交换工作台底座以及横向溜板，

其中，所述交换工作台底座被固定于地平铁，横向溜板通过导轨和丝杠副能够单自由度移动，并且工作台被安装于所述横向溜板。

4.根据权利要求1所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，

其中，所述配重块为圆柱体，并且所述加载头包括横向加载头和Z向加载头，

其中，所述圆柱体的上下表面包括平行的1号凸型槽和2号凸型槽，1号凸型槽被配置为约束横向加载头；并且

其中，所述圆柱体的侧面包括沿所述圆柱体的轴向设置的3号凸型槽，3号凸型槽被配置为约束Z向加载头。

5.根据权利要求4所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，其中，在所述圆柱体的一个底面包括1号定位孔和2号定位孔，并且在所述圆柱体的另一个底面包括对应的两个定位销。

6.根据权利要求5所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，

其中，所述配重及夹具部分还包括回转工作台上台面、1号立柱支座、2号立柱支座以及压板，

其中，所述1号立柱支座和2号立柱支座固定安装于所述回转工作台上台面，并且

其中，所述配重块包括配合的多个配重块，并且所述压板为长方体结构，所述长方体结构的端部设置有通孔，所述通孔被分别套设在1号立柱支座和2号立柱支座上，并且所述长方体结构的主体被设置在所述圆柱体的2号凸型槽内。

7.根据权利要求1所述的由压电叠堆和液压混合加载的交换工作台可靠性试验系统，

其中，所述龙门加载部分包括经由龙门立柱底座固定于地平铁的1号龙门立柱和2号龙门立柱，连接梁与所述1号龙门立柱和2号龙门立柱固定连接。

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