CN112305360A - 数控机床操作面板可靠性试验装置及方法 - Google Patents

数控机床操作面板可靠性试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控机床操作面板可靠性试验装置及方法，试验装置主要由模拟工况装置、操作面板固定装置、试验加载装置、空间调节装置、监测控制系统组成。试验方法主要包括确定受试数控机床操作面板的个数与型号以及需要模拟的试验工况要求、固定数控机床操作面板、调整受试对象到合适位置、进行可靠性试验、观测并记录数据。本发明为数控机床操作面板的可靠性评估和提升以及故障分析提供基础数据；能满足不同的可靠性试验方案乃至加速试验方案的要求；适用于不同型号数控机床的操作面板，特殊的加载方式可以减少对电机与设备的损耗；并且可以同时对多台数控机床操作面板进行加载试验。

Description

数控机床操作面板可靠性试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种应用于机械领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对数控机床操作面板施加振动、温度、湿度等应力载荷的可靠性试验装置及其试验方法。
背景技术
数控机床操作面板作为操作人员与数控机床进行人机交互的重要工具，是数控机床重要的组成部分与重要的人机交互接口。操作人员通过面板对数控机床进行编程、操作、调试、参数修改与设定，并查询与了解数控机床的运行状态。
作为一种精密加工设备，数控机床任何部分故障都会引起设备运转异常，操作面板作为人机交互的重要部件对整机的可靠性有很大影响。数控机床操作面板主要包括显示装置、NC键盘、控制面板等部分，操作面板按钮一般分为按键与旋钮两种形式，按键主要包括轻触按键与薄膜开关，在使用中由于温度、湿度、振动以及频繁操作等原因会导致按键与旋钮出现控制失灵故障。数控机床操作面板的可靠性试验能够为数控机床操作面板的优化设计与提高其可靠性提供重要的基础数据。
国内目前对于数控机床操作面板的可靠性试验研究很少，并且缺乏相关的可靠性试验装置。因此发明一种能够模拟实际工况环境下对数控机床操作面板进行可靠性检验的试验装置与试验方法对数控机床整机的可靠性提升具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前缺乏一种能够对数控机床操作面板进行模拟实际工况的可靠性试验装置，提出了一种能够在不同温度、湿度、振动工况下同时对多个数控机床操作面板的按键与旋钮进行可靠性试验的装置，并提出了一套数控机床操作面板可靠性试验的方法。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种数控机床操作面板可靠性试验装置，主要由模拟工况装置、操作面板固定装置、试验加载装置、空间调节装置、监测控制系统组成；
所述的模拟工况装置包括温湿度箱3、试验加载模板29；
所述的试验加载装置包括加载头5、模板定位杆8；
所述空间调节装置分为XYZ三个轴；所述加载头5安装在Z轴滑板20上；
所述的监测控制系统包括工业CCD摄像机22、控制柜2；
所述的试验加载模板29位于温湿度箱3内部，并通过磁力吸附在模板定位杆8上；
所述工业CCD摄像机22安装在操作面板固定装置上。
技术方案中所述的模拟工况装置还包括振动加载平台1；
所述的振动加载平台1位于温湿度箱3的下部；
所述的操作面板固定装置包括测试平台10、横向调节滑道11、调节滑板4、侧面L型固定板12；
所述测试平台10固定在温湿度箱3内的最底部，横向调节滑道11通过T型螺母与测试平台10连接，调节滑板4通过T型螺母与横向调节滑道11连接，侧面L型固定板12通过T型螺母与测试平台10连接；
所述的试验加载装置还包括圆盘电磁铁6、导向柱24、压缩弹簧23、加载转接板7；
加载头5通过螺栓安装在Z轴滑板20上，加载头5下端通过螺栓固定在圆盘电磁铁6上，圆盘电磁铁6与加载转接板7通过压缩弹簧23与导向柱24进行定位连接，加载转接板7两侧开有直槽口，通过螺栓与模板定位杆8连接。
技术方案中所述空间调节装置分为XYZ三个轴，每个轴主要包括伺服电机、联轴器、轴承座、丝杠螺母、滑块、导轨、丝杠、连接块、滑板；
XYZ三个轴的伺服电机与丝杠都通过联轴器连接，丝杠两端装有轴承座固定轴承，伺服电机带有制动器，伺服电机通过静脉行星减速机驱动滚珠丝杠，丝杠螺母与连接块通过螺栓连接，滑块安装在导轨上，滑板通过螺栓固定在连接块与滑块上。
技术方案中所述工业CCD摄像机22通过螺栓安装在调节滑板4上端，控制柜2中包括工控机、可编程控制器、温湿度控制器、振动控制器、伺服驱动器；
所述工业CCD摄像机22用来远程监视可靠性试验过程，全程拍摄加载视频信息并在工控机显示屏显示；
所述的工控机能够通过显示屏实时观察试验情况，并且发送指令控制可编程控制器，实现对振动控制器、温湿度控制器、伺服电机的控制。
技术方案中所述的试验加载模板29包括承重模板9、按键压头25、旋钮加载头26；承重模板9根据不同型号数控机床操作面板按键与旋钮的分布情况进行设计，承重模板9下端根据操作面板不同键位分布位置来布置相对应的按键压头25，按键压头25通过磁力吸附与承重模板9连接，对应旋钮分布位置布置对应的旋钮加载头26，旋钮加载头26通过磁力吸附与承重模板9连接；
所述的旋钮加载头26包括圆柱凸轮27与外接圆柱推杆28，外接圆柱推杆28内部与圆柱凸轮27通过滚子连接，圆柱凸轮27下端开有槽口与旋钮配合连接。
技术方案中所述的可编程控制器与温湿度控制器与振动控制器连接，调节温湿度箱3内部温湿度环境，控制振动加载平台1运动；
可编程控制器下行方向与伺服驱动器连接，实现对三轴伺服电机与圆盘电磁铁6的控制，通过控制三轴丝杠的移动实现试验加载模板29与待测操作面板的加载定位；通过设置圆盘电磁铁6的通断电时间间隔来控制试验加载模板29对待测操作面板的加载时间与间隔时间；
所述振动加载平台1的上平台表面安装加速度传感器,检测试验系统中的振动值，所述温湿度箱3中设有温湿度传感器，采集受试数控机床控制面板的温湿度环境参数；
一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1：确定受试数控机床操作面板的个数与型号以及需要模拟的试验工况要求，根据受试对象个数确定承重模板9的个数，并根据操作面板按键与旋钮的分布位置选择相应的承重模板9，通过磁力吸附作用在承重模板9下端，布置与操作面板按键与旋钮键位分布位置相对应的按键压头25与旋钮加载头26；
步骤2：根据受试数控机床操作面板的尺寸调节横向调节滑道11，通过调节滑板4与侧面L型固定板12固定数控机床操作面板；
步骤3：通过工控机控制空间调节装置中的XYZ三轴电机，从而驱动XYZ三轴丝杠滑块的移动，将承重模板9下端的按键压头25与旋钮加载头26调到合适位置使其能够对受试数控机床操作面板按键与旋钮进行精确加载；
步骤4：根据受试数控机床操作面板需要模拟加载的试验工况要求，在工控机软件中输入温湿度箱参数、振动加载台参数与圆盘电磁铁参数，并确定试验时间，设定完成后同时对操作面板进行温湿度加载试验、振动加载试验与操作面板可靠性加载试验；
步骤5：在工控机显示屏远程观察试验加载情况，同时工控机软件自动记录并显示所有按键与旋钮的总试验次数、失效次数、连续出现两次失效次数的报警信号等试验参数。
技术方案中所述的温湿度加载试验，包括以下步骤：
1)根据数控机床操作面板所处的不同操作环境，确定试验的温湿度范围、变化的速率以及对应的试验时间，从而制定能够模拟试验操作环境的温湿度加载方案，并输入到工控机软件中；
2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板29的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板温湿度加载方案进行可靠性试验；
3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验温湿度数据。
技术方案中所述的振动加载试验，包括以下步骤：
1)根据数控机床操作面板在机床操作时的振动环境，确定振动加载试验中振动均值、幅值、频率以及试验时间，制定周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案，并输入工控机软件中；
2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板29的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案进行振动加载试验；
3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验振动数据。
技术方案中所述的操作面板可靠性加载试验，包括以下步骤：
1)通过平台固定装置与空间调节装置完成数控机床操作面板与试验加载模板29的固定与定位为加载试验前提，在加载试验之前保持圆盘电磁铁6通电与加载转接板7呈吸合状态；
2)在工控机软件设置圆盘电磁铁6的开断电间隔时间，设置完成后圆盘电磁电6按照这个周期开始重复开断电的过程，断电后由于整个加载模块的重力作用，圆盘电磁铁6与加载转接板7分离，承重模板9下压过程中按键压头25按压操作面板所有按键；
3)承重模板9下压过程中旋钮加载头26中的外接圆柱推杆28同时下压，外接圆柱推杆28内部滚子带动圆柱凸轮27转动，圆柱凸轮27下端槽口带动操作面板所有旋钮转动；
4)按键与旋钮正常接通后，工控机显示屏会输出信号，加载几秒后圆盘电磁铁6重新充电接通，在压缩弹簧23与导向柱24的定位下对加载转接板7重新精准吸合，按键与旋钮恢复原状；
5)在持续加载过程中，工控机软件实时显示并记录加载数据，当按键或旋钮无法输出信号时，软件会记录每个旋钮与按键的总共试验次数与失效次数，当其中一个按键与旋钮连续出现两次以上失效次数时，则确定面板出现故障，系统报警并自动停止试验，若想继续对其他未失效按键旋钮进行试验，需要复位操作后继续进行加载试验，工控机软件继续记录其他按键与旋钮的试验数据。
从技术方案能够看出本发明的有益效果是：
1.本发明所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，很好的弥补了目前数控机床操作面板多工况模拟的可靠性试验装置的空白，为数控机床操作面板的可靠性评估和提升以及故障分析提供基础数据。
2.本发明所述的试验参数可以根据试验要求灵活调节，包括振动频率、幅值、方向、试验温度和温度变化率、湿度和湿度变化率、按键旋钮加载时间等，以满足不同的可靠性试验方案乃至加速试验方案的要求。
3.本发明所述的数控机床操作面板可靠性试验装置适用于不同型号数控机床的操作面板，具有通用性与灵活性。通过空间调节装置来固定不同外观尺寸的操作面板，对于不同键位分布的数控面板不需要整块更换承重板，只需要根据数控面板不同键位与旋钮的分布位置调整承重板上按键压头与旋钮加载头的位置，压头与加载头通过磁力吸附的方式调节更加灵活方便。
4.本发明所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，通过温湿度箱内的三轴移动平台可以根据操作平台位置对加载单元进行灵活调节，同时加载方式通过控制圆盘电磁铁对加载模块的吸合与分离来实现加载模块的上下运动，利用断电后加载模块自身的重力进行加载，该加载方式可以减少对电机与设备的损耗，具有很好的实用性与经济性。
5.本发明所述的数控机床操作面板可靠性试验装置可以同时对多台数控机床操作面板进行加载试验，旋钮加载头采用圆柱凸轮的结构，并且下端开有槽口用来卡住旋钮，在一次下压加载过程中按键压头与旋钮加载头可以同时实现对按键的按压与旋钮的旋转，具有很好的连贯性与高效性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置整体的轴测投影图。
图2为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置整体的主视图。
图3为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置中操作面板固定装置结构图。
图4为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置中空间调节装置结构图。
图5为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置中试验加载装置结构图。
图6为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置中单个试验加载模板加载细节图。
图7为所述的数控机床操作面板可靠性试验装置中监测控制系统原理图。
图8为所述的数控机床操作面板可靠性试验方法的实施步骤流程图。
图中：
1.振动加载平台，2.控制柜，3.温湿度箱，4.调节滑板，5.加载头，6.圆盘电磁铁，7.加载转接板，8.模板定位杆，9.承重模板，10.测试平台，11.横向调节滑道，12.侧面L型固定板，13.伺服电机，14.联轴器，15.轴承座，16.丝杠螺母，17.连接块，18.导轨，19.丝杠，20.滑板，21.滑块，22.工业CCD摄像机，23.压缩弹簧，24.导向柱，25.按键压头，26.旋钮加载头，27.圆柱凸轮，28.外接圆柱推杆，29.试验加载模板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明所述的数控机床操作面板可靠性试验装置及方法主要由两大部分组成，即数控机床操作面板可靠性试验装置部分和数控机床操作面板可靠性试验方法部分。
一、数控机床操作面板可靠性试验装置部分
参阅图1，所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，由模拟工况装置、操作面板固定装置、试验加载装置、空间调节装置、监测控制系统组成。
1.模拟工况装置
参阅图1与图2所述的模拟工况装置包括温湿度箱3、振动加载平台1、试验加载模板29。
振动加载平台1位于温湿度箱3的下部；所述的试验加载模板29位于温湿度箱3内部，并通过磁力吸附在模板定位杆8上；
参阅图5与图6，试验加载模板29包括承重模板9、按键压头25、旋钮加载头26，通过磁力吸附的方式与模板定位杆8连接。实现在模拟实际温湿度与振动情况下对数控机床操作面板按键与旋钮同时进行加载的目的。
参阅图6，承重模板9根据不同型号数控机床操作面板的按键与旋钮分布情况进行选择设计，根据操作面板不同键位分布位置来布置承重模板9下端相对应的按键压头25，对应旋钮分布位置布置对应的旋钮加载头26，旋钮加载头26包括圆柱凸轮27与外接圆柱推杆28两部分，圆柱凸轮27下方开有槽口与旋钮连接。
所述的按键压头25与旋钮加载头26都通过磁力吸附的方式与承重模板9连接，安装与调节更加方便，能够保证对按键与旋钮的精准加载。
所述的旋钮加载头26包括采用了圆柱凸轮的结构，在承重模板9下压时外接圆柱推杆28同时向下移动，其内部滚子带动圆柱凸轮27旋转，圆柱凸轮27开有与旋钮进行配合的槽口，带动旋钮旋转实现加载。
所述的温湿度试验箱3可以对受试数控机床操作面板进行模拟环境的温度和湿度的可靠性试验，该温湿度试验箱带有温湿度试验箱控制器。
所述的振动加载台1可以实现对受试数控机床操作面板进行在不同频率下振幅可调的振动加载可靠性试验，该振动加载台带有振动加载台控制器，振动加载台1位于温湿度试验箱3的下层空间，振动加载台1上端穿过温湿度箱内部与测试平台10连接，使数控机床操作面板能够按照给定要求振动。
2.操作面板固定装置
所述的操作面板固定装置包括测试平台10、横向调节滑道11、调节滑板4、侧面L型固定板12；
测试平台10用铝型材搭建，固定在温湿度箱3内的最底部，横向调节滑道11通过T型螺母与测试平台10连接，调节滑板4通过T型螺母与横向调节滑道11连接，侧面L型固定板12通过T型螺母与测试平台10连接；
参阅图2与图3，所述的操作面板固定装置由测试平台10、横向调节滑道11(两条)、调节滑板4(四个)、侧面L型固定板12(四个)组成。
测试平台10整体采用轻质铝型材搭建，固定在温湿度箱内最底部与振动加载台1上顶面通过磁力吸附方式连接，横向调节滑道11与测试平台10通过T型螺母连接，横向调节滑道11两侧开有竖向直槽口可以根据不同尺寸的数控机床操作面板来实现在测试平台10上竖向的移动调节，横向调节滑道11中间开有横向直槽口，通过T型螺母连接L型的调节滑板4，通过调节横向滑道11与L型滑板4实现对受试数控机床操作面板的竖向固定，测试平台10两侧的侧面L型固定板12与测试平台10直接通过T型螺母连接，对受试数控机床操作面板横向位置进行固定作用，能够保证在试验过程中受试数控机床操作面板保持稳定状态。
3.试验加载装置
参阅图4、图5与图6，所述的试验加载装置包括加载头5、圆盘电磁铁6、导向柱24、压缩弹簧23、加载转接板7、模板定位杆8。
加载头5通过螺栓安装在Z轴滑板20上，加载头5下端通过螺栓与圆盘电磁铁6连接，圆盘电磁铁6与加载转接板7通过压缩弹簧23与导向柱24进行定位连接，加载转接板7两侧开有直槽口，通过螺栓与模板定位杆8连接。
圆盘电磁铁6与加载转接板7采用磁力吸附进行吸合，断电后加载转接板7依靠重力作用往下运动进行加载，通电后圆盘电磁铁6再次对加载转接板7进行吸合作用，使其往上运动，取消加载，压缩弹簧23与导向柱24能够保证在运动过程中圆盘电磁铁6与加载转接板7相对位置不发生偏移，加载转接板7通过磁力吸附模板定位杆8，从而实现可以连接多个承重模板9，在一次下压运动过程中实现对多个数控机床操作面板按键与旋钮的同时加载。
4.空间调节装置
参阅图4，所述的空间调节装置包括XYZ三个轴，每个轴都包括伺服电机13、联轴器14、轴承座15、丝杠螺母16、滑块21、导轨18、丝杠19、连接块17、滑板20。
三轴的伺服电机与丝杠都通过联轴器连接，丝杠两端装有轴承座固定轴承，为保证运行平稳，伺服电机带有制动器，伺服电机通过静脉行星减速机驱动滚珠丝杠，丝杠螺母与连接块通过螺栓连接，滑块安装在导轨上，导轨固定在滑座上，滑板通过螺栓固定在连接块与滑块上，通过可编程控制器控制三轴伺服电机实现试验加载装置在空间位置中XYZ三个方向上的灵活调节。
只有Z轴方向的滑板20与加载头5进行螺栓连接，XY两轴的滑板分别与Z轴和X轴的滑座通过螺栓连接，工作时伺服电机13驱动丝杠19旋转，带动滑块20上的连接块17与滑板20运动，实现Z轴方向的运动，同理XY两轴通过电机驱动丝杠旋转，带动各轴连接块与滑板运动，通过滑板与各自垂直轴的滑座连接，最终能够实现三轴的空间调节。
5.监测控制系统
所述的监测控制系统主要包括工业CCD摄像机22、控制柜2。
参阅图3，工业CCD摄像机22通过螺栓安装在调节滑板4上端，控制柜2中包括工控机、可编程控制器、温湿度控制器、振动控制器、伺服驱动器。
工业CCD摄像机22用来远程监视可靠性试验过程，通过USB或RS232C与控制柜2上的工控机进行串口通讯，全程拍摄加载视频信息并在工控机显示屏显示。
工控机能够通过显示屏实时观察试验情况，并且发送指令控制可编程控制器，实现对振动控制器、温湿度控制器、伺服电机的控制；
控制柜2放置在与温湿度试验箱3相距半米处。
试验加载模板29包括承重模板9、按键压头25、旋钮加载头26；承重模板9根据不同型号数控机床操作面板按键与旋钮的分布情况进行设计，承重模板9下端根据操作面板不同键位分布位置来布置相对应的按键压头25，按键压头25通过磁力吸附与承重模板9连接，对应旋钮分布位置布置对应的旋钮加载头26，旋钮加载头26通过磁力吸附与承重模板9连接；
旋钮加载头26包括圆柱凸轮27与外接圆柱推杆28，外接圆柱推杆28内部与圆柱凸轮27通过滚子连接，圆柱凸轮27下端开有槽口与旋钮配合连接；
参阅图7，所述的工控机作为控制的媒介，接收来自键盘和鼠标以及工业CCD摄像机22的输入数据,并将试验的实时状态通过显示器反馈给使用者，同时工控机通过键盘与鼠标等输入设备只需简单手动发送指令控制可编程控制器，就可通过内部设置完成的程序实现对振动控制器、伺服驱动器、温湿度控制器的间接控制。
可编程控制器与温湿度控制器与振动控制器连接，可以调节温湿度箱3内部温湿度环境，控制振动加载平台1运动；
可编程控制器与振动加载台控制器相连，控制振动加载平台1的运动，使振动加载平台上的受试对象按照设定的振动规律振动。
可编程控制器与温湿度控制器相连，控制温湿度箱3中的温湿度指数变化，实现对受试数控机床操作面板温湿度工况模拟。
可编程控制器下行方向与伺服驱动器连接，实现对三轴伺服电机与圆盘电磁铁6的控制，通过控制三轴丝杠的移动实现试验加载模板29与待测操作面板的加载定位；通过设置圆盘电磁铁6的通断电时间间隔来控制试验加载模板29对待测操作面板的加载时间与间隔时间；
振动加载平台1的上平台表面安装加速度传感器,检测试验系统中的振动值，所述温湿度箱3中设有温湿度传感器，采集受试数控机床控制面板的温湿度环境参数；
可编程控制器下行方向与伺服驱动器连接，实现对XYZ三轴伺服电机与圆盘电磁铁电机的控制，控制XYZ三轴伺服电机通过丝杠传动实现三个轴的移动，使试验加载模板29能够在XYZ三个方向灵活调节，对数控机床操作面板做到精准加载，同时可以单独设置圆盘电磁铁6的开断电的间隔时间，间接控制每一次加载装置与数控机床操作面板旋钮与按键的加载时间。
工控机软件安装在工控机中，使用可视化编程软件Labview编制。在控制界面上设定可靠性试验的温度、湿度、振动的幅值频率等参数之后，与可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，按照设定的参数调节温湿度、振动情况。试验过程中温湿度参数、振动参数、试验加载次数、受试数控机床操作按键与旋钮输出状态、失效次数、报警信号等试验数据都会在工控机软件实时显示与记录。
二、数控机床操作面板可靠性试验方法部分
本发明专利针对受试数控机床操作面板提出了一套可靠性试验方法,可靠性试验是在前面所述的数控机床操作面板可靠性试验装置的基础上进行的,数控机床操作面板可靠性试验装置能够安装不同型号尺寸的受试数控机床操作面板,同时能够对多台受试数控机床操作面板进行可靠性试验。依据受试数控机床操作面板需要模拟的实际工况进行温度和湿度模拟加载试验、振动加载试验等。
一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法,包括以下步骤：
步骤1：确定受试数控机床操作面板的个数与型号以及需要模拟的试验工况要求，根据受试对象个数确定承重模板9的个数，并根据操作面板按键与旋钮的分布位置选择相应的承重模板9，通过磁力吸附作用在承重模板9下端，布置与操作面板按键与旋钮键位分布位置相对应的按键压头25与旋钮加载头26；
步骤2：根据受试数控机床操作面板的尺寸调节横向调节滑道11，通过调节滑板4与侧面L型固定板12固定数控机床操作面板，保证试验过程中操作面板的稳定性；
步骤3：通过工控机控制空间调节装置中的XYZ三轴电机，从而驱动XYZ三轴丝杠滑块的移动，将承重模板9下端的按键压头25与旋钮加载头26调到合适位置使其能够对受试数控机床操作面板按键与旋钮进行精确加载；
步骤4：根据受试数控机床操作面板需要模拟加载的试验工况要求，在工控机软件中输入温湿度箱参数、振动加载台参数与圆盘电磁铁参数，并确定试验时间，设定完成后同时对操作面板进行温湿度加载试验、振动加载试验与操作面板可靠性加载试验；
步骤5：在工控机显示屏远程观察试验加载情况，同时工控机软件自动记录并显示所有按键与旋钮的总试验次数、失效次数、连续出现两次失效次数的报警信号等试验参数；
参阅图8，数控机床操作面板可靠性试验方法的具体流程如下：
1.确定受试数控机床操作面板的个数，以及不同型号数控机床操作面板的外观尺寸与按键旋钮分布位置，根据受试操作面板个数选择对应的承重模板个数，并进行安装固定，并根据不同的键位旋钮布置通过磁力吸附的方式在承重模板下端布置对应的按键压头与旋钮加载头；
2.根据受试数控机床操作面板的个数与不同型号尺寸进行针对性的固定，主要通过横向调节滑道进行调节，调节滑道上面的调节滑板与侧面L型固定板实现受试数控机床操作面板的固定，保证在可靠性试验过程过程中维持稳定的状态；
3.通过工控机软件控制空间调节装置中的XYZ三轴电机，从而驱动XYZ三轴丝杠滑块的移动，将承重模板下端的按键压头与旋钮加载头调到合适位置使其能够对受试数控机床操作面板按键与旋钮进行精确加载；
4.根据试验要求确定对受试数控机床操作面板的工况模拟参数，主要确定温湿度范围、振动情况参数、加载间隔时间，确定参数后将试验参数输入工控机软件中；
5.根据设定的模拟试验参数对受试数控机床操作面板进行温湿度加载试验、振动加载试验、操作面板可靠性加载试验；
6.在工控机显示屏通过工业CCD摄像机远程观察试验加载情况，同时工控机软件自动记录并显示所有按键与旋钮的总试验次数、失效次数、连续出现两次失效次数的报警信号等试验数据；
以下将分别介绍每种试验的实施步骤
1、温度与湿度加载试验
(1)根据数控机床操作面板所处的不同操作环境，确定试验的温湿度范围、变化的速率以及对应的试验时间，从而制定能够模拟试验操作环境的温湿度加载方案,并输入到工控机软件中；
(2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板可靠性试验温湿度加载方案进行加载试验；
(3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验温湿度数据，在试验过程中当发现所监测的信号出现异常情况时要及时报警并停机；
2、振动加载试验
(1)根据数控机床操作面板在机床操作时的振动环境，确定振动加载试验中振动均值、幅值、频率以及试验时间制定周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案,并输入工控机软件中；
(2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案进行加载试验；
(3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验振动数据，在试验过程中当发现所监测的信号出现异常情况时要及时报警并停机；
3、操作面板可靠性加载试验
(1)加载试验之前通过平台固定装置完成数控机床操作面板的固定，在试验过程中使其保持稳定状态，通过空间调节装置在XYZ三个方向调节试验加载模板，实现试验加载模板的按键压头与旋钮加载头能够对受试数控机床操作面板的按键与旋钮精准加载，在加载试验之前保持圆盘电磁铁通电与加载转接板呈吸合状态；
通过平台固定装置与空间调节装置完成数控机床操作面板与试验加载模板29的固定与定位为加载试验前提，在加载试验之前保持圆盘电磁铁6通电与加载转接板7呈吸合状态；
(2)在工控机软件设置圆盘电磁铁的开断电间隔时间，设置完成后圆盘电磁电按照这个周期开始重复开断电的过程，断电后由于整个加载模块的重力作用，圆盘电磁铁与加载转接板分离，承重模板下压过程中按键压头按压操作面板所有对应按键；
(3)承重模板下压过程中旋钮加载头中的外接圆柱推杆同时下压，外接圆柱推杆内部滚子带动圆柱凸轮转动，圆柱凸轮下端槽口带动操作面板所有旋钮转动；
(4)按键与旋钮正常接通后，工控机显示屏会输出信号，加载几秒后圆盘电磁铁重新充电接通，在压缩弹簧与导向柱的定位下对加载转接板重新精准吸合，按键与旋钮恢复原状；
(5)在持续加载过程中，工控机软件实时显示并记录加载数据，当按键或旋钮无法输出信号时，软件会记录每个旋钮与按键的总共试验次数与失效次数，当其中一个按键与旋钮连续出现两次以上失效次数时，则确定面板出现故障，系统报警并自动停止试验，若想继续对其他未失效按键旋钮进行试验，需要复位操作后继续进行加载试验，工控机软件继续记录其他按键与旋钮的试验数据；
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 (10)

1.一种数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：主要由模拟工况装置、操作面板固定装置、试验加载装置、空间调节装置、监测控制系统组成；
所述的模拟工况装置包括温湿度箱(3)、试验加载模板(29)；
所述的试验加载装置包括加载头(5)、模板定位杆(8)；
所述空间调节装置分为XYZ三个轴；所述加载头(5)安装在Z轴滑板(20)上；
所述的监测控制系统包括工业CCD摄像机(22)、控制柜(2)；
所述的试验加载模板(29)位于温湿度箱(3)内部，并通过磁力吸附在模板定位杆(8)上；
所述工业CCD摄像机(22)安装在操作面板固定装置上。
2.根据权利要求1所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：
所述的模拟工况装置还包括振动加载平台(1)；
所述的振动加载平台(1)位于温湿度箱(3)的下部；
所述的操作面板固定装置包括测试平台(10)、横向调节滑道(11)、调节滑板(4)、侧面L型固定板(12)；
所述测试平台(10)固定在温湿度箱(3)内的最底部，横向调节滑道(11)通过T型螺母与测试平台(10)连接，调节滑板(4)通过T型螺母与横向调节滑道(11)连接，侧面L型固定板(12)通过T型螺母与测试平台(10)连接；
所述的试验加载装置还包括圆盘电磁铁(6)、导向柱(24)、压缩弹簧(23)、加载转接板(7)；
加载头(5)通过螺栓安装在Z轴滑板(20)上，加载头(5)下端通过螺栓固定在圆盘电磁铁(6)上，圆盘电磁铁(6)与加载转接板(7)通过压缩弹簧(23)与导向柱(24)进行定位连接，加载转接板(7)两侧开有直槽口，通过螺栓与模板定位杆(8)连接。
3.根据权利要求1所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：
所述空间调节装置分为XYZ三个轴，每个轴主要包括伺服电机、联轴器、轴承座、丝杠螺母、滑块、导轨、丝杠、连接块、滑板；
XYZ三个轴的伺服电机与丝杠都通过联轴器连接，丝杠两端装有轴承座固定轴承，伺服电机带有制动器，伺服电机通过静脉行星减速机驱动滚珠丝杠，丝杠螺母与连接块通过螺栓连接，滑块安装在导轨上，滑板通过螺栓固定在连接块与滑块上。
4.根据权利要求2所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：
所述工业CCD摄像机(22)通过螺栓安装在调节滑板(4)上端，控制柜(2)中包括工控机、可编程控制器、温湿度控制器、振动控制器、伺服驱动器；
所述工业CCD摄像机(22)用来远程监视可靠性试验过程，全程拍摄加载视频信息并在工控机显示屏显示；
所述的工控机能够通过显示屏实时观察试验情况，并且发送指令控制可编程控制器，实现对振动控制器、温湿度控制器、伺服电机的控制。
5.根据权利要求1所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：
所述的试验加载模板(29)包括承重模板(9)、按键压头(25)、旋钮加载头(26)；承重模板(9)根据不同型号数控机床操作面板按键与旋钮的分布情况进行设计，承重模板(9)下端根据操作面板不同键位分布位置来布置相对应的按键压头(25)，按键压头(25)通过磁力吸附与承重模板(9)连接，对应旋钮分布位置布置对应的旋钮加载头(26)，旋钮加载头(26)通过磁力吸附与承重模板(9)连接；
所述的旋钮加载头(26)包括圆柱凸轮(27)与外接圆柱推杆(28)，外接圆柱推杆(28)内部与圆柱凸轮(27)通过滚子连接，圆柱凸轮(27)下端开有槽口与旋钮配合连接。
6.根据权利要求4所述的数控机床操作面板可靠性试验装置，其特征在于：
所述的可编程控制器与温湿度控制器与振动控制器连接，调节温湿度箱(3)内部温湿度环境，控制振动加载平台(1)运动；
可编程控制器下行方向与伺服驱动器连接，实现对三轴伺服电机与圆盘电磁铁(6)的控制，通过控制三轴丝杠的移动实现试验加载模板(29)与待测操作面板的加载定位；通过设置圆盘电磁铁(6)的通断电时间间隔来控制试验加载模板(29)对待测操作面板的加载时间与间隔时间；
所述振动加载平台(1)的上平台表面安装加速度传感器,检测试验系统中的振动值，所述温湿度箱(3)中设有温湿度传感器，采集受试数控机床控制面板的温湿度环境参数。
7.一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定受试数控机床操作面板的个数与型号以及需要模拟的试验工况要求，根据受试对象个数确定承重模板(9)的个数，并根据操作面板按键与旋钮的分布位置选择相应的承重模板(9)，通过磁力吸附作用在承重模板(9)下端，布置与操作面板按键与旋钮键位分布位置相对应的按键压头(25)与旋钮加载头(26)；
步骤2：根据受试数控机床操作面板的尺寸调节横向调节滑道(11)，通过调节滑板(4)与侧面L型固定板(12)固定数控机床操作面板；
步骤3：通过工控机控制空间调节装置中的XYZ三轴电机，从而驱动XYZ三轴丝杠滑块的移动，将承重模板(9)下端的按键压头(25)与旋钮加载头(26)调到合适位置使其能够对受试数控机床操作面板按键与旋钮进行精确加载；
步骤4：根据受试数控机床操作面板需要模拟加载的试验工况要求，在工控机软件中输入温湿度箱参数、振动加载台参数与圆盘电磁铁参数，并确定试验时间，设定完成后同时对操作面板进行温湿度加载试验、振动加载试验与操作面板可靠性加载试验；
步骤5：在工控机显示屏远程观察试验加载情况，同时工控机软件自动记录并显示所有按键与旋钮的总试验次数、失效次数、连续出现两次失效次数的报警信号等试验参数。
8.根据权利要求7所述的一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，所述的温湿度加载试验，包括以下步骤：
1)根据数控机床操作面板所处的不同操作环境，确定试验的温湿度范围、变化的速率以及对应的试验时间，从而制定能够模拟试验操作环境的温湿度加载方案，并输入到工控机软件中；
2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板(29)的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板温湿度加载方案进行可靠性试验；
3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验温湿度数据。
9.根据权利要求7所述的一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，所述的振动加载试验，包括以下步骤：
1)根据数控机床操作面板在机床操作时的振动环境，确定振动加载试验中振动均值、幅值、频率以及试验时间，制定周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案，并输入工控机软件中；
2)调节并固定好受试数控机床操作面板与试验加载模板(29)的位置以后，按照制定的周期性的数控机床操作面板可靠性试验振动加载方案进行振动加载试验；
3)工控机软件中实时显示并周期性记录试验振动数据。
10.根据权利要求7所述的一种数控机床操作面板可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，所述的操作面板可靠性加载试验，包括以下步骤：
1)通过平台固定装置与空间调节装置完成数控机床操作面板与试验加载模板(29)的固定与定位为加载试验前提，在加载试验之前保持圆盘电磁铁(6)通电与加载转接板(7)呈吸合状态；
2)在工控机软件设置圆盘电磁铁(6)的开断电间隔时间，设置完成后圆盘电磁电(6)按照这个周期开始重复开断电的过程，断电后由于整个加载模块的重力作用，圆盘电磁铁(6)与加载转接板(7)分离，承重模板(9)下压过程中按键压头(25)按压操作面板所有按键；
3)承重模板(9)下压过程中旋钮加载头(26)中的外接圆柱推杆(28)同时下压，外接圆柱推杆(28)内部滚子带动圆柱凸轮(27)转动，圆柱凸轮(27)下端槽口带动操作面板所有旋钮转动；
4)按键与旋钮正常接通后，工控机显示屏会输出信号，加载几秒后圆盘电磁铁(6)重新充电接通，在压缩弹簧(23)与导向柱(24)的定位下对加载转接板(7)重新精准吸合，按键与旋钮恢复原状；
5)在持续加载过程中，工控机软件实时显示并记录加载数据，当按键或旋钮无法输出信号时，软件会记录每个旋钮与按键的总共试验次数与失效次数，当其中一个按键与旋钮连续出现两次以上失效次数时，则确定面板出现故障，系统报警并自动停止试验，若想继续对其他未失效按键旋钮进行试验，需要复位操作后继续进行加载试验，工控机软件继续记录其他按键与旋钮的试验数据。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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