CN112857852A - 基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法，它包括：受试工作平台、模拟加载工作平台、模拟加载部分；模拟加载工作平台上方依次设有扇形滑槽板、梯形支撑座；所述的模拟加载部分包括：导轨架、滑块、连杆、底部液压缸、液压缸底座、液压缸、拉压力传感器、弹性联轴器、压电陶瓷和加载杆；所述的液压缸底座的上方与导轨架上方轴接，下方与连杆上方轴接，连杆的下方与滑块轴接，导轨架上设有与滑块相匹配的导轨；导轨架和底部液压缸固定在梯形支撑座前表面；底部液压缸2‑14的液压杆支撑滑块；解决了数控机床进给系统的可靠性试验装置不能够模拟不同方向的动、静态切削力的加载问题。

Description

基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及一种应用于数控机床可靠性试验技术领域，更确切地说是一种针对数控机床进给系统采用液压和压电陶瓷实现动、静态切削力模拟加载的数控机床进给系统可靠性试验台，并进行可靠性试验的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法。

背景技术

随着新技术和先进制造技术等诸多领域的广泛应用和在智能制造的大背景下，数控机床在智能化和多轴加工等诸多方面实现了快速发展，在高效率、高精度的方向上取得了重大突破。但随着数控机床的普及和广泛应用，机床的故障增多，原有性能不能长时间维持的现象越来越凸显，可靠性问题已成为限制企业生产的一大难题。国产数控机床由于其故障频发、寿命较短等明显的可靠性问题，已经严重限制了国产数控机床在国内的广泛应用，极大阻碍了国产数控机床行业的长足发展。数控机床关键功能部件的可靠性决定了整机的可靠性，而数控机床关键功能部件的可靠性来源于可靠性试验。因此，进行对数控机床关键功能部件的可靠性试验对提高数控机床整机的可靠性具有重要意义。

由于我国数控机床关键功能部件的可靠性试验起步较晚，针对进给系统，目前仅有一些功能简单的可靠性试验装置，但这些装置只能模拟单一工况或静态载荷，这就使得这种方法不具有普遍性。同时，现有技术不能模拟加载不同方向的动态力的情况，忽略了由于动态力振动引起故障的因素，使得其可靠性装置不能真实的模拟实际工况；相应的也没有相对比较完整的数控机床进给系统可靠性试验方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决数控机床进给系统的可靠性试验装置不能够模拟不同方向的动、静态切削力的加载问题。而提供基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法。

基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，它包括：受试工作平台1-6、模拟加载工作平台3-6、模拟加载部分；

受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6相对设置，它们的下方分别设有滑枕、导轨、丝杠结构和伺服电机，滑枕固定在地平铁0-1上，伺服电机通过驱动丝杠结构，带动受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6直线运动；滑枕上均设有光栅尺；

所述的受试工作平台1-6上设有模拟工件；

所述的模拟加载工作平台3-6上方依次设有扇形滑槽板3-8、梯形支撑座3-7；

所述的模拟加载工作平台3-6上表面设有竖向滑槽，和模拟加载工作平台3-6运动方向相互垂直，和扇形滑槽板3-8凸起条板，与竖向滑槽相匹配；滑槽内设有T形螺栓；

所述的扇形滑槽板3-8上表面设有弧形滑槽，梯形支撑座3-7下表面设有与之匹配的滑槽凸起，其尾部与扇形滑槽板3-8轴接；弧形滑槽内设有T形螺栓；

所述的模拟加载部分包括：导轨架2-12、滑块2-11、连杆2-13、底部液压缸2-14、液压缸底座2-4、液压缸2-2、拉压力传感器2-8、弹性联轴器2-10、压电陶瓷2-7和加载杆2-3；

所述的液压缸底座2-4的上方与导轨架2-12上方轴接，下方与连杆2-13上方轴接，连杆2-13的下方与滑块2-11轴接，导轨架2-12上设有与滑块2-11相匹配的导轨；

导轨架2-12和底部液压缸2-14固定在梯形支撑座3-7前表面；底部液压缸2-14的液压杆支撑滑块2-11；

液压缸2-2固定在液压缸底座2-4上，液压缸2-2的液压杆2-9、拉压力传感器2-8、弹性联轴器2-10、压电陶瓷2-7和加载杆2-3依次连接；

所述的模拟工件为球形工件2-1，它包括：半球形顶部、配重块、和固定板；

所述的液压缸底座2-4后端设有轴承座2-6，在轴承座2-6内安装关节轴承2-5；

所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，还设有自动控制部分，它包括：上位工控机、下位可编程控制器PLC、采集卡和下位液压控制系统；

拉压力传感器2-8，通过信号放大器和采集卡将所加载的位移数值和推压力数值反馈给上位工控机；

下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服电机Ⅰ1-2的电机驱动器、伺服电机Ⅱ3-1的电机驱动器以及电磁换向阀连接，伺服电机Ⅱ3-1的电机驱动器的输出端和伺服电机Ⅰ1-2的电机驱动器的电源接口与编码器接口电线连接；

所述的上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定目标工位后，与下位可编程控制器PLC通过RS232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC通过两个电磁换向阀，控制电流实现液压缸2-2和底部液压缸2-14的进给；上位工控机通过VB编程控制压电陶瓷驱动器，从而控制压电陶瓷。

本发明的另一个目的是提供基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的试验方法

基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的试验方法，它包括：

S1：确定模拟加载工况

S1.1：确定惯性载荷

依据可靠性试验需要模拟的惯性载荷，确定球形工件2-1的安装数量和安装位置，并将球形工件2-1固定在受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6上；

S1.2：确定进给速度

将可靠性试验需要模拟的进给系统的进给速度参数输入到软件中，软件控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1同步或异步反向转动。在试验过程中，依据可靠性试验需要模拟的进给系统，软件控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1的进给速度不断发生变化，满足在变进给速度的情况下进行试验的条件。

S1.3： 确定动静态切削力01（*）

依据可靠性试验需要模拟加载工况的要求，确定动静态切削力加载的角度、动静态切削力的大小和频率；

依据动静态切削力加载的角度手动调整扇形滑槽板3-8、梯形支撑座3-7的位置，并通过T型螺栓紧固；通过PLC调整调整2号电磁换向阀2-21，控制底部液压缸2-14，使得滑块2-11达到预定位置。

动静态切削力的大小分为动静态切削力的均值和动静态切削力的幅值。动静态切削力加载大小的均值通过PLC调整调整1号电磁换向阀2-20，控制液压缸2-2使载荷达到要求值；动静态切削力加载大小的幅值通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，进而控制压电陶瓷2-7，从而实现动静态切削力加载大小的幅值加载。

动静态切削力加载频率同样通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，从而实现切削力加载频率的改变。

S2：开始试验。通过上位工控机控制模拟加载调整部分的伺服电机Ⅱ3-1，使得加载杆2-3接触到球形工件2-1半球形顶部的球形表面。同时开动受试数控机床进给系统及支撑部分中的伺服电机Ⅰ1-2和模拟加载调整部分中的伺服电机Ⅱ3-1，让受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6和模拟加载调整部分的模拟加载工作平台3-6在不同进给速度的条件下同步进给。

S3：在可靠性试验过程中，对受试数控机床进给系统的性能参数进行监测；在试验过程中，通过液压杆2-9前端安装拉压力传感器2-8实时监测模拟加载的静动态力的大小；通过1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5实时监测受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6的位置以及进给速度和加速度。

S4：工控机软件中实时显示可靠性试验数据，可靠性试验数据包括模拟加载的静动态力、动态力加载的角度、动态力加载的频率、进给速度、惯性载荷和试验时间，存储可靠性试验数据。

本发明公开了基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法，它包括：受试工作平台、模拟加载工作平台、模拟加载部分；模拟加载工作平台上方依次设有扇形滑槽板、梯形支撑座；所述的模拟加载部分包括：导轨架、滑块、连杆、底部液压缸、液压缸底座、液压缸、拉压力传感器、弹性联轴器、压电陶瓷和加载杆；所述的液压缸底座2-4的上方与导轨架上轴接，下方与连杆上方轴接，连杆的下方与滑块轴接，导轨架上设有与滑块相匹配的导轨；导轨架和底部液压缸固定在梯形支撑座前表面；底部液压缸2-14的液压杆支撑滑块；解决了数控机床进给系统的可靠性试验装置不能够模拟不同方向的动、静态切削力的加载问题。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台能够全面、真实地模拟数控机床进给系统在实际工况下所受的多维切削载荷，开展具有模拟实际工况的可靠性试验。能够针对不同型号数控机床进给系统同时模拟不同方向动静态切削力、进给速度及惯性负载等载荷的加载。

2.本发明采用压电陶瓷和液压缸的组合来模拟动静态切削力的加载。其中动态切削力的调整包括动态切削力均值的调整、动态切削力幅值的调整和频率的调整。动态切削力均值的调整主要通过PLC控制液压系统来实现，动态切削力的幅值调整和频率的调整通过压电陶瓷来实现。利用液压系统实现大载荷静态切削力的模拟加载，利用压电陶瓷实现高频动态切削力的模拟加载。

3.本发明的动静态切削力加载的角度能够根据模拟工况进行调整，能够真实的模拟切削力方向的变化。通过PLC控制底部液压缸2-14的伸缩，使滑块2-11发生位移，实现动静态切削力绕X轴旋转的角度改变；通过旋转梯形支撑座3-7的角度，实现动静态切削力绕Z轴旋转的角度改变。

4.本发明能够针对数控机床进给系统在不同进给速度的工况下，开展模拟动静态切削力及惯性载荷的可靠性试验，能够全面、真实的模拟数控机床进给系统工况，具有实际应用价值和研究意义。

5.根据不同的惯性载荷的要求可以实现在受试工作平台1-6平面上不同位置加载不同数量的球形工件2-1来模拟实际工况中工件的重量，从而实现模拟惯性载荷。本发明利用加载位置的不同和球形工件布局的不同来模拟在切削过程中的实际工况，利用多个球形工件2-1来模拟在切削过程中惯性载荷，能够模拟不同重量工件对数控机床进给系统施加的偏重或不均匀的重量。

6.本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台中的切削力加载部分安装有拉压力传感器2-8，可以检测加载的模拟切削力的大小，能实现实时监控和闭环控制及反馈。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的轴侧投影图；

图2为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的斜侧投影图；

图3为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台模拟加载调整部分中梯形支撑座3-7的分解式轴侧投影图；

图4为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台中模拟加载部分的局部分解式轴侧投影图；

图5为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台模拟加载调整部分中的扇形滑槽板3-8的轴侧示意图；

图6为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台模拟加载部分中球形工件2-1的轴侧图；

图7为本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台自动控制部分的结构原理框图；

图8为本发明所述的基于混合加载的数控机床进给系统可靠性试验方法的流程框图；

图中：0-1.地平铁、1-1.梯形挡板、1-2.伺服电机Ⅰ、1-3.滑枕、1-4.滑动导轨、1-5.丝杠、1-6.受试工作平台、1-7.1号光栅尺、2-1.球形工件、2-2.液压缸、2-3.加载杆，2-4.液压缸底座、2-5.关节轴承、2-6.轴承加载底座、2-7.压电陶瓷、2-8.拉压力传感器、2-9.液压杆、2-10.弹性联轴器、2-11.滑块、2-12.导轨架、2-13.连杆、2-14.底部液压缸、2-15.1号销轴、2-16.2号销轴、2-17.3号销轴、2-18.1号螺栓、2-19.螺母、2-20.1号电磁换向阀、2-21.2号电磁换向阀、3-1.伺服电机Ⅱ、3-2.滑枕、3-3.直线导轨、3-4.滚珠丝杠、3-5.2号光栅尺、3-6.模拟加载工作平台、3-7梯形支撑座、3-8.扇形滑槽板、3-9.轴承端盖、3-10.2号螺栓、3-11.1号轴承、3-12.2号轴承、3-13.转轴、3-14.T形螺栓。

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台及试验方法包括基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台和数控机床进给系统可靠性试验方法。

一、基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台

参阅图1、图2、图3、图4和图5，所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台由受试数控机床进给系统及支撑部分、模拟加载部分、模拟加载调整部分和自动控制部分。

1. 受试数控机床进给系统及支撑部分

所述的受试数控机床进给系统及支撑部分包括地平铁0-1、梯形挡板1-1、伺服电机Ⅰ1-2、滑枕1-3、滑动导轨1-4、丝杠1-5及其螺母、螺母套、轴承座、受试工作平台1-6和1号光栅尺1-7。

参阅图1，两条结构相同的滑枕1-3和两个轴承座用T形螺栓固定在地平铁0-1的表面右侧。所述的梯形挡板1-1是两侧较矮，中间较高的板类结构。两侧分别有两个上下排列的螺栓孔，用于与滑枕1-3螺栓连接，中间有4个螺栓孔，用于安装伺服电机Ⅰ1-2。梯形挡板1-1两侧的高度与滑枕1-3的高度相当，安装在滑枕1-3的右侧端部。中间较高的部分用于安装伺服电机Ⅰ1-2。伺服电机Ⅰ1-2使用螺栓固定在梯形挡板1-1的中间较高的部分，为受试数控机床进给系统提供动力。伺服电机Ⅰ1-2通过联轴器与丝杠1-5相连。在丝杠1-5上装有与之配合的螺母，螺母固定在螺母套上。受试工作平台1-6与螺母套相连接，从而实现伺服电机Ⅰ1-2的转动转变为受试工作平台1-6的直线运动。在滑枕1-3上装有滑动导轨1-4，滑动导轨1-4的导轨滑块固定在受试工作平台1-6底面，从而实现了受试工作平台1-6平稳的运动。

2. 模拟加载部分

所述的模拟加载部分由球形工件2-1、液压缸2-2、加载杆2-3，液压缸底座2-4、关节轴承2-5、轴承加载底座2-6、压电陶瓷2-7、拉压力传感器2-8、弹性联轴器2-10、滑块2-11、导轨架2-12、连杆2-13、底部液压缸2-14、1号销轴2-15、2号销轴2-16、3号销轴2-17、1号螺栓2-18、螺母2-19、2-20.1号电磁换向阀、2-21.2号电磁换向阀组成。

参阅附图6，所述的球形工件2-1最下层的固定板是一个方形板，方形板的四个角分别有一个螺栓孔。球形工件2-1的固定板在受试工作平台1-6的表面，并用螺栓固定。球形工件2-1的中间层的配重块是一个方形块，用来增加球形工件2-1的重量，从而模拟数控机床在加工工件时的真实重量，模拟真实的工况。球形工件2-1的最上层是半球形顶部，其是一个半球形，这样可以在液压缸底座2-4调整不同角度时，加载杆2-3端部接触球形工件2-1的顶部时保证其始终为面接触。

参阅附图3，所述的梯形支撑座3-7的燕尾槽两侧安装导轨架2-12，保证滑块2-11平稳移动。滑块2-11的通孔与连杆2-13的端部的通孔对心，并用3号销轴2-17穿入。连杆2-13的另一端通孔与液压缸底座2-4底面前端的通孔对齐，用2号销轴2-16穿入。液压缸底座2-4底面后端的通孔与导轨架2-12上端的通孔对心，并穿入1号销轴2-15。通过滑块2-11的上下移动实现液压缸底座2-4绕X轴旋转的角度摆动。

参阅附图3，所述的液压缸底座2-4后端有轴承座2-6，在轴承座2-6内安装关节轴承2-5，并使得关节轴承2-5与液压缸2-2的后端相接触，从而保证了液压杆2-9的回转轴线、弹性联轴器2-10的回转轴线和加载杆2-3的回转轴线共线。液压缸底座2-4的前挡板上有4个螺栓孔，液压缸2-2前端的4个螺栓孔与之对齐，并用螺母2-19、1号螺栓2-18相配合，实现液压缸2-2的固定。

参阅附图3，所述的液压缸2-2的液压杆2-9用螺纹与拉压力传感器2-8连接，拉压力传感器2-8连接在弹性联轴器2-10一侧。弹性联轴器2-10的另一侧通过螺纹与压电陶瓷2-7相连。压电陶瓷2-7的另一端与加载杆2-3螺纹连接。

3. 模拟加载调整部分

所述的模拟加载调整部分由伺服电机Ⅱ3-1、滑枕3-2、直线导轨3-3、滚珠丝杠3-4、丝杠螺母、滚动轴承、螺母套、2号光栅尺3-5、模拟加载工作平台3-6、梯形支撑座3-7、扇形滑槽板3-8、轴承端盖3-9、2号螺栓3-10、1号轴承3-11、2号轴承3-12、转轴3-13组成。

参阅附图3和附图4，所述的梯形支撑座3-7为侧面为梯形的半箱式结构。梯形支撑座3-7的前表面较厚，设有一个从上到下贯穿的燕尾槽，用于实现滑块2-11的上下移动。梯形支撑座3-7的尾部有用于安装转轴3-13的通孔和安装1号轴承3-11和2号轴承3-12的轴承座。在梯形支撑座3-7的底板上有安装T形螺栓的通孔，用于固定梯形支撑座3-7。

参阅附图5，所述的扇形滑槽板3-8是一个带有1号弧形滑槽3-14、2号弧形滑槽3-15和后端有通孔3-16的板状结构。通孔3-16是用来安装转轴3-13的，可以实现梯形支撑座3-7绕Z轴的转动。1号弧形滑槽3-14、2号弧形滑槽3-15用来放置梯形支撑座3-7底面的两个滑槽凸起，使梯形支撑座3-7的转动更加平稳。1号弧形滑槽3-14、2号弧形滑槽3-15的张角为120度，可以实现梯形支撑座3-7在120度内转动。1号弧形滑槽3-14的前后两侧为1号槽3-17和2号槽3-18。在1号槽3-17和2号槽3-18内部放置T形螺栓，当梯形支撑座3-7转动到设定的角度，在梯形支撑座3-7的底板拧紧螺母，与T形螺栓配合，实现梯形支撑座3-7的固定。扇形滑槽板3-8的底面有三条竖向的凸起条板，与模拟加载调整部分中的模拟加载工作平台3-6上表面的三条竖向滑槽相配合，实现扇形滑槽板3-8在竖向上的移动。

参阅附图4，转轴3-13穿过梯形支撑座3-7的尾部的通孔和扇形滑槽板3-8上的通孔3-16，梯形支撑座3-7尾部的轴承座内安装1号轴承3-11和2号轴承3-12，最后将轴承端盖3-9对齐并用2号螺栓3-10拧紧。

4. 自动控制部分

参阅图7,所述的自动控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、采集卡和下位液压控制系统。

所述拉压力传感器2-8，通过信号放大器和采集卡将所加载的位移数值和推压力数值反馈给上位工控机。

所述的1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5是用来测量位移、速度和加速度的。通过1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5确定受试数控机床进给系统及支撑部分中受试工作平台1-6和模拟加载调整部分中模拟加载工作平台3-6的位移、速度和加速度。1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5分别安装在受试数控机床进给系统及支撑部分中的受试工作平台1-6和模拟加载调整部分中的模拟加载工作平台3-6上。拉压力传感器2-8安装在液压杆2-9的端部，通过拉压力传感器2-8测量其推力大小，从而实现载荷的测量。

所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和切削力进给系统的电机驱动器、数控机床进给系统的电机驱动器以及1号电磁换向阀2-20和2号电磁换向阀2-21连接，切削力进给系统电机驱动器的输出端和数控机床进给系统电机驱动器的电源接口与编码器接口电线连接。

所述的上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定目标工位后，与下位可编程控制器PLC通过RS232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC通过控制电流实现液压缸2-2和底部液压缸2-14的进给。上位工控机通过VB编程控制压电陶瓷驱动器，从而控制压电陶瓷。

基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的工作原理：

参阅附图1和附图2，受试数控机床进给系统及支撑部分中的滑枕1-3和模拟加载调整部分中的滑枕3-2平行交错放置在地平铁0-1上，并用T形螺栓固定。将若干个球形工件2-1安装在受试数控机床进给系统及支撑部分中的受试工作平台1-6上。选定球形工件2-1的位置，并调整模拟加载调整部分中的模拟加载工作平台3-6的进给和梯形支撑座3-7的角度。通过PLC控制液压系统中的1号电磁换向阀2-20和2号电磁换向阀2-21，调整模拟加载部分中的底部液压缸2-14，控制滑块2-11的位置，从而使液压缸底座2-6摆动到合适的角度，并使加载杆2-3端部接触到球形工件2-1的顶部半球面部分。控制受试数控机床进给系统及支撑部分中的伺服电机Ⅰ1-2和模拟加载调整部分中的伺服电机Ⅱ3-1，让受试工作平台1-6和模拟加载工作台3-6保持相对静止，并一起做往复进给运动。通过PLC控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1的转速，实现在不同的进给速度的情况下模拟动静态切削力加载。通过调整梯形支撑座3-7的旋转角度、液压缸底座2-4摆动角度模拟在不同进给速度情况下不同角度的动静态切削力加载。通过选定不同数量和布局的球形工件2-1，在不同进给速度、不同角度的动静态切削力加载、模拟加载工作平台3-6上不同数量和位置的球形工件2-1的情况下来模拟真实的工况。

二、数控机床进给系统可靠性试验方法

本发明针对受试数控机床进给系统提出了一套完整的、操作性强的可靠性试验方法，可靠性试验是在前面所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台的基础上进行的。基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台能够针对不同型号的受试数控机床进给系统进行试验。依据受试数控机床进给系统需要模拟的实际工况进行惯性负载、进给速度和动静态切削力模拟加载试验等。

参阅图8，所述的数控机床进给系统可靠性试验方法具体步骤如下：

步骤1：检查基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台各部分是否工作正常，液压系统是否有泄漏、各传感器是否正常等情况；

步骤2：安装受试数控机床进给系统。根据受试数控机床进给系统的型号，选择合适的T形螺栓，将受试数控机床进给系统安装在地平铁0-1上。

步骤3：确定模拟加载工况。

步骤3.1：确定惯性载荷。依据可靠性试验需要模拟的惯性载荷，确定球形工件2-1的安装数量和安装位置，并将球形工件2-1固定在受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6上；

步骤3.2：确定进给速度。将可靠性试验需要模拟的进给系统的进给速度参数输入到软件中，软件控制伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1同步或异步反向转动。在试验过程中，依据可靠性试验需要模拟的进给系统，软件控制这伺服电机Ⅰ1-2和伺服电机Ⅱ3-1的进给速度不断发生变化，满足在变进给速度的情况下进行试验的条件。

步骤3.3： 确定动静态切削力。依据可靠性试验需要模拟加载工况的要求，确定动静态切削力加载的角度、动静态切削力的大小和频率；

依据动静态切削力加载的角度调整梯形支撑座3-7的位置，并通过T型螺栓紧固；通过PLC调整调整2号电磁换向阀2-21，控制底部液压缸2-14，使得滑块2-11达到预定位置。

动静态切削力的大小分为动静态切削力的均值和动静态切削力的幅值。动静态切削力加载大小的均值通过PLC调整调整液压系统和1号电磁换向阀2-20，使液压缸2-2的施加载荷达到要求值；动静态切削力加载大小的幅值通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，进而控制压电陶瓷2-7，从而实现动静态切削力加载大小的幅值加载。

动静态切削力加载频率同样通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，从而实现切削力加载频率的改变。

步骤4：开始试验。通过上位工控机控制模拟加载调整部分的伺服电机Ⅱ3-1，使得加载杆2-3接触到球形工件2-1的球形表面。同时开动受试数控机床进给系统及支撑部分中的伺服电机Ⅰ1-2和模拟加载调整部分中的伺服电机Ⅱ3-1，让受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台1-6和模拟加载调整部分的模拟加载工作平台3-6在不同进给速度的条件下同步进给。

步骤5：在可靠性试验过程中，对受试数控机床进给系统的性能参数进行监测。在试验过程中，通过液压杆2-9前端安装拉压力传感器2-8实时监测模拟加载的静动态力的大小；通过1号光栅尺1-7和2号光栅尺3-5实时监测受试工作平台1-6和模拟加载工作平台3-6的位置以及进给速度和加速度。

步骤6：工控机软件中实时显示可靠性试验数据，可靠性试验数据包括模拟加载的静动态力、动态力加载的角度、动态力加载的频率、进给速度、惯性载荷和试验时间，并分析存储可靠性试验数据；

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，它只适用于一定范围内的不同型号，不同尺寸的数控机床进给系统的可靠性试验，基本的技术方案不变，但其所用零部件的规格型号将随之改变，如液压缸、拉压力传感器和伺服电机等标准件的选择等，故本发明不限于实施这一种比较具体技术方案的描述。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 (5)

1.基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，它包括：受试工作平台（1-6）、模拟加载工作平台（3-6）、模拟加载部分；

受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）相对设置，它们的下方分别设有滑枕、导轨、丝杠结构和伺服电机，滑枕固定在地平铁（0-1）上，伺服电机通过驱动丝杠结构，带动受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）直线运动；滑枕上均设有光栅尺；

所述的受试工作平台（1-6）上设有模拟工件；

所述的模拟加载工作平台（3-6）上方依次设有扇形滑槽板（3-8）、梯形支撑座（3-7）；

所述的模拟加载工作平台（3-6）上表面设有竖向滑槽，和模拟加载工作平台（3-6）运动方向相互垂直，和扇形滑槽板（3-8）凸起条板，与竖向滑槽相匹配；滑槽内设有T形螺栓；

所述的扇形滑槽板（3-8）上表面设有弧形滑槽，梯形支撑座（3-7）下表面设有与之匹配的滑槽凸起，其尾部与扇形滑槽板（3-8）轴接；弧形滑槽内设有T形螺栓；

所述的模拟加载部分包括：导轨架（2-12）、滑块（2-11）、连杆（2-13）、底部液压缸（2-14）、液压缸底座（2-4）、液压缸（2-2）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）；

所述的液压缸底座（2-4）的上方与导轨架（2-12）上方轴接，下方与连杆（2-13）上方轴接，连杆（2-13）的下方与滑块（2-11）轴接，导轨架（2-12）上设有与滑块（2-11）相匹配的导轨；

导轨架（2-12）和底部液压缸（2-14）固定在梯形支撑座（3-7）前表面；底部液压缸（2-14）的液压杆支撑滑块（2-11）；

液压缸（2-2）固定在液压缸底座（2-4）上，液压缸（2-2）的液压杆（2-9）、拉压力传感器（2-8）、弹性联轴器（2-10）、压电陶瓷（2-7）和加载杆（2-3）依次连接。

2.根据权利要求1所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的模拟工件为球形工件（2-1），它包括：半球形顶部、配重块和固定板。

3.根据权利要求2所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的液压缸底座（2-4）后端设有轴承座（2-6），在轴承座（2-6）内安装关节轴承(2-5)。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，其特征在于：所述的基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台，还设有自动控制部分，它包括：上位工控机、下位可编程控制器PLC、采集卡和下位液压控制系统；

拉压力传感器（2-8），通过信号放大器和采集卡将所加载的位移数值和推压力数值反馈给上位工控机；

下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服电机Ⅰ（1-2）的电机驱动器、伺服电机Ⅱ（3-1）的电机驱动器以及电磁换向阀连接，伺服电机Ⅱ（3-1）的电机驱动器的输出端和伺服电机Ⅰ（1-2）的电机驱动器的电源接口与编码器接口电线连接；

所述的上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定目标工位后，与下位可编程控制器PLC通过RS232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC通过1号电磁换向阀（2-2）0和2号电磁换向阀（2-21），控制电流实现液压缸（2-2）和底部液压缸（2-14）的进给；上位工控机通过VB编程控制压电陶瓷驱动器，从而控制压电陶瓷。

5.基于混合加载数控机床进给系统可靠性试验台试验方法，它包括：

S1：确定模拟加载工况

1.1：确定惯性载荷

依据可靠性试验需要模拟的惯性载荷，确定球形工件（2-1）的安装数量和安装位置，并将球形工件（2-1）固定在受试数控机床进给系统及支撑部分的受试工作平台（1-6）上；

1.2：确定进给速度

将可靠性试验需要模拟的进给系统的进给速度参数输入到软件中，软件控制伺服电机Ⅰ（1-2）和伺服电机Ⅱ（3-1）同步或异步反向转动；

1.3： 确定动静态切削力

依据可靠性试验需要模拟加载工况的要求，确定动静态切削力加载的角度、动静态切削力的大小和频率；

依据动静态切削力加载的角度调整扇形滑槽板（3-8）、梯形支撑座（3-7）的位置，并通过T型螺栓紧固；通过PLC调整调整2号电磁换向阀（2-21)，控制底部液压缸（2-14），使得滑块（2-11）达到预定位置；

动静态切削力的大小分为动静态切削力的均值和动静态切削力的幅值；

动静态切削力加载大小的均值通过PLC调整调整1号电磁换向阀（2-20），控制液压缸（2-2）使载荷达到要求值；动静态切削力加载大小的幅值通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，进而控制压电陶瓷（2-7），从而实现动静态切削力加载大小的幅值加载；

动静态切削力加载频率同样通过上位工控机控制压电陶瓷驱动器，从而实现切削力加载频率的改变；

S2：开始试验

通过上位工控机控制伺服电机Ⅱ（3-1），使得加载杆（2-3）接触到球形工件（2-1）半球形顶部的球形表面；

同时开动伺服电机Ⅰ（1-2）和模拟加载调整部分中的伺服电机Ⅱ（3-1），受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）在不同进给速度的条件下同步进给；

S3：在可靠性试验过程中，对受试数控机床进给系统的性能参数进行监测；在试验过程中，通过液压杆（2-9）前端安装拉压力传感器（2-8）实时监测模拟加载的静动态力的大小；通过1号光栅尺（1-7）和2号光栅尺（3-5）实时监测受试工作平台（1-6）和模拟加载工作平台（3-6）的位置以及进给速度和加速度；

S4：工控机软件中实时显示可靠性试验数据，可靠性试验数据包括模拟加载的静动态力、动态力加载的角度、动态力加载的频率、进给速度、惯性载荷和试验时间，存储可靠性试验数据。

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