CN116754380B - 一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例中提供了一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法。主轴单元载荷能力测试装置包括模拟刀具、模拟试件以及弹性垫，模拟刀具与机床的主轴连接，模拟试件连接于机床的工作台上，弹性垫至少覆盖模拟试件的部分表面，其中，模拟刀具能够挤压弹性垫并沿弹性垫的表面移动，模拟刀具对弹性垫的挤压力通过弹性垫的变形量确定，模拟试件能够对机床的主轴施加多维力载荷。通过本公开的处理方案，更加真实的模拟了机床的实际工况，便于对主轴单元载荷能力进行测试，提升了可靠性试验效果。

Description

一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法

技术领域

本发明涉及试验技术领域，具体涉及一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法。

背景技术

数控机床可靠性试验是反应机床稳定高效生产能力的重要方法，而对数控机床可靠性试验就要模拟机床加工工件时的实际工况，目前，现有的可靠性试验多采用单轴加载，试验时间长，效果差，无法在试验中直接对主轴施加多维力载荷。然后实际工况中，机床的主轴承受的通常是多维力，因此，为了更加真实的模拟实际工况，需要设计多维力加载装置，以便于对主轴单元载荷能力进行测试。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种主轴单元载荷能力测试装置，用于模拟机床加工工件时的实际工况，包括模拟刀具、模拟试件以及弹性垫，模拟刀具与机床的主轴连接，模拟试件连接于机床的工作台上，弹性垫至少覆盖模拟试件的部分表面。其中，模拟刀具能够挤压弹性垫并沿弹性垫的表面移动，模拟刀具对弹性垫的挤压力通过弹性垫的挤压深度确定，模拟试件能够对机床的主轴施加多维力载荷。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，模拟试件为圆锥台标准试件，弹性垫套设于圆锥台标准试件的锥面上。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，弹性垫为橡胶垫圈，橡胶垫圈套设于模拟试件的表面，挤压力通过标定好的橡胶垫圈被模拟刀具挤压的深度确定。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，主轴单元载荷能力测试装置还包括安装基座，模拟试件通过安装基座与机床的工作台连接。

根据本公开实施了的一种具体实现方式，安装基座包括相连的支撑件和安装底板，安装底板与机床的工作台连接，模拟试件与支撑件背离安装底板的端部连接。

第二方面，本公开实施例提供了一种主轴单元载荷能力测试方法，模拟方法采用前述第一方面中任一项的主轴单元载荷能力测试装置，该测试方法包括：

将模拟刀具安装于机床的主轴；

将模拟试件安装于机床的工作台上，模拟试件的表面设有弹性垫；

控制机床的主轴以第一转速转动，控制模拟刀具挤压弹性垫并沿弹性垫的表面移动。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，将模拟刀具安装于机床的主轴之前，还包括：

控制机床的主轴以第二转速运行第一运行时间，以使主轴处于良好的润滑状态。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，控制机床的主轴以第一转速转动，控制模拟刀具挤压弹性垫并沿弹性垫的表面移动之前，还包括：

控制机床的主轴以第三转速转动，控制模拟刀具沿弹性垫的表面移动，模拟刀具与弹性垫接触且模拟刀具对弹性垫无挤压，以完成模拟刀具对模拟试件的模拟切削对刀。

本公开实施例中的主轴单元载荷能力测试装置，包括模拟刀具、模拟试件以及弹性垫，模拟刀具与机床的主轴连接，模拟试件连接于机床的工作台上，弹性垫至少覆盖模拟试件的部分表面。其中，模拟刀具能够挤压弹性垫并沿弹性垫的表面移动，模拟刀具对弹性垫的挤压力通过弹性垫的变形量确定，模拟试件能够对机床的主轴施加多维力载荷。本公开的方案，能够模拟机床加工工件时的运动轨迹，而且模拟试件能够对主轴施加多维力载荷，更加真实的模拟了实际工况，便于对主轴单元载荷能力进行测试，提升了可靠性试验效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开第一方面实施例提供的一种主轴单元载荷能力测试装置的结构示意图；

图2为本公开第二方面实施例提供的一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图；

图3为本公开第二方面实施例提供的另一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图；

图4为本公开第二方面实施例提供的又一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图。

附图标记：

10、主轴单元载荷能力测试装置；1、模拟刀具；2、模拟试件；3、弹性垫；4、安装基座；41、支撑件；42、安装底板。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

数控机床可靠性试验是反应机床稳定高效生产能力的重要方法，而对数控机床可靠性试验就要模拟机床加工工件时的实际工况，目前，现有的可靠性试验多采用单轴加载，试验时间长，效果差，无法在试验中直接对主轴施加多维力载荷。然后实际工况中，机床的主轴承受的通常是多维力，因此，为了更加真实的模拟实际工况，需要设计多维力加载装置，以便于对主轴单元载荷能力进行测试。

为解决上述问题，本公开实施例提供一种主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法，以下将结合附图对本公开实施例的主轴单元载荷能力测试装置以及测试方法进行说明。

请参照图1，图1为本公开第一方面实施例提供的一种主轴单元载荷能力测试装置10的结构示意图。本公开第一方面实施例提供了一种主轴单元载荷能力测试装置10，用于模拟机床加工工件时的实际工况，包括模拟刀具1、模拟试件2以及弹性垫3，模拟刀具1与机床的主轴连接，模拟试件2连接于机床的工作台上，弹性垫3至少覆盖模拟试件2的部分表面。其中，模拟刀具1能够挤压弹性垫3并沿弹性垫3的表面移动，模拟刀具1对弹性垫3的挤压力通过弹性垫3的挤压深度确定，模拟试件2能够对机床的主轴施加多维力载荷。

其中，机床可以是数控机床，具体的，可以是五轴联动加工中心。模拟刀具1参照机床的刀具制作，可选的，模拟刀具1可以是多种形状，以模拟机床的多种加工工况，使得主轴单元载荷能力测试装置10能够更加真实的模拟机床的实际工况。模拟试件2采用GB/T39967-2021中规定的标准试件，该标准试件满足在模拟刀具1沿着模拟试件2的表面移动并挤压弹性垫3时，模拟试件2能够对机床的主轴施加多维力载荷的条件即可，因此模拟试件2可以选择多种形状，灵活性高。弹性垫3被模拟刀具1挤压后变形，模拟刀具1脱离弹性垫3后弹性垫3恢复原状。应当理解的是，弹性垫3被模拟刀具1挤压的深度越大，模拟刀具1对弹性垫3的挤压力就多大，相应的，模拟试件2对模拟刀具1施加的作用力就越大。

本公开实施例的主轴单元载荷能力测试装置10，能够模拟机床加工工件时的运动轨迹，而且模拟试件2能够对主轴施加多维力载荷，更加真实的模拟了实际工况，以便于对主轴单元载荷能力进行测试，提升了可靠性试验效果。并且，该主轴单元载荷能力测试装置10结构简单，便于生产制造，方便安装和拆卸。而且，模拟刀具1、模拟试件2和弹性垫3均可以重复使用，因此主轴单元载荷能力测试装置10可以循环利用，可以降低可靠性试验的成本。

在一些可选实施例中，模拟试件2为圆锥台标准试件，弹性垫3套设于圆锥台标准试件的锥面上。圆锥台标准试件的外表面为圆锥面，弹性垫3套设于圆锥台标准试件的锥面上后，弹性垫3和圆锥台标准试件的表面贴合，因此，弹性垫3的外表面也是圆锥面。在模拟刀具1沿弹性垫3的外表面移动且挤压弹性垫3的情况下，弹性垫3或者说圆锥台标准试件对模拟刀具1或者机床的主轴至少可以施加平行于圆锥台标准试件的中轴线和垂直于圆锥台标准试件的中轴线方向的力。

在这些可选实施例中，将圆锥台标准试件作为模拟试件2，通过圆锥台标准试件的圆锥面对机床的主轴施加多维力，从而更加真实的模拟机床的实际工况，提升了可靠性试验效果。

在一些可选实施例中，弹性垫3为橡胶垫圈，橡胶垫圈套设于模拟试件2的表面，挤压力通过标定好的橡胶垫圈被模拟刀具1挤压的深度确定。橡胶材料富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状，采用橡胶垫圈作为弹性垫3，能够满足实验试验的需求，并且橡胶材料成本低。在可靠性实验试验前，先对橡胶垫圈进行标定，确定橡胶垫圈被挤压深度和挤压力之间的对应关系，在实验试验过程中，可以根据标定结果和橡胶垫圈的挤压深度确定挤压力的大小，从而控制调整挤压深度。

在这些可选实施例中，挤压力通过标定好的橡胶垫圈被模拟刀具1刀具挤压的深度确定，从而准确控制和调整挤压力的大小，提高可靠性试验的精确度。

在一些可选实施例中，主轴单元载荷能力测试装置10还包括安装基座4，模拟试件2通过安装基座4与机床的工作台连接。可选的，安装基座4包括支撑件41和安装底板42，安装底板42与机床的工作台连接，模拟试件2与支撑件41背离安装底板42的端部连接。示例性的，模拟试件2与支撑件41通过螺钉连接，安装底板42和机床的工作台采用螺栓或者螺钉连接。可选的，安装基座4可以是一体铸造而成，也可以是支撑件41和安装底板42焊接而成。

在这些可选实施例中，设置安装基座4，使得模拟试件2的安装固定能够更加稳定，同时安装基座4可以根据模拟试件2的形状进行设计，从而提高模拟试件2安装的便捷性，提高安装和拆卸的效率。

请结合参照图1和图2，图2为本公开第二方面实施例提供的一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图。本公开第二方面实施例提供了一种主轴单元载荷能力测试方法，模拟方法采用前述第一方面中任一项的主轴单元载荷能力测试装置10，该模拟方法包括：

S101、将模拟刀具1安装于机床的主轴；

S102、将模拟试件2安装于机床的工作台上，模拟试件2的表面设有弹性垫3；

S103、控制机床的主轴以第一转速转动，控制模拟刀具1挤压弹性垫3并沿弹性垫3的表面移动。

其中，模拟刀具1为机床可交换刀具。通过模拟刀具1挤压弹性垫3并沿弹性垫3的表面移动来模拟机床加工工件时的实际工况。模拟刀具1在弹性垫3的表面的移动轨迹可以根据实际情况以及的形状确定，本公开不做限制。本公开实施例提供的主轴单元载荷能力测试方法不仅能够模拟机床加工工件时的运动轨迹，而且能够对主轴施加多维力载荷，更加真实的模拟了实际工况，提升了可靠性试验效果。可选的，在模拟刀具1挤压弹性垫3移动一周后，退刀，重复步骤S103，应当理解的是，由于机床的主轴转速保持不变，且模拟刀具1对弹性垫3的挤压深度保持不变，那么模拟刀具1对弹性垫3的挤压力、以及弹性垫3对模拟刀具1施加的作用力均不变，通过多次重复模拟加载，多次试验，减小试验误差，提高试验的准确性。

请参照图3，图3为本公开第二方面实施例提供的另一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图。

在一些可选实施例中，S101之前，该模拟方法还包括：

S104、控制机床的主轴以第二转速运行第一运行时间，以使主轴处于良好的润滑状态。

在模拟试验开始之前，需要控制机床主轴运行一段时间，保证主轴润滑良好，防止润滑效果不佳对模拟试验的结果造成影响。可选的，第二速度为机床主轴的中速，第一运行时间为10分钟。

请参照图4，图4为本公开第二方面实施例提供的又一种主轴单元载荷能力测试方法的流程示意图。

在一些可选实施例中，S103之前，该模拟方法还包括：

S105、控制机床的主轴以第三转速转动，控制模拟刀具1沿弹性垫3的表面移动，模拟刀具1与弹性垫3接触且模拟刀具1对弹性垫3无挤压，以完成模拟刀具1对模拟试件2的模拟切削对刀。

在这些可选实施例中，在模拟刀具1挤压弹性垫3并沿弹性垫3的表面移动之前，先完成对刀操作，以便于之后通过机床的控制程序控制模拟刀具1对弹性垫3的挤压深度。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种主轴单元载荷能力测试装置，用于模拟机床加工工件时的实际工况，其特征在于，包括：

模拟刀具，与所述机床的主轴连接；

模拟试件，连接于所述机床的工作台上；

弹性垫，至少覆盖所述模拟试件的部分表面，

其中，所述模拟刀具能够挤压所述弹性垫并沿所述弹性垫的表面移动，所述模拟刀具对弹性垫的挤压力通过所述弹性垫的挤压深度确定，所述模拟试件能够对所述机床的主轴施加多维力载荷，所述模拟试件为圆锥台标准试件，所述弹性垫套设于所述圆锥台标准试件的锥面上。

2.根据权利要求1所述的主轴单元载荷能力测试装置，其特征在于，所述弹性垫为橡胶垫圈，所述橡胶垫圈套设于所述模拟试件的表面，所述挤压力通过标定好的所述橡胶垫圈被所述模拟刀具挤压的深度确定。

3.根据权利要求1所述的主轴单元载荷能力测试装置，其特征在于，所述主轴单元载荷能力测试装置还包括安装基座，所述模拟试件通过所述安装基座与所述机床的工作台连接。

4.根据权利要求3所述的主轴单元载荷能力测试装置，其特征在于，所述安装基座包括相连的支撑件和安装底板，所述安装底板与所述机床的工作台连接，所述模拟试件与所述支撑件背离所述安装底板的端部连接。

5.一种主轴单元载荷能力测试方法，所述测试方法采用权利要求1至4中任一项所述的主轴单元载荷能力测试装置，其特征在于，包括：

将所述模拟刀具安装于所述机床的主轴；

将所述模拟试件安装于所述机床的工作台上，所述模拟试件的表面设有所述弹性垫；

控制所述机床的主轴以第一转速转动，控制所述模拟刀具挤压所述弹性垫并沿所述弹性垫的表面移动。

6.根据权利要求5所述的主轴单元载荷能力测试方法，其特征在于，所述将所述模拟刀具安装于所述机床的主轴之前，还包括：

控制所述机床的主轴以第二转速运行第一运行时间，以使所述主轴处于良好的润滑状态。

7.根据权利要求5所述的主轴单元载荷能力测试方法，其特征在于，所述控制所述机床的主轴以第一转速转动，控制所述模拟刀具挤压所述弹性垫并沿所述弹性垫的表面移动之前，还包括：

控制所述机床的主轴以第三转速转动，控制所述模拟刀具沿所述弹性垫的表面移动，所述模拟刀具与所述弹性垫接触且所述模拟刀具对所述弹性垫无挤压，以完成所述模拟刀具对所述模拟试件的模拟切削对刀。