CN205120389U - 重型机床尾座可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

重型机床尾座可靠性试验台属于机械测试技术领域，目的在于解决机床尾座故障数据难以检测的问题。本实用新型的一种重型机床尾座可靠性试验台包括地平铁、尾座转动部分和加载部分；尾座转动部分包括中心轴和固定在地平铁上的机床尾座、一号减速器和一号电机，一号电机输出端与一号减速器输入端连接，中心轴通过花键与一号减速器输出端连接，中心轴两端通过设置在两侧的机床尾座夹紧；加载部分包括动态力加载支撑移动工作台、动力伺服加载工作台和动态伺服加载头；动态伺服加载头固定在动态伺服工作台上；通过动态力加载支撑移动工作台实现动力伺服加载头的移动，两个加载部分固定在地平铁上，两个加载部分的动态伺服加载头分别作用在中心轴的两端。

Description

重型机床尾座可靠性试验台

技术领域

本实用新型属于机械测试技术领域，具体涉及一种重型机床尾座可靠性试验台。

背景技术

重型机床一般指重量在10吨或以上的机床，其主要用于大型、特大型零件加工，是为国防军工、航空航天、船舶、能源(火电、水电、核电、风电)、交通运输(铁路、汽车)、冶金、工程机械等主要工业支柱产业以及国家重点工程项目服务。而作为重型机床普遍配置的装置-尾座，主要用来夹紧工件，尾座故障容易引起工件脱落，造成安全事故。统计表明，作为重型机床的主要功能部件，尾座故障频发，轻则导致停产，影响生产效率，重则误伤工人，后果不堪设想。

针对机床尾座可靠性的研究需要以大量的故障数据为基础，现有技术中对故障数据的采集一般是通过人工在现场跟踪试验并记录，费时费力，短时间内很难有大量的故障数据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种重型机床尾座可靠性试验台，解决现有技术存在的机床尾座故障数据难以检测的问题，进而实现机床尾座可靠性的研究。

为实现上述目的，本实用新型的一种重型机床尾座可靠性试验台包括地平铁、尾座转动部分和加载部分；

所述尾座转动部分包括中心轴和固定在地平铁上的机床尾座、一号减速器和一号电机，所述一号电机输出端与所述一号减速器输入端连接，所述中心轴通过花键与所述一号减速器输出端连接，所述中心轴两端通过设置在两侧的机床尾座夹紧；

所述加载部分包括动态力加载支撑移动工作台、动力伺服加载工作台和动态伺服加载头；所述动态力加载支撑移动工作台包括X轴传动部分和Z轴传动部分；所述X轴传动部分整体设置在Z轴传动部分上，实现X轴传动部分整体在Z轴方向的移动，所述动力伺服加载工作台固定在所述X轴传动部分上，通过X轴传动部分带动实现X轴方向的移动，所述动态伺服加载头固定在所述动态伺服工作台上；

两个所述加载部分固定在所述地平铁上，两个加载部分的动态伺服加载头分别对中心轴两端进行加载。

所述动态力加载支撑移动工作台还包括架在加载底座；所述Z轴传动部分固定在所述加载底座上。

所述Z轴传动部分包括二号电机、Z向导轨、二号减速器、Z向丝杠、Z向丝杠螺母、Z向丝杠后支撑总成和Z向滑块；所述二号电机的输出轴与所述二号减速器的主动轴连接，所述二号减速器的的输出端与所述Z向丝杠一端连接，所述Z向丝杠的另一端通过Z向丝杠后支撑总成进行支撑，两个设置在加载底座上的所述Z向导轨与所述Z向丝杠平行设置，所述Z向丝杠螺母与所述Z向丝杠形成丝杠螺母副，所述Z向滑块与所述Z向导轨形成移动副，所述Z向滑块与所述Z向丝杠螺母固定连接。

所述二号电机输出轴和Z向丝杠同轴。

所述X轴传动部分包括三号电机、三号减速器、X向导轨、X向丝杠、X向丝杠螺母、X向滑块和X向丝杠后支撑总成；所述三号电机输出轴与所述三号减速器输入端连接，所述三号减速器输出端与所述X向丝杠一端连接，所述X向丝杠另一端通过X向丝杠后支撑总成进行支撑，所述X向导轨与所述X向丝杠平行，X向丝杠和X向丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述X向滑块与所述X向丝杠螺母固定连接，与所述X向导轨形成移动副；所述动力伺服加载工作台固定在所述X向滑块上，所述X轴传动部分固定在所述Z向滑块上。

所述三号电机输出轴和X向丝杠同轴。

所述X轴传动部分还包括限位的支柱，两个所述支柱设置在所述X向丝杠靠近X向丝杠后支撑总成一端的两侧。

所述尾座转动部分还包括中心架，所述中心轴一端通过所述中心架支撑。

所述一号减速器的输出轴回转轴线、所述中心轴回转轴线、中心架回转轴线和两个机床尾座的回转轴线共线。

所述一号电机的输出轴与所述一号减速器的输入轴同轴，所述一号减速器的输入轴与输出轴垂直。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台基于尾座自身结构特点，设计实验室台架试验系统，在实验室内单独对其进行可靠性试验，既可以提高试验效率，又可以节省人力、物力。

本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台通过两个对称设置的机床尾座同时对中心轴夹紧，并通过两组加载部分分别进行加载，可以同时对两台重型机床的机床尾座进行静、动态力加载；且可实现较高频率的动态力加载，可模拟各种不同工况下的静动态力；本实用新型根据实际情况，可以采用更换不同的待检测机床尾座，可以对不同类型的重型机床尾座进行加载，体现本装置的灵活性和通用性；本实用新型可以在无人监控的情况下长时间自动运行，可主动激发并暴露产品故障，为其可靠性评估提供实用的基础数据。

附图说明

图1为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台整体结构示意图；

图2为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台加载部分结构示意图；

图3为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台中二号电机和二号减速器结构示意图；

图4为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台的控制原理框图；

图5为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台系统图；

图6为本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台中加载单元结构示意图；

其中：1、机床尾座，2、中心轴，3、中心架，4、一号减速器，5、地平铁，6、一号电机，7、加载底座，8、二号电机，9、Z向导轨，10、内六角螺母，11、二号减速器，12、Z向丝杠，13、Z向丝杠螺母，14、X向丝杠后支撑总成，15、支柱，16、X向导轨，17、Z向丝杠后支撑总成，18、Z向滑块，19、动力伺服加载工作台，20、三号减速器，21、三号电机，22、关节轴承，23、液压缸，24、轴承套左端盖，25一号角接触轴承，26、弹性挡圈，27、轴承套外壳，28、二号角接触轴承，29、轴承套右端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

参见附图1、附图2和附图3，本实用新型的一种重型机床尾座可靠性试验台包括地平铁5、尾座转动部分和加载部分；

所述尾座转动部分包括中心轴2和固定在地平铁5上的机床尾座1、一号减速器4和一号电机6，所述一号电机6输出端与所述一号减速器4输入端连接，所述中心轴2通过花键与所述一号减速器4输出端连接，所述中心轴2两端通过设置在两侧的机床尾座1夹紧；型号为YZ112M-6系列的卧式一号电机6通过T型螺栓安装在地平铁5上，一号电机6的回转轴线位于地平铁5的对称面内，并与地平铁5的上工作面垂直。一号电机6的输出端通过法兰盘与弹性联轴器右端连接，弹性联轴器的左端与套装有齿轮的一号减速器4的输入端轴连接，一号减速器4的输出端与中心轴2通过花键连接，为降低轴的径向跳动，轴的左侧通过中心架3支撑，其中一号电机6的输出轴与一号减速器4的输入轴同心，与减速器的输出轴垂直，减速器的输出轴回转轴线与中心轴2的回转轴线、中心架3的回转轴线、左右两端重型机床尾座1的回转轴线共线。一号减速器4底面与地平铁5通过T型螺栓连接，中心架3底面与地平铁5也是通过T型螺栓连接，中心轴2回转轴线、机床尾座1回转轴线、中心架3回转轴线处于地平铁5的纵向对称面上，并与地平铁5的上工作面平行。

所述加载部分包括动态力加载支撑移动工作台、动力伺服加载工作台19和动态伺服加载头；所述动态力加载支撑移动工作台包括X轴传动部分和Z轴传动部分；所述X轴传动部分整体设置在Z轴传动部分上，实现X轴传动部分整体在Z轴方向的移动，所述动力伺服加载工作台19固定在所述X轴传动部分上，通过X轴传动部分带动实现X轴方向的移动，所述动态伺服加载头固定在所述动态伺服工作台上；

两个所述加载部分固定在所述地平铁5上，两个加载部分的动态伺服加载头分别对中心轴2两端的加载单元进行加载。

本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台还包括包括液压缸23和关节轴承22，所述液压缸23选用单活塞式液压缸或双活塞杆式液压缸，活塞杆从液压缸23的前端伸出，液压缸的后端面与关节轴承22带螺纹的一段通过螺纹连接，关节轴与关节轴承座、液压缸固定在动力伺服加载工作台上，液压缸的纵向对称轴线处于动力伺服加载工作台的纵向对称面内。液压缸23端部作为动态伺服加载头，动态伺服加载头作用在套在中心轴上的加载单元上。

参见附图6，所述加载单元包括轴承套左端盖24、轴承套外壳27、弹性挡圈26、一号角接触轴承25、二号角接触轴承28和轴承套右端盖29；所述轴承套外壳27通过一号角接触轴承25和二号角接触轴承28与所述中心轴2配合，所述轴承套外壳27两端设置有轴承套左端盖24和轴承套右端盖29，一号角接触轴承25和二号角接触轴承28之间设置有弹性挡圈26；所述动态伺服加载头作用在所述轴承套外壳27上。

所述动态力加载支撑移动工作台还包括架在加载底座7；所述Z轴传动部分固定在所述加载底座7上。

所述Z轴传动部分包括二号电机8、Z向导轨9、二号减速器11、Z向丝杠12、Z向丝杠螺母13、Z向丝杠后支撑总成17和Z向滑块18；所述二号电机8的输出轴与所述二号减速器11的主动轴连接，所述二号减速器11的的输出端与所述Z向丝杠12一端连接，所述Z向丝杠12的另一端通过Z向丝杠后支撑总成17进行支撑，两个设置在加载底座7上的所述Z向导轨9与所述Z向丝杠12平行设置，所述Z向丝杠螺母13与所述Z向丝杠12形成丝杠螺母副，所述Z向滑块18与所述Z向导轨9形成移动副，所述Z向滑块18与所述Z向丝杠螺母13固定连接。

所述二号电机8输出轴和Z向丝杠12同轴。

所述的二号电机8用过螺栓固定在加载底座7上，二号电机8的输出轴的回转轴线与加载底座7的长度方向平行。二号电机8的输出轴通过联轴器左端连接，联轴器右端与二号减速器11中的主动轴连接，主动轴通过键与主动齿轮连接并传递扭矩。主动轴的两端通过轴承和轴承座安装在二号减速器11的下部，主动轴与二号电机8的回转轴线共线。主动齿轮与从动齿轮相结合，从动齿轮用从动轴轴肩定位，从动齿轮和主动齿轮的回转轴线相互平行，从动齿轮安装在二号减速器11的上部，二号减速器11的壳体是由撑板机构连接而成，平行于加载底座7的壳体板与两矩形垂直的壳体板通过内六角螺母10连接而成，两块垂直于加载底座7的壳体板侧面突台通过内六角螺母10固定在加载底座7上，箱体形成的两个空间分别提供给齿轮与联轴器。从动齿轮的输出轴即Z向丝杠12，Z向丝杠12通过轴承与轴承盖支撑在箱体上，Z向丝杠12与Z向丝杠螺母13通过丝杠螺母副连接，右端固定在Z向丝杠后支撑总成17上。Z向滑块18与Z向导轨9形成移动副，Z向两导轨相互平行，且处于一个平面上。

所述X轴传动部分包括三号电机21、三号减速器20、X向导轨16、X向丝杠、X向丝杠螺母、X向滑块和X向丝杠后支撑总成14；所述三号电机21输出轴与所述三号减速器20输入端连接，所述三号减速器20输出端与所述X向丝杠一端连接，所述X向丝杠另一端通过X向丝杠后支撑总成14进行支撑，所述X向导轨16与所述X向丝杠平行，X向丝杠和X向丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述X向滑块与所述X向丝杠螺母固定连接，与所述X向导轨16形成移动副；所述动力伺服加载工作台19固定在所述X向滑块上，所述X轴传动部分固定在所述Z向滑块18上。

所述三号电机21输出轴和X向丝杠同轴。

所述X轴传动部分还包括限位的支柱15，两个所述支柱15设置在所述X向丝杠靠近X向丝杠后支撑总成14一端的两侧。

所述的三号电机21用螺栓固定在三号减速器20上，三号电机21的输出轴的回转轴线与加载底座7的长度方向垂直。三号电机21的输出轴通过联轴器左端连接，联轴器右端与三号减速器20中的主动轴连接，主动轴通过键与主动齿轮连接并传递扭矩。主动轴的两端通过轴承和轴承座安装在三号减速器20的下部，三号减速器20中的主动轴与三号电机21的回转轴线共线。主动齿轮与从动齿轮相结合，从动齿轮用从动轴轴肩定位，从动齿轮和主动齿轮的回转轴线相互平行，从动齿轮安装在三号减速器20的上部，三号减速器20的壳体是由撑板结构连接而成，平行于加载底座7的壳体板与两矩形垂直的壳体板通过内六角螺母10连接而成，两块垂直于加载底座7的壳体板侧面突台通过内六角螺母10固定在Z向滑块18上，箱体形成的两个空间分别提供给齿轮与联轴器。三号减速器20中的从动齿轮的输出轴即X向丝杠，X向丝杠通过轴承与轴承盖支撑在箱体上，X向丝杠与X向丝杠螺母通过丝杠螺母副连接，右端固定在X向丝杠后支撑总成14上。动力伺服加载工作台19通过内六角螺母10固定在X向滑块上，动力伺服加载工作台19可以沿着X向导轨16方向移动，两个X向导轨16相互平行，且处于同一平面上。

参见附图4和附图5，本实用新型的重型机床尾座可靠性试验台的控制系统包括上位工控机、下位可编程控制器、速度传感器、位移传感器、信号放大器、编码器和A/D卡。

所述的速度传感器为电涡流传感器、磁电式速度传感器或光电流速度传感器，其最大的测量范围在4000r/min以上，例如RP660C1-16-S磁电转速传感器。

所述的位移传感器为磁敏式位移传感器、光电式位移传感器或数字激光位移传感器，其行程在2000mm以上，例如MPS-M直线位移传感器。

下位可编程控制器的上行方向是和上位工控机相连接，下位可编程控制器的下行方向分别与一号伺服放大器、二号伺服放大器、三号伺服放大器、四号伺服放大器和五号伺服放大器上行方向连接，一号伺服放大器、二号伺服放大器、三号伺服放大器、四号伺服放大器和五号伺服放大器的下行方向的连接方法为：一号伺服放大器的下行方向与所述一号伺服电机连接，二号伺服放大器的下行方向与所述二号伺服电机连接，三号伺服放大器的下行方向与所述三号伺服电机连接，四号伺服放大器的下行方向与所述四号伺服电机连接，五号伺服放大器的下行方向与所述五号伺服电机连接；一号伺服电机电源接口与编码器接口相连、二号伺服电机电源接口与编码器接口相连，三号伺服电机的电源接口与编码器接口相连、四号伺服电机的电源接口与编码器接口相连，五号伺服电机的电源接口和编码器接口连接。

更具体的说，实施例中下位可编程控制器可以采用型号为CP1E-N40DR-A的欧姆龙可编程控制器，由220V的交流电供电，有24个直流输入点，16个直流输出点。下位可编程控制器上行方向通过内置的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口连接，进行串口通讯，下位可编程控制器下行方向输入点与一号伺服放大器上的定位结束信号的输出点、加载系统移动工作台x向反馈信号输出点、x向移动速度传感器、位移传感器接口相连接；与二号伺服放大器上的定位结束信号的输出点、加载系统移动工作台z向反馈信号输出点、z向移动速度传感器、位移传感器接口相连接；与三号伺服放大器上的定位结束信号的输出点、加载系统移动工作台x向反馈信号输出点、x向移动速度传感器、位移传感器接口相连接；与四号伺服放大器上的定位结束信号的输出点、加载系统移动工作台z向反馈信号输出点、z向移动速度传感器、位移传感器接口相连接；与五号伺服放大器上的定位结束信号的输出点相连接。下位可编程控制器下行方向的输出点分别与一号伺服放大器上的工作模式信号的输入点、加载系统移动工作台x向启动信号输入点相连接；与二号伺服放大器上的工作模式的输入点、加载系统移动工作台z向启动信号输入点相连接；与三号伺服放大器上的工作模式信号的输入点、加载系统移动工作台x向启动信号输入点相连接；与四号伺服放大器上的工作模式信号的输出点、加载系统移动工作台z向启动信号输出点相连接；与五号伺服放大器的启动信号输入点和五号伺服放大器上的工作模式信号的输入点相连接。

尾座转动部分中的一号电机6其上行方向通过RS-232c端口与上位工控机RS-232c端口连接，速度传感器安装在一号电机6的输出轴上，速度传感器的连接线与信号放大器的一端连接，信号放大器的另一端与A/D卡的一端连接，A/D卡的另一端与上位工控机电连接，转速传感器将检测到的信号通过信号放大器放大信号，通过A/D卡反馈给上位工控机，上位工控机通过RS-232c控制下位机床尾座1旋转中的一号电机6实现闭环控制，所加载的转速在人机界面上进行显示。

首先根据实际需求设置加载力的大小、动态力加载支撑移动工作台移动的位置。由于机床尾座1顶尖是旋转件，所以对其加载时只需考虑加载力值即可。在控制界面上选定一定的参数，通过PLC控制一号伺服放大器、二号伺服放大器、三号伺服放大器、四号伺服放大器，进而按照设定的位置进行移动，如此对机床尾座1可实现动态力加载，其大小和频率可通过上位工控机进行实时监控。

Claims (10)

1.重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，包括地平铁(5)、尾座转动部分和加载部分；

所述尾座转动部分包括中心轴(2)和固定在地平铁(5)上的机床尾座(1)、一号减速器(4)和一号电机(6)，所述一号电机(6)输出端与所述一号减速器(4)输入端连接，所述中心轴(2)通过花键与所述一号减速器(4)输出端连接，所述中心轴(2)两端通过设置在两侧的机床尾座(1)夹紧；

所述加载部分包括动态力加载支撑移动工作台、动力伺服加载工作台(19)和动态伺服加载头；所述动态力加载支撑移动工作台包括X轴传动部分和Z轴传动部分；所述X轴传动部分整体设置在Z轴传动部分上，实现X轴传动部分整体在Z轴方向的移动，所述动力伺服加载工作台(19)固定在所述X轴传动部分上，通过X轴传动部分带动实现X轴方向的移动，所述动态伺服加载头固定在所述动态伺服工作台上；

两个所述加载部分固定在所述地平铁(5)上，两个加载部分的动态伺服加载头分别对中心轴(2)两端进行加载。

2.根据权利要求1所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，

所述动态力加载支撑移动工作台还包括架在加载底座(7)；所述Z轴传动部分固定在所述加载底座(7)上。

3.根据权利要求2所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述Z轴传动部分包括二号电机(8)、Z向导轨(9)、二号减速器(11)、Z向丝杠(12)、Z向丝杠螺母(13)、Z向丝杠后支撑总成(17)和Z向滑块(18)；所述二号电机(8)的输出轴与所述二号减速器(11)的主动轴连接，所述二号减速器(11)的的输出端与所述Z向丝杠(12)一端连接，所述Z向丝杠(12)的另一端通过Z向丝杠后支撑总成(17)进行支撑，两个设置在加载底座(7)上的所述Z向导轨(9)与所述Z向丝杠(12)平行设置，所述Z向丝杠螺母(13)与所述Z向丝杠(12)形成丝杠螺母副，所述Z向滑块(18)与所述Z向导轨(9)形成移动副，所述Z向滑块(18)与所述Z向丝杠螺母(13)固定连接。

4.根据权利要求3所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述二号电机(8)输出轴和Z向丝杠(12)同轴。

5.根据权利要求3所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述X轴传动部分包括三号电机(21)、三号减速器(20)、X向导轨(16)、X向丝杠、X向丝杠螺母、X向滑块和X向丝杠后支撑总成(14)；所述三号电机(21)输出轴与所述三号减速器(20)输入端连接，所述三号减速器(20)输出端与所述X向丝杠一端连接，所述X向丝杠另一端通过X向丝杠后支撑总成(14)进行支撑，所述X向导轨(16)与所述X向丝杠平行，X向丝杠和X向丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述X向滑块与所述X向丝杠螺母固定连接，与所述X向导轨(16)形成移动副；所述动力伺服加载工作台(19)固定在所述X向滑块上，所述X轴传动部分固定在所述Z向滑块(18)上。

6.根据权利要求5所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述三号电机(21)输出轴和X向丝杠同轴。

7.根据权利要求5所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述X轴传动部分还包括限位的支柱(15)，两个所述支柱(15)设置在所述X向丝杠靠近X向丝杠后支撑总成(14)一端的两侧。

8.根据权利要求1所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述尾座转动部分还包括中心架(3)，所述中心轴(2)一端通过所述中心架(3)支撑。

9.根据权利要求8所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述一号减速器(4)的输出轴回转轴线、所述中心轴(2)回转轴线、中心架(3)回转轴线和两个机床尾座(1)的回转轴线共线。

10.根据权利要求1所述的重型机床尾座可靠性试验台，其特征在于，所述一号电机(6)的输出轴与所述一号减速器(4)的输入轴同轴，所述一号减速器(4)的输入轴与输出轴垂直。