CN205438017U - 压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，包括有工作台、压电叠堆、信号处理电路、功率放大器、数控转塔刀架、刀架控制器、可编程控制器和工控机，其中压电叠堆通过托架枢接在支架上，支架设在工作台上，压电叠堆的一端与信号处理电路相连接，压电叠堆的另一端与功率放大器相连接，信号处理电路和功率放大器通过线路均与工控机相连接，压电叠堆的下端设有加载球，数控转塔刀架设在工作台上，数控转塔刀架对应压电叠堆的一侧设有刀盘，刀盘的周圈上设有数根刀杆，工控机控制压电叠堆和数控转塔刀架上刀盘的工作。有益效果：响应速度快、体积小、结构紧凑、加载精度高、功能完整，易于获得精确的加载信息。

Description

压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种车床刀架可靠性试验系统，特别涉及一种压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统。

背景技术

当前，数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，数控刀架作为机床的重要功能部件，它的可靠性直接影响着车床整体的可靠性水平。在实际切削工作中，刀具受到动态切削力，切削力间接作用在刀架的刀盘上，这一因素对刀架的可靠性和寿命有较大影响。目前刀架的实验室台架可靠性试验方法有空载连续运转试验和动态加载试验，动态加载试验的方法主要是利用加载装置分别模拟切削力和扭矩，对刀杆进行动、静态加载，分析不同载荷下刀架的可靠性和寿命。现有的可靠性试验加载试验中，采用加载装置模拟实际工况下的切削力和扭矩，利用位移及压力传感器对加载情况进行监测，试验系统复杂，体积庞大，且加载精度和频率受限。

发明内容

本实用新型的目的是为了满足目前数控车床刀架可靠性试验的需要而提供的一种压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统。

本实用新型提供的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统包括有工作台、压电叠堆、信号处理电路、功率放大器、数控转塔刀架、刀架控制器、可编程控制器和工控机，其中压电叠堆通过托架枢接在支架上，支架设在工作台上，压电叠堆的一端与信号处理电路相连接，压电叠堆的另一端与功率放大器相连接，信号处理电路和功率放大器通过线路均与工控机相连接，压电叠堆的下端设有加载球，数控转塔刀架设在工作台上，数控转塔刀架对应压电叠堆的一侧设有刀盘，刀盘的周圈上设有数根刀杆，数根刀杆在转动过程中每根刀杆上端的刀头均能与压电叠堆下端的加载球相触碰，数控转塔刀架通过管路连接有泵站，泵站通过线路与可编程控制器连接，数控转塔刀架还连接有刀架控制器，刀架控制器通过线路与可编程控制器连接，可编程控制器通过线路与工控机相连接，工控机控制压电叠堆和数控转塔刀架上刀盘的工作。

压电叠堆设有四个，固定在托架内，托架由上托板和下托板组成，上托板和下托板之间设有四个弹簧，四个弹簧的八个端部钩环穿入八个螺栓螺杆的径向圆形通孔，压电叠堆下端的加载球固定在下托板上，托架枢接在支架上，支架为多自由度支架。

信号处理电路包括有四级处理电路，四个压电叠堆通过屏蔽线与四级处理电路相连接，信号处理电路的第一级处理电路为电荷放大电路，用以放大压电叠堆产生的感应电荷，电荷放大电路采用高阻型运算放大器实现信号放大，运算放大器的反向输入端和输出端连接有可调电阻，信号处理电路的第二级处理电路为差分电路，用以抑制共模信号，信号处理电路的第三级处理电路为低通滤波电路，低通滤波电路的截止频率能够根据需要调整，用以滤除环境中的高频干扰信号，信号处理电路的第四级处理电路为电压放大电路，电压放大电路的增益倍数能够根据需要调整，信号处理电路与工控机的连接线路上设有A/D卡采集数据。

压电叠堆通过导线组与功率放大器连接，功率放大器采用交流220V供电，功率放大器与工控机的连接线路上设有D/A卡转换数据。

刀杆的顶端设有球面刀头，球面刀头的形状与压电叠堆的下端加载球的形状相应。

可编程控制器与泵站的连接线路上设有电磁换向阀，电磁换向阀的P口与T口分别和泵站的供油口与回油口管路连接，电磁换向阀的控制油口A口，控制油口B口分别和数控转台刀架上的锁紧与松开油缸管路连接，刀架控制器的下行方向和数控转塔刀架上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接，刀架控制器的上行方向与可编程控制器相连接。

本实用新型的工作原理：

首先根据需要模拟的切削情况，设置好加载力的大小和角度、振动频率、加载波形、加载时间等各项参数，然后调整弹簧伸长量，消除机械间隙，对压电叠堆施加一定预紧力，然后调整压电叠堆，使加载球对准到刀杆的球面刀头，调整完毕后锁紧。开启电源、泵站，工控机控制数控转塔刀架转位、定位、夹紧，之后工控机激励压电叠堆动作，加载球向刀杆顶端的球面刀头移动，加载信息基于压电自感应特性，经信号处理电路处理后测得，加载结束后，加载球退回原位置，数控转塔刀架的刀盘又可自由转动。

工控机控制压电叠堆的测试程序、控制程序由labview制作，电源开启后，工控机根据所需的加载力、振动频率和加载波形发出指令信号，指令信号经D/A卡转换传给功率放大器，功率放大器激励四个压电叠堆，四个压电叠堆伸缩形变，配合产生所需的加载力与加载扭矩，经加载球传递到刀杆上。此时，信号处理电路将压电叠堆伸缩形变产生感应电荷转换处理，经A/D卡传递到工控机，工控机的测试程序显示压电叠堆的加载信息。压电叠堆的加载信息经过一系列的比较与调理，得出偏差信号，偏差信号经D/A卡转换，功率放大器调理后输入到压电叠堆，提高压电叠堆的抗干扰能力。

工控机控制数控转塔刀架的控制界面也由labview制作，在控制界面上选定数控转塔刀架的工作模式和需要的工位后，与可编程控制器串口通讯，可编程控制器先输出电流控制电磁换向阀动作，控制数控转塔刀架刀盘松开，工控机接收到松开确定信号之后输出工作模式信号、工位信号与启动信号给刀架控制器，刀架控制器控制数控转塔刀架转到所需工位，之后刀架控制器反馈回定位结束信号和当前工位信号给可编程控制器，如遇故障则反馈报警信号，可编程控制器接收到定位结束信号和当前工位信号后输出电流控制电磁换向阀动作，控制数控转塔刀架的刀盘锁紧，接收到锁紧确定信号后连同当前工位信号一起反馈给工控机，一次换刀完成。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型采用压电式加载装置可以对数控转塔刀架加载多角度、任意形式的切削力和扭矩加载装置，响应速度快、体积小、结构紧凑、加载精度高、功能完整。

(2)本实用新型利用压电自感应技术，加载装置的输出位移、加载力和加载扭矩信息可以通过压电叠堆的感应信号获得，无需其它的位移及压力传感器，易于获得精确的加载信息。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型控制结构原理示意框图。

图3为本实用新型控制结构信号处理电路的原理图。

1、工作台2、压电叠堆3、信号处理电路4、功率放大器

5、数控转塔刀架6、刀架控制器7、可编程控制器8、工控机

9、托架10、支架11、加载球12、刀盘13、刀杆

14、泵站15、A/D卡16、D/A卡17、电磁换向阀。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示：

本实用新型提供的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统包括有工作台1、压电叠堆2、信号处理电路3、功率放大器4、数控转塔刀架5、刀架控制器6、可编程控制器7和工控机8，其中压电叠堆2通过托架9枢接在支架10上，支架10设在工作台1上，压电叠堆2的一端与信号处理电路3相连接，压电叠堆2的另一端与功率放大器4相连接，信号处理电路3和功率放大器4通过线路均与工控机8相连接，压电叠堆2的下端设有加载球11，数控转塔刀架5设在工作台1上，数控转塔刀架5对应压电叠堆2的一侧设有刀盘12，刀盘12的周圈上设有数根刀杆13，数根刀杆13在转动过程中每根刀杆13上端的刀头均能与压电叠堆2下端的加载球11相触碰，数控转塔刀架5通过管路连接有泵站14，泵站14通过线路与可编程控制器7连接，数控转塔刀架5还连接有刀架控制器6，刀架控制器6通过线路与可编程控制器7连接，可编程控制器7通过线路与工控机8相连接，工控机8控制压电叠堆2和数控转塔刀架5上刀盘12的工作。

压电叠堆2设有四个，固定在托架9内，托架9由上托板和下托板组成，上托板和下托板之间设有四个弹簧，四个弹簧的八个端部钩环穿入八个螺栓螺杆的径向圆形通孔，压电叠堆2下端的加载球11固定在下托板上，托架9枢接在支架10上，支架10为多自由度支架。

信号处理电路3包括有四级处理电路，四个压电叠堆2通过屏蔽线与四级处理电路相连接，信号处理电路3的第一级处理电路为电荷放大电路，用以放大压电叠堆2产生的感应电荷，电荷放大电路采用高阻型运算放大器实现信号放大，运算放大器的反向输入端和输出端连接有可调电阻，信号处理电路3的第二级处理电路为差分电路，用以抑制共模信号，信号处理电路3的第三级处理电路为低通滤波电路，低通滤波电路的截止频率能够根据需要调整，用以滤除环境中的高频干扰信号，信号处理电路3的第四级处理电路为电压放大电路，电压放大电路的增益倍数能够根据需要调整，信号处理电路3与工控机8的连接线路上设有A/D卡15采集数据。

压电叠堆2通过导线组与功率放大器4连接，功率放大器4采用交流220V供电，功率放大器4与工控机8的连接线路上设有D/A卡16转换数据。

刀杆13的顶端设有球面刀头，球面刀头的形状与压电叠堆2的下端加载球11的形状相应。

可编程控制器7与泵站14的连接线路上设有电磁换向阀17，电磁换向阀17的P口与T口分别和泵站14的供油口与回油口管路连接，电磁换向阀17的控制油口A口、控制油口B口分别和数控转台刀架5上的锁紧与松开油缸管路连接，刀架控制器6的下行方向和数控转塔刀架5上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接，刀架控制器6的上行方向与可编程控制器7相连接。

本实用新型的工作原理：

首先根据需要模拟的的切削情况，设置好加载力的大小和角度、振动频率、加载波形、加载时间等各项参数，然后调整弹簧伸长量，消除机械间隙，对压电叠堆2施加一定预紧力，然后调整压电叠堆2，使加载球11对准到刀杆13顶端的球面刀头，调整完毕后锁紧。开启电源、泵站14，工控机8控制数控转塔刀架5转位、定位、夹紧，之后工控机8激励压电叠堆2动作，加载球11向刀杆13顶端的球面刀头移动，加载信息基于压电自感应特性，经信号处理电路3处理后测得，加载结束后，加载球11退回原位置，数控转塔刀架5的刀盘12又可自由转动。

工控机8控制压电叠堆2的测试程序、控制程序由labview制作，电源开启后，工控机8根据所需的加载力、振动频率和加载波形发出指令信号，指令信号经D/A卡16转换传给功率放大器4，功率放大器4激励四个压电叠堆2，四个压电叠堆2伸缩形变，配合产生所需的加载力与加载扭矩，经加载球11传递到刀杆13上。此时，信号处理电路3将压电叠堆2伸缩形变产生感应电荷转换处理，经A/D卡15传递到工控机8，工控机8的测试程序显示压电叠堆2的加载信息。压电叠堆2的加载信息经过一系列的比较与调理，得出偏差信号，偏差信号经D/A卡16转换，功率放大器4调理后输入到压电叠堆2，以提高压电叠堆2的抗干扰能力。

工控机8控制数控转塔刀架5的控制界面也由labview制作，在控制界面上选定数控转塔刀架5的工作模式和需要的工位后，与可编程控制器7串口通讯，可编程控制器7先输出电流控制电磁换向阀17动作，控制数控转塔刀架5的刀盘12松开，工控机8接收到松开确定信号之后输出工作模式信号、工位信号与启动信号给刀架控制器6，刀架控制器6控制数控转塔刀架5转到所需工位，之后刀架控制器6反馈回定位结束信号和当前工位信号给可编程控制器7，如遇故障则反馈报警信号，可编程控制器7接收到定位结束信号和当前工位信号后输出电流控制电磁换向阀17动作，控制数控转塔刀架5的刀盘12锁紧，接收到锁紧确定信号后连同当前工位信号一起反馈给工控机8，一次换刀完成。

Claims (6)

1.一种压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：包括有工作台、压电叠堆、信号处理电路、功率放大器、数控转塔刀架、刀架控制器、可编程控制器和工控机，其中压电叠堆通过托架枢接在支架上，支架设在工作台上，压电叠堆的一端与信号处理电路相连接，压电叠堆的另一端与功率放大器相连接，信号处理电路和功率放大器通过线路均与工控机相连接，压电叠堆的下端设有加载球，数控转塔刀架设在工作台上，数控转塔刀架对应压电叠堆的一侧设有刀盘，刀盘的周圈上设有数根刀杆，数根刀杆在转动过程中每根刀杆上端的刀头均能与压电叠堆下端的加载球相触碰，数控转塔刀架通过管路连接有泵站，泵站通过线路与可编程控制器连接，数控转塔刀架还连接有刀架控制器，刀架控制器通过线路与可编程控制器连接，可编程控制器通过线路与工控机相连接，工控机控制压电叠堆和数控转塔刀架上刀盘的工作。

2.根据权利要求1所述的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：所述的压电叠堆设有四个，固定在托架内，托架由上托板和下托板组成，上托板和下托板之间设有四个弹簧，四个弹簧的八个端部钩环穿入八个螺栓螺杆的径向圆形通孔，压电叠堆下端的加载球固定在下托板上，托架枢接在支架上，支架为多自由度支架。

3.根据权利要求1所述的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：所述的信号处理电路包括有四级处理电路，四个压电叠堆通过屏蔽线与四级处理电路相连接，信号处理电路的第一级处理电路为电荷放大电路，用以放大压电叠堆产生的感应电荷，电荷放大电路采用高阻型运算放大器实现信号放大，运算放大器的反向输入端和输出端连接有可调电阻，信号处理电路的第二级处理电路为差分电路，用以抑制共模信号，信号处理电路的第三级处理电路为低通滤波电路，低通滤波电路的截止频率能够根据需要调整，用以滤除环境中的高频干扰信号，信号处理电路的第四级处理电路为电压放大电路，电压放大电路的增益倍数能够根据需要调整，信号处理电路与工控机的连接线路上设有A/D卡采集数据。

4.根据权利要求1所述的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：所述的压电叠堆通过导线组与功率放大器连接，功率放大器采用交流220V供电，功率放大器与工控机的连接线路上设有D/A卡转换数据。

5.根据权利要求1所述的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：所述的刀杆的顶端设有球面刀头，球面刀头的形状与压电叠堆的下端加载球的形状相应。

6.根据权利要求1所述的压电自感应式数控车床刀架可靠性试验系统，其特征在于：所述的可编程控制器与泵站的连接线路上设有电磁换向阀，电磁换向阀的P口与T口分别和泵站的供油口与回油口管路连接，电磁换向阀的控制油口A口、控制油口B口分别和数控转台刀架上的锁紧与松开油缸管路连接，刀架控制器的下行方向和数控转塔刀架上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接，刀架控制器的上行方向与可编程控制器相连接。