具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統的製作方法

2023-11-12 03:12:27 2

專利名稱：具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗系統，特別是涉及一種具有 電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統。
背景技術：
隨著裝備製造業的快速發展，我國已成為數控工具機生產與應用的大戶，據調查研 究，國產數控工具機在質量和可靠性等方面與發達國家相比仍有很大的差距，由此局限了我 國裝備製造業的水平和能力。數控刀架是數控工具機的關鍵功能部件，它的可靠性水平對整 機的可靠性提高有著關鍵作用，對數控刀架的可靠性研究需要以故障數據為基礎，但是刀 架的現場跟蹤試驗費時費力，短時間內又很難獲得大量的故障數據。基於刀架的自身使用 特點，可以單獨對其進行連續的可靠性試驗，試驗效率高，節省人力物力，這就需要一種針 對刀架的可靠性試驗系統。國內有關數控工具機的可靠性試驗起步較晚，有一些功能簡單的數控轉塔刀架試驗 臺，這種試驗臺只能對數控轉塔刀架進行空載情況下的連續運轉試驗，或者試驗時在數控 轉塔刀架的刀盤上增加偏重塊，模擬真實情況下不同刀具的重量差別對刀盤產生的偏重， 但即使是這樣，試驗模擬的工作環境與數控轉塔刀架真實工作情況仍然有很大差距，真實 工作情況下，切削時刀具受到動態切削力，它間接作用在數控轉塔刀架的刀盤上，這一因素 對數控轉塔刀架的壽命和可靠性有很大影響，而現有的試驗設備都不能模擬切削力對數控 轉塔刀架進行加載試驗。本試驗系統在傳統的數控轉塔刀架轉位試驗基礎上增加了對數控 轉塔刀架的多角度動、靜態加載結構，彌補了現有試驗設備的不足，與現有技術相比，具有 顯著的創造性和進步性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服了目前數控轉塔刀架的可靠性試驗設備不能 模擬動態切削力對數控轉塔刀架進行加載試驗的問題，提供了一種數控工具機數控轉塔刀架 可靠性試驗系統，特別是提供了一種具有電液伺服加載裝置的數控工具機數控轉塔刀架的可 靠性試驗系統。為解決上述技術問題，本發明是採用如下技術方案實現的所述的具有電液伺服 加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統由泵站、液壓加載機構、數控轉塔刀架控制部分 與電液伺服加載控制部分組成。所述的液壓加載機構包括加力杆、保持彈簧、彎板、滑板、底 座、轉軸、轉軸滑板、油缸保持架、油缸與工作檯。底座通過螺栓固定安裝在工作檯的右端，滑板通過T形螺釘固定在底座上，彎板 通過T形螺釘固定在滑板上，轉軸中的右轉軸與彎板中豎直安裝板上的通孔轉動連接後借 助於螺栓鎖緊。轉軸滑板上的水平轉軸與轉軸中左矩形板上的通孔轉動連接後藉助於螺栓 鎖緊。油缸保持架通過T型螺釘固連在轉軸滑板上，油缸的上端與油缸保持架連接，油缸的 下端的兩側和油缸保持架之間分別安裝有保持彈簧，油缸下端的活塞杆的端部通過電液伺服加載控制部分中的壓力傳感器和加力杆一端固定連接。技術方案中所述的油缸的上端與油缸保持架連接是指油缸的上方通過四根螺柱 固定一個上端蓋，油缸上方的上端蓋通過關節軸承鉸接在油缸保持架上。在上端蓋和油缸 上端面之間固定一個直線軸，直線軸的對稱軸線和油缸活塞杆的對稱軸線平行。直線軸上 滑動連接有箱式直線軸承，箱式直線軸承的一端和活塞杆的端部固定連接，箱式直線軸承 的另一端和電液伺服加載控制部分中的位移傳感器的內芯固定連接；所述的轉軸是由右 轉軸、圓形法蘭盤和左矩形板依次組成一體，右轉軸、圓形法蘭盤和左矩形板的對稱軸線共 線。圓形法蘭盤上均布有用於穿過螺栓的四段環形通槽，左矩形板的中心處設置有一通孔， 在該通孔的周圍均布有三段用於穿過螺栓的環形通槽；所述的轉軸滑板是一個長條形板類 結構件。轉軸滑板的前端面上從上至下設置有2條T形槽，轉軸滑板的後端面的下端設置 一個水平轉軸，即水平轉軸的軸對稱線和轉軸滑板的前、後端面垂直。在水平轉軸的周圍設 置有三個和轉軸中左矩形板上三段環形通槽相對應的螺紋孔；所述的油缸保持架是一個長 條形箱式結構件，即由一塊底板、一塊頂板和兩塊結構相同的左側板與右側板構成。左側 板、頂板和結構相同的右側板從左、上和右三面固定在底板前端面上，油缸保持架的下端是 敞開的。底板上均布有兩排穿過螺栓的通孔，兩排通孔之間的距離和轉軸滑板前端面上的2 條T形槽之間的距離相等；所述的數控轉塔刀架控制部分包括上位工控機、可編程控制器、 電磁換向閥和模擬刀杆。可編程控制器的上行方向與上位工控機電連接。可編程控制器的 下行方向分別和刀架控制器與電磁換向閥電連接。刀架控制器的下行方向和待測數控轉塔 刀架上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接。電磁換向閥的P 口與T 口分別 和泵站的供油口與回油口管路連接。電磁換向閥的控制油口 A 口與控制油口 B分別和待測 數控轉塔刀架上的鎖緊與鬆開油缸管路連接。模擬刀杆裝卡在待測數控轉塔刀架的刀盤 上；所述的可編程控制器的上行方向與上位工控機電連接，可編程控制器的下行方向分別 和刀架控制器與電磁換向閥電連接是指可編程控制器的上行方向通過內置的RS-232C端 口與上位工控機的RS-232C埠串口連接。可編程控制器下行方向中的6個輸入點分別與 刀架控制器上1個定位結束信號輸出點連接、4個當前工位反饋信號輸出點連接與1個刀 架報警信號輸出點連接。還有2個輸入點分別和數控轉塔刀架上的鬆開傳感器與鎖緊傳感 器接口連接。可編程控制器下行方向中的7個輸出點分別和刀架控制器上4個工位信號、 2個工作模式信號與1個啟動信號輸入點電連接。還有2個輸出點與電磁換向閥的鬆開與 鎖緊電源接口連接；所述的電液伺服加載控制部分包括上位工控機、1號A/D卡、1號信號放 大器、伺服放大器、D/A卡、2號信號放大器、2號A/D卡、壓力傳感器、位移傳感器和電液伺 服閥。電液伺服閥的供油口 P和回油口 T分別與泵站的供油口和回油口管路連接，電液伺 服閥的控制油口 A和控制油口 B分別與油缸的上、下油腔管路連接。電液伺服閥上的4芯 電氣插座通過屏蔽線與伺服放大器連接，經過D/A卡與上位工控機(19)電連接。位移傳感 器通過屏蔽線與1號信號放大器連接，經過1號A/D卡與上位工控機電連接。壓力傳感器 通過屏蔽線與2號信號放大器連接，經過2號A/D卡與上位工控機電連接。與現有技術相比本發明的有益效果是1.本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統與現有 的試驗設備相比，本試驗系統將真實工作環境下切削力對數控轉塔刀架可靠性產生的重要 影響這一因素考慮進去，創新性地增添了液壓加載機構及其控制系統，試驗內容不僅包括
5數控轉塔刀架的轉位、定位、夾緊，而且加入了動、靜態加載過程，來模擬真實切削過程中數 控轉塔刀架受的切削力，液壓加載機構還可以進行位置和角度的調節，從而可以更進一步 的模擬出數控轉塔刀架各個受力角度，在多角度上都可以對其進行動、靜態加載，本試驗系 統更好的還原了數控轉塔刀架的真實工作狀況，從而使試驗中得到的數控轉塔刀架故障數 據和測得的數控轉塔刀架可靠性水平更為真實可靠。另一方面，液壓加載機構可以進行位 置和角度的調節，使本試驗系統對不同型號和尺寸的數控轉塔刀架都能進行可靠性試驗， 增加了本試驗系統的靈活性。2.本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統在實驗 室進行連續的可靠性試驗時，整個試驗過程循環有序地不斷進行，並將數控轉塔刀架發生 的故障錄入故障資料庫，與現場跟蹤試驗採集數控轉塔刀架故障數據相比，提高了試驗效 率和故障採集速度，節省了大量的財力、物力和時間。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明圖1為本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統在 非工作狀態時的主視圖；圖2為本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統在 非工作狀態時的左視圖；圖3為本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統處 於工作狀態時的軸測投影圖；圖4為表示本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系 統的結構原理的示意框圖；圖中1.數控轉塔刀架，2.模擬刀杆，3.加力杆，4.壓力傳感器，5.關節軸承， 6.直線軸，7.箱式直線軸承，8.位移傳感器，9.保持彈簧，10.彎板，11.滑板，12.底座， 13.轉軸，14.轉軸滑板，15.油缸保持架，16.油缸，17.電液伺服閥，18.工作檯，19.上位工 控機，20.可編程控制器(PLC)，21.電磁換向閥，22.刀架控制器，23. 1號A/D卡，24. 1號信 號放大器，25.伺服放大器，26. D/A卡，27. 2號信號放大器，28.2號A/D卡，I.液壓加載機 構，II.數控轉塔刀架控制部分，III.電液伺服加載控制部分。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作詳細的描述參閱圖3，本發明是針對現有數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗設備不能模擬 切削力對數控轉塔刀架進行加載試驗，試驗模擬環境與數控轉塔刀架真實工況存在很大差 異這一現狀，提供一種數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗系統，特別是提供一種具有電 液伺服加載裝置的數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗系統，實現了對數控工具機數控轉塔 刀架的實驗室內的可靠性試驗。試驗內容不僅包括數控轉塔刀架的轉位試驗，重要的是還 可以模擬切削力對數控轉塔刀架進行動、靜態加載試驗，而且是多角度的動、靜態加載，成 功模擬了數控轉塔刀架真實工作環境，並將數控轉塔刀架產生的故障錄入數控轉塔刀架故 障資料庫，試驗條件貼近數控轉塔刀架真實工況。與現場試驗跟蹤試驗相比，採用本發明所提供的具有電液伺服加載裝置的數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗系統在實驗室就 可以對數控轉塔刀架進行試驗，大大減少了在現場進行數控轉塔刀架試驗所耗費的人力物 力和時間。與現有可靠性試驗設備相比，本試驗系統將數控轉塔刀架真實工作時受多角度 的動、靜態切削力這一重要因素考慮進去，並加以模擬，更好的還原了數控轉塔刀架真實工 作環境，從而使收集的數控轉塔刀架的故障數據更為真實可信，測得的數控轉塔刀架的可 靠性水平更有說服力。具有電液伺服加載裝置的數控工具機數控轉塔刀架的可靠性試驗系統 是由泵站、液壓加載機構I、數控轉塔刀架控制部分II與電液伺服加載控制部分III組成。 液壓加載機構I與數控轉塔刀架控制部分II (的主要部件)直接安裝在工作檯18之兩端。 電液伺服加載控制部分III (的主要部件)安裝在液壓加載機構I中的油缸16的外壁上， 電液伺服加載控制部分III的一端和油缸16的進、出油口管路連接，電液伺服加載控制部 分III的另一端和泵站管路連接。參閱圖1與圖2，液壓加載機構I包括加力杆3、關節軸承5、直線軸6、箱式直線軸 承7、保持彈簧9、彎板10、滑板11、底座12、轉軸13、轉軸滑板14、油缸保持架15、油缸16、 工作檯18、螺栓與關節軸承的支撐件。彎板10包括有互相垂直的安裝底板、豎直安裝板和兩者之間的一對加強筋板，安 裝底板與豎直安裝板上皆均布有穿過T型螺釘/螺栓的通孔，豎直安裝板上均布的穿過螺 栓的通孔的中心處設置有和轉軸13配裝的通孔。滑板11是一個長方形的板類結構件，滑板11的上工作面上設置兩條和滑板11縱 向對稱線平行的T形槽，其四角處設置有和上工作面垂直的用於穿過T型螺釘的通孔，滑板 11的下工作面是和上工作面平行的光滑面。底座12是一個長方體式的箱體結構件，底座12的上工作面設置有從左至右的相 互平行的2條T形槽，底座12的下工作面設置有從左至右的向前、後兩側伸出的凸邊，凸邊 上均布有能夠垂直地穿過螺栓的通孔。轉軸13是由右轉軸、圓形法蘭盤和左矩形板依次組成(製成)一體，並且三部分 的對稱軸線共線。圓形法蘭盤上均布有和彎板10中豎直安裝板上均布的通孔相對應的四 段環形通槽。左矩形板的中心處設置有一通孔，在該通孔的周圍設置有三段用於穿過螺栓 的環形通槽。轉軸滑板14是一個長條形板類結構件，轉軸滑板14的前(右)端面上從上至下 設置有2條T形槽，轉軸滑板14的後(左)端面的下端設置一個水平轉軸，即水平轉軸的 軸對稱線和轉軸滑板14的前(右)、後(左)端面垂直，在水平轉軸的周圍設置有三個和轉 軸13中左矩形板上三段環形通槽相對應的螺紋孔。油缸保持架15是一個長條形箱式結構件，即由一塊底板、一塊頂板和兩塊結構 相同的左、右側板構成，左側板、頂板和結構相同的右側板從左、上、右三面固定在底板前 (右)端面上，油缸保持架15的下端是敞開的，底板上均布有兩排(4或6個)用於穿過螺 栓的通孔，兩排通孔之間的距離和轉軸滑板14前(右)端面上的2條T形槽之間的距離相寸。油缸16選用雙活塞杆與單活塞式液壓油缸，雙活塞杆分別從油缸16的上、下端 伸出，油缸16的(伸出一活塞杆的)上端面的上方通過四根螺柱固定一個上端蓋，油缸16 通過這上端蓋、關 軸承5與關節軸承的支撐件固定連接在油缸保持架15中頂板的下端面上。在上端蓋和油缸16的(伸出一活塞杆的)上端面之間固定一個直線軸6，直線軸6的 對稱軸線和油缸16的活塞杆的對稱軸線平行。直線軸6上套裝有可在直線軸6上滑動的 箱式直線軸承7，箱式直線軸承7的一端和活塞杆的端部固定連接，即箱式直線軸承7可隨 活塞杆的上、下移動在直線軸6上滑動。箱式直線軸承7的另一端和電液伺服加載控制部 分(III)中的位移傳感器8的內芯連接，當活塞杆移動時位移傳感器8的內芯也隨著移動， 位移傳感器8便能測得活塞杆的位移。工作檯18是一箱體結構件，可採用型鋼先焊成骨架，然後四周和上表面覆蓋上鋼 板，上表面是安裝液壓加載機構I與待測的數控轉塔刀架1的安裝面，工作檯18的底面四 角設置有可調整高度的安裝底腳。底座12通過螺栓固定安裝在工作檯18的右端，滑板11通過T形螺釘固定在底座 12的上工作面上，滑板11上的2條T形槽和底座12上的2條T形槽垂直。彎板10中的 安裝底板通過T形螺釘固定在滑板11上，轉軸13中的右轉軸插入彎板10中豎直安裝板上 的通孔裡成轉動連接，並使轉軸13中的圓形法蘭盤和彎板10中的豎直安裝板相接觸，轉軸 13相對於彎板10中的豎直安裝板位置調整好後採用螺栓將兩者固定連接(鎖緊)，轉軸13 相對彎板10中豎直安裝板的位置可以轉動調節，位置調節好後再固定連接(鎖緊)。轉軸 滑板14的水平轉軸裝入轉軸13中左矩形板的通孔裡成轉動連接，轉軸滑板14的位置調整 好後再藉助於螺栓將轉軸滑板14和轉軸13兩者固定連接(鎖緊)。油缸保持架15通過T 型螺釘固連在轉軸滑板14的前(右)端面上，油缸16、關節軸承5、直線軸6、箱式直線軸承 7、位移傳感器8這一組件藉助於關節軸承的支撐連接件(橫軸和兩個軸承支座)固定連接 在油缸保持架15中的頂板的下端面上。油缸16的下端的兩側和油缸保持架15的左、右側 板之間安裝有保持彈簧9，保持彈簧9的作用是使油缸16的位置和方向保持不變。油缸16 下端的活塞杆的端部和壓力傳感器4的一端固定連接，壓力傳感器4的另一端和加力杆3 一端固定連接，加力杆3的另一端設置成向裡凹進的和模擬刀杆2上的球面相吻合的凹面。液壓加載機構I的結構設計中涉及3種移動和2種轉動，這些結構設計可以使油 缸16的位置和角度在一定範圍內進行調節。優點有二 一是真實工況下刀具進行不同情況 的切削時數控轉塔刀架1所受動態負載力的大小和方向會不同，因此油缸16的位置和角度 在一定範圍內可以調節，就可以模擬出數控轉塔刀架各種真實受力角度，在各個受力角度 上都可以對其進行動、靜態加載；二是通過對油缸16位置和角度的調節，可以對不同型號， 不同尺寸的數控轉塔刀架進行加載試驗，增加了本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數 控轉塔刀架可靠性試驗系統的靈活性和通用性。數控轉塔刀架控制部分II包括上位工控機19、可編程控制器(PLC) 20、電磁換向 閥21和(安裝在待測的數控轉塔刀架1上的)模擬刀杆2。可編程控制器20的上行方向與上位工控機19電連接，可編程控制器20的下行方 向分別和刀架控制器22的上行方向與電磁換向閥21電連接，刀架控制器22的下行方向和 待測數控轉塔刀架1上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接，電磁換向閥21 的P 口與T 口分別和泵站的供油口與回油口管路連接，電磁換向閥21的控制油口 A 口、控 制油口 B 口分別和待測數控轉塔刀架1上的鎖緊與鬆開油缸管路連接。模擬刀杆2裝卡在 待測的數控轉塔刀架1的刀盤上，待測的數控轉塔刀架1通過螺栓等件固定安裝在工作檯 18的左端，待測的數控轉塔刀架1中刀盤的迴轉軸線和液壓加載機構I中轉軸13的迴轉軸線空間平行。更具體地說，實施例中可編程控制器20是採用型號為CMP2A-30⑶R-D的歐姆龍可 編程控制器，直流24V供電，有18個直流輸入點，12個直流輸出點，可編程控制器20上行 方向通過內置的RS-232C埠與上位工控機19的RS-232C埠連接進行串口通訊，可編程 控制器20下行方向中6個輸入點分別與刀架控制器22上1個定位結束信號輸出點連接，4 個當前工位反饋信號輸出點連接，1個數控轉塔刀架報警信號輸出點連接，還有2個輸入點 分別與數控轉塔刀架上的鬆開傳感器和鎖緊傳感器接口連接。可編程控制器20下行方向 7個輸出點分別與刀架控制器22上4個工位信號、2個工作模式信號與1個啟動信號輸入 點連接，還有2個輸出點與電磁換向閥21的鬆開、鎖緊電源接口電連接。刀架控制器22是與待測的數控轉塔刀架1中的伺服電機匹配的三菱型號為 MR-J3-40A-RJ070的伺服放大器，為待測的數控轉塔刀架1的組成部分，兩相交流220V供 電，刀架控制器22下行方向與數控轉塔刀架上的伺服電機電源接口和伺服電機編碼器接 口配套電連接。上位工控機19控制界面是由VB製作，在控制界面上選定數控轉塔刀架1的工作 模式和需要的工位後，與可編程控制器20串口通訊，可編程控制器20先輸出電流控制電磁 換向閥21動作，控制數控轉塔刀架1刀盤鬆開，上位工控機19接收到鬆開確定信號之後輸 出工作模式信號、工位信號和啟動信號給刀架控制器22，刀架控制器22控制數控轉塔刀架 1轉到所需工位，之後刀架控制器22反饋回定位結束信號和當前工位信號給可編程控制器 20，如遇故障則反饋報警信號，可編程控制器20接收到定位結束信號和當前工位信號後輸 出電流控制電磁換向閥21動作，控制數控轉塔刀架的刀盤鎖緊，接收到鎖緊確定信號後連 同當前工位信號一起反饋給上位工控機19，一次換刀完成。模擬刀杆2模擬真實刀杆尺寸加工，不同的是伸出端加工成球形，目的是加載時 使加力杆3的凹面能夠扣壓在模擬刀杆2 —端的球面上，這種設計大大減小了油缸16動態 加載時活塞杆承受的側向力，很好的保護了油缸16。電液伺服加載控制部分III包括上位工控機(和數控轉塔刀架控制部分II共用 同一臺上位工控機)19、1號A/D卡23、1號信號放大器24、伺服放大器25、D/A卡26、2號 信號放大器27、2號A/D卡28、壓力傳感器4、位移傳感器8和電液伺服閥17。電液伺服閥 17安裝在油缸16的缸體外壁上。電液伺服閥17的供油口 P和回油口 T分別與泵站的供油口和回油口管路連接，電 液伺服閥17的控制油口 A和控制油口 B分別與油缸(16)的上、下油腔管路連接，電液伺服 閥17上的4芯電氣插座通過屏蔽線與伺服放大器25連接，經過D/A卡26與上位工控機19 電連接；位移傳感器8通過屏蔽線與1號信號放大器24連接，經過1號A/D卡23與上位工 控機19電連接；壓力傳感器4通過屏蔽線與2號信號放大器27連接，經過2號A/D卡28 與上位工控機19電連接。實施例中的電液伺服閥17採用美國MOOG G761系列機械反饋式四通電液伺服閥， 動態響應性能高，通過閥芯的電流信號的變化控制閥口的負載流量。電液伺服閥17的供 油口 P和回油口 T分別於與泵站的供油口和回油口管路連接，控制油口 A和控制油口 B分 別與油缸的上下油腔接通。電液伺服閥17上帶有標準的4芯電氣插座，通過配有型號為 MS3106F14S2S的電纜插頭的屏蔽線與電液伺服閥17的伺服放大器25連接，伺服放大器25採用交流220V供電，經過D/A卡26連接到上位工控機19上。壓力傳感器4通過4芯屏蔽 線與2號信號放大器27連接，經過2號A/D卡28連接到上位工控機19上，位移傳感器8 通過4芯屏蔽線與1號信號放大器24連接，經過1號A/D卡23連接到上位工控機19上。上位工控機19控制程序也由VB製作，整個電液伺服加載控制部分III是一個閉 環控制迴路，可以通過位移反饋或壓力反饋形成閉環。並與數控轉塔刀架控制部分II進行 融合，形成一個完整的數控工具機數控轉塔刀架可靠性試驗控制系統。電源、泵站開啟後，上 位工控機19先通過位移閉環控制活塞杆向下移動。使加力杆3前端扣壓在模擬刀杆2上， 之後轉為壓力閉環控制，上位工控機19根據所需的加載力、振動頻率和加載波形發出指令 信號經過D/A卡26轉換傳給伺服放大器25，經調理後轉變為電流信號控制電液伺服閥17 的開口量，控制油缸16加載。此時，壓力傳感器4將模擬刀杆2的受力反饋回來經過2號信 號放大器27的放大、2號A/D卡28轉換後傳入上位工控機19，經過一系列的比較與調理， 得出偏差信號。此偏差信號經D/A卡26轉換，伺服放大器25調理後輸入到電液伺服閥17， 使電液伺服閥17產生負載壓差作用於油缸16的活塞上，使壓力向減小誤差的方向變化，直 至壓力等於指令信號所規定的值為止。泵站為數控轉塔刀架1的鬆開或鎖緊及用於加載的油缸16提供壓力油，並能夠滿 足模擬刀杆2承受最大切削力時的油壓要求。參閱圖3，圖中給出了進行加載試驗時的示意圖，首先根據需要模擬的切削力選定 好加載力的大小和角度，然後調整液壓加載機構I確定好油缸的位置和角度，使加力杆3的 軸線能夠對準到模擬刀杆2的球面上，而且在油缸16的行程範圍內加力杆3 —是能夠頂到 模擬刀杆2上，二是當加載結束加力杆3退回原位置後，數控轉塔刀架1上的刀盤可以自由 轉動並不與加力杆3發生幹涉，調整完畢後鎖緊。由於保持彈簧9的作用油缸16的位置和 方向可以保持不變。開啟電源、泵站，數控轉塔刀架控制部分II控制數控轉塔刀架1轉位、 定位、夾緊，之後電液伺服加載控制部分III控制油缸16動作，活塞杆帶動加力杆3向模擬 刀杆2球面移動，活塞杆的位置由油缸16上安裝的和活塞杆同步的位移傳感器8測得，加 力杆3減速扣壓在模擬刀杆2的球面上，之後按照給定的加載力，振動頻率，加載波形進行 動態加載，加力杆3上端的壓力傳感器4反饋力信號給上位工控機19，整個電液伺服加載 控制部分III形成位移或壓力的閉環控制，加載結束後，活塞杆退回原位置，數控轉塔刀架 1的刀盤又可自由轉動。如果需要模擬其它角度加載試驗，只需對加載機構進行調節，調節 出需要的加載角度後，將加載機構鎖緊便可以繼續加載。參閱圖4，圖中表示本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性 試驗系統的控制流程。數控轉塔刀架控制部分II數控轉塔刀架1的控制程序預先編入可編程控制器20，上位工控機19與可編程 控制器20串口通訊控制刀架控制器22和電磁換向閥21，可以實現數控轉塔刀架1真實工 作時的全部動作功能，也可以使數控轉塔刀架1連續進行任意工位的定位並夾緊，定位到 每個工位的概率相同，此功能用於對數控轉塔刀架1進行連續試驗。上位工控機19對當前 工位、試驗持續時間、總共定位次數及各工位的定位次數等自動記錄，顯示在上位工控機19 的界面上，便於實驗人員了解試驗進度，並將數控轉塔刀架1在試驗過程中發生的故障錄 入故障資料庫。
電液伺服加載控制部分111數控轉塔刀架1定位鎖緊後，上位工控機19檢測到鎖緊反饋信號便開始加載過 程，先發出控制信號經D/A卡26轉換傳給電液伺服閥17控制活塞杆向下運動，液壓加載機 構I上安裝的位移傳感器8將產生的電信號經過1號信號放大器24放大和1號A/D卡23 轉換後傳給上位工控機19，通過由位移傳感器8構成的位移閉環控制使加力杆3扣壓在模 擬刀杆2上。之後由位移閉環控制轉為壓力閉環控制，上位工控機19發出控制信號經D/A 卡26轉換傳給電液伺服閥17按照給定的加載參數控制油缸16加載，液壓加載機構I上安 裝的壓力傳感器4將產生的電信號經過2號信號放大器27放大和2號A/D卡28轉換後傳 給上位工控機19，一方面形成閉環控制，另一方面將壓力的大小、波形、頻率等顯示在上位 工控機19的界面上，實驗人員可以根據試驗要求進行選擇和控制。本發明所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統在對數控 轉塔刀架1進行連續的可靠性試驗時，根據需要模擬的切削情況，設置好加載力、振動頻 率、加載波形、加載時間等各項參數，數控轉塔刀架1的鬆開、轉動、定位、鎖緊和油缸16的 伺服加載便可以自動運行。試驗開始後，上位工控機19控制數控轉塔刀架1隨機定位到任 意工位，夾緊後，上位工控機19接收到夾緊反饋信號後繼續控制油缸16對數控轉塔刀架1 加載，加載過程結束後，活塞杆退回，上位工控機19接收到位移傳感器8反饋信號後繼續控 制數控轉塔刀架1定位到下一個隨機工位，夾緊後，又繼續加載過程，在上位工控機19的自 動控制和監測下，整個試驗過程循環有序地不斷進行，大大提高了試驗效率，縮短了故障採 集時間，節省了人力物力。本發明中所述的實施例是為了便於該技術領域的技術人員能夠理解和應用本發 明，只是本發明一種的較佳實施例，或者說是一種比較具體的技術方案，它只適用於一定範 圍內的不同型號，不同尺寸的數控轉塔刀架1的可靠性試驗，範圍之外的不同型號，不同尺 寸的數控轉塔刀架1的可靠性試驗，基本的技術方案不變，但其所用零部件的規格型號將 隨之改變，如泵站、油缸16、電液伺服閥17、壓力傳感器4和位移傳感器8等標準件的選擇， 故本發明不限於實施例這一種比較具體技術方案的描述。如果相關的技術人員在堅持本發 明基本技術方案的情況下做出不需要經過創造性勞動的等效結構變化或各種修改都在本 發明的保護範圍內。
權利要求
一種具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，由泵站、液壓加載機構(I)、數控轉塔刀架控制部分(II)與電液伺服加載控制部分(III)組成，其特徵在於，所述的液壓加載機構(I)包括加力杆(3)、保持彈簧(9)、彎板(10)、滑板(11)、底座(12)、轉軸(13)、轉軸滑板(14)、油缸保持架(15)、油缸(16)與工作檯(18)；底座(12)通過螺栓固定安裝在工作檯(18)的右端，滑板(11)通過T形螺釘固定在底座(12)上，彎板(10)通過T形螺釘固定在滑板(11)上，轉軸(13)中的右轉軸與彎板(10)中豎直安裝板上的通孔轉動連接後藉助於螺栓鎖緊，轉軸滑板(14)上的水平轉軸與轉軸(13)中左矩形板上的通孔轉動連接後藉助於螺栓鎖緊，油缸保持架(15)通過T型螺釘固連在轉軸滑板(14)上，油缸(16)的上端與油缸保持架(15)連接，油缸(16)的下端的兩側和油缸保持架(15)之間分別安裝有保持彈簧(9)，油缸(16)下端的活塞杆的端部通過電液伺服加載控制部分(III)中的壓力傳感器(4)和加力杆(3)一端固定連接。
2.按照權利要求1所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，其 特徵在於，所述的油缸(16)的上端與油缸保持架(15)連接是指油缸(16)的上方通過四 根螺柱固定一個上端蓋，油缸(16)上方的上端蓋通過關節軸承(5)鉸接在油缸保持架(15) 上，在上端蓋和油缸(16)上端面之間固定一個直線軸(6)，直線軸(6)的對稱軸線和油缸 (16)活塞杆的對稱軸線平行，直線軸(6)上滑動連接有箱式直線軸承(7)，箱式直線軸承 (7)的一端和活塞杆的端部固定連接，箱式直線軸承(7)的另一端和電液伺服加載控制部 分(III)中的位移傳感器(8)的內芯固定連接。
3.按照權利要求1所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統， 其特徵在於，所述的轉軸(13)是由右轉軸、圓形法蘭盤和左矩形板依次組成一體，右轉軸、 圓形法蘭盤和左矩形板的對稱軸線共線，圓形法蘭盤上均布有用於穿過螺栓的四段環形通 槽，左矩形板的中心處設置有一通孔，在該通孔的周圍均布有三段用於穿過螺栓的環形通 槽。
4.按照權利要求1所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，其 特徵在於，所述的轉軸滑板(14)是一個長條形板類結構件，轉軸滑板(14)的前端面上從上 至下設置有2條T形槽，轉軸滑板(14)的後端面的下端設置一個水平轉軸，即水平轉軸的 軸對稱線和轉軸滑板(14)的前、後端面垂直，在水平轉軸的周圍設置有三個和轉軸(13)中 左矩形板上三段環形通槽相對應的螺紋孔。
5.按照權利要求1所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，其 特徵在於，所述的油缸保持架(15)是一個長條形箱式結構件，即由一塊底板、一塊頂板和 兩塊結構相同的左側板與右側板構成，左側板、頂板和結構相同的右側板從左、上和右三面 固定在底板前端面上，油缸保持架(15)的下端是敞開的，底板上均布有兩排穿過螺栓的通 孔，兩排通孔之間的距離和轉軸滑板(14)前端面上的2條T形槽之間的距離相等。
6.按照權利要求1所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，其 特徵在於，所述的數控轉塔刀架控制部分(II)包括上位工控機(19)、可編程控制器(20)、 電磁換向閥(21)和模擬刀杆(2)；可編程控制器(20)的上行方向與上位工控機(19)電連接，可編程控制器(20)的下 行方向分別和刀架控制器(22)與電磁換向閥(21)電連接，刀架控制器(22)的下行方向和 待測數控轉塔刀架(1)上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接，電磁換向閥(21)的P口與T 口分別和泵站的供油口與回油口管路連接，電磁換向閥(21)的控制油口 A 口與控制油口 B分別和待測數控轉塔刀架(1)上的鎖緊與鬆開油缸管路連接，模擬刀杆(2) 裝卡在待測數控轉塔刀架(1)的刀盤上。
7.按照權利要求6所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，其 特徵在於，所述的可編程控制器(20)的上行方向與上位工控機(19)電連接，可編程控制器 (20)的下行方向分別和刀架控制器(22)與電磁換向閥(21)電連接是指可編程控制器(20)的上行方向通過內置的RS-232C埠與上位工控機(19)的 RS-232C埠串口連接，可編程控制器(20)下行方向中的6個輸入點分別與刀架控制器(22)上1個定位結束信號輸出點連接、4個當前工位反饋信號輸出點連接與1個刀架報警 信號輸出點連接，還有2個輸入點分別和數控轉塔刀架(1)上的鬆開傳感器與鎖緊傳感器 接口連接；可編程控制器(20)下行方向中的7個輸出點分別和刀架控制器(22)上4個工位 信號、2個工作模式信號與1個啟動信號輸入點電連接，還有2個輸出點與電磁換向閥(21) 的鬆開與鎖緊電源接口連接。
8.按照權利要求1或6所述的具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系 統，其特徵在於，所述的電液伺服加載控制部分(III)包括上位工控機(19)、1號A/D卡(23)U號信號放大器(24)、伺服放大器(25)、D/A卡(26)、2號信號放大器(27)、2號A/D 卡(28)、壓力傳感器(4)、位移傳感器(8)和電液伺服閥(17)；電液伺服閥(17)的供油口 P和回油口 T分別與泵站的供油口和回油口管路連接，電液 伺服閥(17)的控制油口 A和控制油口 B分別與油缸(16)的上、下油腔管路連接，電液伺服 閥(17)上的4芯電氣插座通過屏蔽線與伺服放大器(25)連接，經過D/A卡(26)與上位工 控機(19)電連接，位移傳感器(8)通過屏蔽線與1號信號放大器(24)連接，經過1號A/D 卡(23)與上位工控機(19)電連接，壓力傳感器(4)通過屏蔽線與2號信號放大器(27)連 接，經過2號A/D卡(28)與上位工控機(19)電連接。
全文摘要
本發明公開了一種具有電液伺服加載裝置的數控轉塔刀架可靠性試驗系統，旨在克服現有設備不能模擬真實切削力對數控轉塔刀架進行加載試驗的問題。其由泵站、液壓加載機構(I)、數控轉塔刀架控制部分(II)與電液伺服加載控制部分(III)組成。液壓加載機構(I)包括加力杆(3)與油缸(16)；數控轉塔刀架控制部分(II)包括可編程控制器(20)；電液伺服加載控制部分(III)包括壓力傳感器(4)、位移傳感器(8)與電液伺服閥(17)。液壓加載機構(I)與數控轉塔刀架控制部分(II)安裝在工作檯(18)上。電液伺服加載控制部分(III)安裝在油缸(16)的外壁上，電液伺服加載控制部分(III)和油缸(16)與泵站管路連接。
文檔編號G05B19/04GK101963548SQ201010288469
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者盧建偉, 張富, 楊兆軍, 陳菲 申請人:吉林大學