[发明专利]一种五轴联动机床加载试验装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种五轴联动机床加载试验装置，属于机床可靠性实验技术领域。

(二)背景技术

数控机床是当代机械制造业的主流设备，中国机床市场上高档机床还主要依赖进口，影响国产机床竞争力的主要原因是产品质量，而国产机床最主要的质量问题之一是产品的可靠性。大多数国产数控机床在功能和性能等方面一般都能满足用户的要求，且在价格、售后服务方面还有一定优势，但在产品可靠性方面，却差距很大。用户在选购数控装备时，不仅关注产品是否具备所需的性能或功能，但更为关注的是性能或功能的维持性，极为关注产品在全寿命周期中的表现，强调产品在使用和运行中的质量，即数控机床的可靠性。

传统机床的产量大，其可靠性一般通过工厂使用一段时间后将记载下的大量数据反馈回来后，通过采用常用的可靠性数据分析方法而得出。但对于现在日趋广泛应用的小批量多品种五轴数控联动机床的可靠性则无法得出。主要原因在于其生产量小。可靠性数据的分析方法几乎均建立在大量数据分析基础之上，所以对其可靠性无法求得。这为顾客在选购机床及后续考量生产成本时均带来很大的风险。无论是传统机床和五轴联动数控机床一旦在顾客购买前确定其可靠性，不但使企业降低生产成本，也会提早发现机床在使用过程中出现的问题，加以改进从而促进机床的发展。数控机床的可靠性试验之一为加载试验。目前国内并没有此方面的技术能力。加载试验是在模拟工作状态下，对机床施加至少超过正常使用的载荷，以此来考察机床的可靠性。

针对上述无法通过大量的反馈数据对机床进行可靠性分析的情况下，可以借用并联机构对机床进行可靠性试验之一的机床加载试验。当前，并联机构在数控机床、装配机器人、飞船对接、微型机器人等领域中得到一定程度的应用。并联机构的研究已越来越深入。并联机构具有刚度大，结构稳定紧凑，承载能力强，动态响应好，精度高等优点。并联机床的应用证明该机构的优点得到认可和发挥。并联机构用于机床的加载试验，与并联机床中使用的并联机构类似，区别在于将并联机构的活动平台与机床主轴相连，活动平台在机床主轴主动运动的驱动下做从动运动。并联机构各支链为加载单元，通过对各支链的加载实现对机床施加不同的载荷，从而考察机床主轴的可靠性。并联机构已成功用于各种多自由度实验台和多轴机床，可以实现精确的运动，承受多向力载荷，说明并联机构应用于加载试验是可行的，但将其应用于机床的加载试验仍未有先例。

(三)发明内容

1、目的：本发明提供一种五轴联动机床加载试验装置，以弥补现在机床加载试验手段的不足。该装置可以真实的模拟机床在工作状态下的受力状况，因而可以测试在模拟工作载荷状况下连续工作的可靠性。装置的工作原理是：机床主轴的主动运动带动并联机构的活动平台做从动运动，活动平台与静平台经6根连杆相连，连杆产生的伸缩或移动使得活动平台运动，并向机床主轴施加载荷。

2、技术方案：本发明一种五轴联动机床加载试验装置，该装置由并联加载机构和控制系统两大部分组成，它们之间的位置连接关系是：并联加载机构的静平台固定在机床工作台上，并联加载机构的动平台与机床主轴固连，其连杆通过球铰连接动、静平台，并使动平台相对于静平台产生加载运动，向机床主轴加载；控制系统操控并联加载机构。

所述并联加载机构由球铰、活动平台、连杆、静平台组成，它们之间的位置连接关系是：静平台通过球铰与连杆的一端连接，连杆的另一端再通过球铰与动平台连接。

其中，该连杆的数量是6套，该球铰的数量是12件；

该并联加载机构采用商品U型直线电机驱动，直线电机静子与静平台一侧的球铰连接，直线电机动子与动平台一侧的球铰连接；并在静子基座上安装商品滚动导轨，在动子上安装滑块，以保证静、动子的相对运动精度。

该并联加载机构的整体结构分为两种形式：

1)6-PSS结构：见图1，它是由6个移动副-球铰-球铰组成，它们之间的位置连接关系是：各固定长度的连杆一端与活动平台通过六个球铰连接，另一端通过球铰各连接在一个滑座上，六个滑座通过移动副在三根相互平行的导轨上滑动，导轨与矩形板材的静平台固定连接。滑座的移动是由加载执行器带动实现加载，最终通过各支链和活动平台对机床主轴施加载荷。这种结构在导轨方向有较大的工作空间，适于对双摆头龙门式机床、或其它单向行程较大的机床进行加载实验。