[发明专利]一种基于平面二直线力机构的机床加载装置及加载试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于平面二直线力机构的机床加载装置及加载试验方法，尤其是涉及一种能够应用于数控机床主轴加载的基于平面二直线力机构的多轴加载装置及加载试验方法。属于模拟加载设备技术领域。

背景技术

数控机床是装备制造业的重要设备，目前中国已成为世界第一大机床消费国，然而国外进口产品却主导了国内的中高端机床市场。造成这种现象的重要因素之一就是国产机床的可靠性和国外的产品存在较大的差距。目前，我国国产高档数控机床的可靠性不高，除关键零部件、制造工艺等基础环节外，影响数控机床可靠性的另一关键因素，就是缺乏必要的整机试验手段。

加载实验是进行机床整机测试的一个重要组成部分。即在模拟机床工作状态下，对机床主轴施加至少超过正常使用的载荷，以此来考察机床的可靠性。当前的技术条件下只能进行单轴加载，对多轴机床进行多向加载尚未实现，对于多轴机床在多轴联动时加载更是难上加难，在国内外均未见报到。机床在工作时总是承受多向力，单轴加载实际上无法复现机床的实际载荷状态，使得可靠性试验的效果大打折扣。国内外一些机床制造厂在生产实践中只好采用对样机进行“经时试验”来考查其可靠性，即机床在出厂前进行长时间（几周甚至几个月）的连续切削试验，这种方法时间和材料的消耗很大，试验成本很高。

目前国内外对于模拟机床实际载荷针对机床实现多轴随动加载的设备还很少。尽管现有的单轴加载理论和方法，可实现对机床主轴加载。然而由于机床在切削过程中通常要承受多向力和扭矩，简单进行单轴恒速恒力随动加载，其加载试验数据的真实性和可信度都不高。

为了克服以上缺点，本发明采用基于平面二直线力机构的加载装置来模拟机床主轴在变速和变加速的情况下承受的共面力或共面力加扭矩载荷，极大的提高试验数据的可信度，为机床加载测试提供了可靠的加载装置。本发明具有结构紧凑，模块化设计，制造安装简便等优点，适用于针对机床主轴的共面力或共面力加扭矩随动加载。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种基于平面二直线力机构的机床加载装置及加载试验方法，用于对小型立式数控机床进行共面二维力或共面二维力加Z向扭矩的加载实验。可实现在对数控机床主轴施加指定的变化载荷的同时跟随机床的主轴进行平面运动。该装置结构简单，安装及调试方便，整体机构质量较小，且能保证较高的加载精度。该装置及加载实验方法为进行数控机床加载试验时施加多维载荷提供了一种高精度且高效的解决方案。

2、技术方案：

（1）本发明一种基于平面二直线力机构的机床加载装置，它是由机械加载平台及加载控制系统组成；该机械加载平台一端通过直线电机组件中的直线电机导轨基座固定在数控机床的工作台上，另一端通过与数控机床主轴相连的机械接口对数控机床主轴加载；该加载控制系统操控机械加载平台。

所述机械加载平台包括：直线电机组件、驱动单元连接组件，加载支链和专用加载单元。其位置连接关系为：直线电机组件中的直线电机导轨基座通过螺栓固定在机床工作台上，直线电机组件的直线电机滑块通过螺栓与驱动单元连接组件相连接，驱动单元连接组件的驱动单元连接轴通过螺栓与加载支链下端相连接，加载支链上端通过专用加载单元与机床主轴相连接，加载控制系统通过信号线和电源线连接各传感器和各电机组件。

该直线电机组件包括永磁同步直线电机动子和静子、直线导轨、直线电机导轨基座和直线电机滑块，其位置连接关系为：永磁同步直线电机静子通过螺栓固定在直线电机导轨基座上，永磁同步直线电机静子与直线导轨通过螺栓固连，且两者方向平行，永磁同步直线电机动子通过直线电机滑块在永磁同步直线电机静子中滑移，直线电机组件为加载机构力控制提供动力。该永磁同步直线电机动子为片状钢板，上面覆盖导磁材料；该永磁同步直线电机静子中间开有凹槽，凹槽两内表面分别沿动子运动方向均布永磁体。该直线导轨是长条状型板状结构；该直线电机导轨基座是板状结构；该直线电机滑块是方块形结构。