[发明专利]一种单自由度数控机床加载装置及加载试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单自由度数控机床加载装置及加载试验方法，属于机床性能实验技术领域，用于在数控机床可靠性试验中沿X、Y、Z轴单向作用力和Z轴扭矩的加载试验。

背景技术

数控机床是现代机械制造业的关键设备，当前中国数控机床消费量依据世界首位，但是国内市场上的高档数控机床还主要依赖于进口。影响国产高档数控机床竞争力的主要原因之一是产品质量，而国产机床最主要的质量问题之一是产品的可靠性。

在数控机床可靠性测试中，目前最常用的加载方式是单自由度加载，包括沿X、Y轴方向水平加载，沿Z轴方向竖直加载以及扭矩加载等方面。在单自由度加载过程中，需要加载装置依照载荷谱对机床主轴施加连续变载荷，同时，为了更真实的模拟机床主轴在实际应用中的单自由度受力形式，加载装置需要对机床主轴实现随动加载，即在机床主轴运动过程中，加载装置可以在跟随主轴运动的同时向其施加载荷。综上，目前需要一种具备往复连续运动，快速响应和随动加载的加载装置以满足数控机床可靠性测试的加载要求。由于直线电机具有速度快、响应快和动态特性好等优点，故选用直线电机作为加载装置中单自由度力加载的主要驱动部件。同时，由于力矩电机具有大扭矩、响应快和过载能力强等特点，故选用力矩电机作为加载装置中力矩加载的主要驱动部件。

本发明提出一种单自由度数控机床加载装置，采用直线电机和力矩电机进行驱动，对机床主轴进行单自由度力和力矩的随动加载，即在跟随机床主轴运动的同时，为其施加制定载荷，可以更加真实的模拟机床主轴在运行中收到的单自由度载荷，为准确评估数控机床可靠性提供行的加载手段。将直线电机和力矩电机应用于单自由度数控机床随动加载试验现在仍未有先例。

发明内容

1、目的；本发明的目的是提供一种单自由度数控机床加载装置及加载试验方法，该装置无须进行真实材料切削，可按照给定载荷谱对机床进行单自由度加载，包括沿X、Y、Z轴单向作用力以及沿Z轴扭矩，以测试数控机床在模拟单自由度工作载荷状况下连续工作的可靠性；该装置为数控机床可靠性评估提供了新的绿色高效试验手段，弥补现在机床可靠性测试中加载试验手段的不足。

2、技术方案：

（一）本发明一种单自由度数控机床加载装置，该装置由随动加载机构和控制系统两大部分组成，其间关系是：随动加载机构的机械部分通过与数控机床主轴的机械接口给机床主轴施加载荷，控制系统用于实现对随动加载机构机械部分的运动控制和力伺服控制。

所述随动加载机构包括X/Y轴水平加载模块、Z轴竖直加载模块以及扭矩加载模块三部分。三种加载模块可分别独立使用，可根据加载试验的种类，选用相应的加载模块进行试验。

（1）所述X/Y轴水平加载模块包括：主轴加载芯轴、主轴装卡组件、安装支架、直线电机组件、拉压力传感器。其位置及连接关系是：直线电机组件中的永磁同步直线电机固定在机床工作台上，直线电机运动平台上连接安装支架；主轴装卡组件通过直线电机组件中的直线导轨与安装支架连接，可以沿导轨方向相对运动；同时，主轴装卡组件与安装支架之间通过拉压力传感器进行连接；数控机床主轴通过主轴加载芯轴与主轴装卡组件进行刚性连接。图1为X/Y轴水平加载模块结构示意图

该主轴加载芯轴，是回转体多台阶轴结构，数量为1件，用于实现机床主轴和X/Y轴水平加载模块的刚性连接。主轴加载芯轴一端为圆柱面用于同X/Y轴水平加载模块中主轴装卡组件的连接，使其固定于该加载模块中。另一端为莫氏锥度的锥面，与机床主轴中刀柄装卡装置配合连接，实现主轴加载芯轴和机床主轴的有效连接。该加载模块配有不同锥度、不同连接方式的主轴加载芯轴，以用于不同机床的加载实验。图2为主轴加载芯轴的结构示意图。