CN114199598B - 高频切削力动态模拟加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频切削力动态模拟加载装置，所述高频切削力动态模拟加载装置包括主轴连接刀柄、五条支链、安装板和电控柜，主轴连接刀柄与数控机床的主轴连接，主轴连接刀柄的下端设有连接法兰，安装板与数控机床的工作台连接，五条支链沿连接法兰的周向间隔布置并连接在连接法兰和安装板之间，支链包括沿远离连接法兰的方向依次连接的上连接件、压电陶瓷、电动缸和下连接件，电控柜与电动缸和压电陶瓷均连接，电控柜可控制电动缸朝向主轴连接刀柄压迫连接法兰，压电陶瓷可接受并转换电控柜的电信号为高频力信号以模拟高频切削力。本发明的高频切削力动态模拟加载装置可以对数控机床的主轴实现高频变力加载，代替真实的切削试验。

Description

高频切削力动态模拟加载装置

技术领域

本发明涉及数控机床可靠性测试技术领域，尤其是涉及一种高频切削力动态模拟加载装置。

背景技术

数控机床是复杂的机电液***，可靠性是其重要的性能之一，受到学术界与用户企业的广泛关注。早期故障试验是可以很好地磨合机床，暴露机床的薄弱点，提升机床的可靠性。但是通过切削进行早期故障试验，浪费切削材料，试验成本高。切削力模拟加载装置是一种良好的切削试验替代品，其可以对机床施加一定的力，模拟机床在真实加工中的受力状况。但是，相关技术中的切削力加载装置模拟切削力效果差，难以代替真实的切削试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷及不足，提供一种高频切削力动态模拟加载装置，所述高频切削力动态模拟加载装置可以对机床主轴实现高频变力加载，实现切削力的模拟，代替真实切削试验，完成机床的故障试验，以期提升数控机床的可靠性。

根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置包括：主轴连接刀柄，所述主轴连接刀柄的上端与数控机床的主轴连接，所述主轴连接刀柄的下端设有连接法兰，且所述连接法兰通过角接触球轴承与所述主轴连接刀柄可转动地连接；五条支链和安装板，所述安装板位于所述连接法兰的下方并与所述数控机床的工作台连接，五条所述支链沿所述连接法兰的周向间隔布置并连接在所述连接法兰和所述安装板之间，所述支链包括沿远离所述连接法兰的方向依次连接的上连接件、压电陶瓷、电动缸和下连接件，且所述上连接件与所述连接法兰连接，所述下连接件与所述安装板连接，所述压电陶瓷与所述电动缸的活塞杆连接。电控柜，所述电控柜与所述电动缸和所述压电陶瓷均连接，且电控柜可控制所述电动缸的活塞杆伸出以朝向所述主轴连接刀柄压迫所述连接法兰，所述压电陶瓷可接受并转换所述电控柜的电信号为高频力信号以模拟高频切削力。

根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置，连接法兰与主轴连接刀柄通过角接触球轴承配合，五条支链沿连接法兰的周向间隔布置，且支链的上端与连接法连接，支链包括电动缸和压电陶瓷，电控柜可以控制电动缸伸缩以输出低频力，以及控制压电陶瓷伸缩输出高频变力，由此，电动缸输出的力可以朝向主轴连接刀柄压迫连接法兰，以保证连接法兰与主轴连接刀柄接触，压电陶瓷伸缩输出的高频变力可以传递至主轴连接刀柄以对主轴加载高频变力，相较于传统模拟装置的单点静力加载，可以更好地实现切削力的模拟，代替真实的切削试验，完成机床的早期故障试验，提升数控机床的可靠性。另外，本申请中的五条支链可以保证模拟切削力的多维度加载，进一步地贴近主轴连接刀柄的实际作业时的受力状态。

在一些实施例中，所述高频切削力动态模拟加载装置还包括定位板，所述定位板与所述数控机床的工作台连接，所述定位板上具有定位部，所述定位部可限制所述安装板的装配位置。

在一些实施例中，所述安装板具有多排沿其厚度方向贯穿所述安装板并在所述连接法兰的周向上间隔排布的连接孔，每排所述连接孔包括多个在所述连接法兰的径向间隔布置的连接孔，所述支链通过所述连接孔与所述安装板连接。

在一些实施例中，所述安装板还具有多个沿其厚度方向贯穿所述安装板并在所述连接法兰的周向上间隔布置的槽型安装孔，所述安装板通过穿过所述槽型安装孔的螺钉与所述数控机床的工作台连接。

在一些实施例中，所述下连接件包括下铰链和拉压力传感器，所述下铰链的下端与所述安装板连接，所述下铰链的上端与所述拉压力传感器连接，所述拉压力传感器的上端通过连接件与所述电动缸连接，所述电控柜与所述拉压力传感器连接以根据所述拉力传感器的信号对所述电动缸的输出力进行调整。

在一些实施例中，所述下铰链为虎克铰。

在一些实施例中，五条所述支链包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链，所述第一支链的所述电动缸和所述第三支链的所述电动缸相同，所述第一支链的所述上连接件和所述第三支链的所述上连接件相同。

在一些实施例中，所述第一支链的所述电动缸和所述第三支链的所述电动缸具有防回转功能，所述第一支链的所述上连接件和所述第三支链的所述上连接件为虎克铰。

在一些实施例中，所述第二支链的所述电动缸、所述第四支链的所述电动缸和所述第五支链的所述电动缸相同，所述第二支链的所述上连接件、所述第四支链的所述上连接件和所述第五支链的所述上连接件相同，且所述第二支链的所述上连接件、所述第四支链的所述上连接件和所述第五支链的所述上连接件为球铰。

在一些实施例中，所述电控柜可将模拟的切削力高频信号分解为低频或常值成分以及高频成分，所述低频或常值成分的切削力信号可用于控制所述电动缸压迫所述连接法兰并跟随所述主轴运动，所述高频成分的切削力信号可用于控制所述压电陶瓷按照信号频率及振幅伸缩。

附图说明

图1是根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置的局部结构示意图。

图2是根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置的支链的***图。

图4是根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置的控制流程示意图。

附图标记：

主轴连接刀柄1，第三支链2，下铰链201，拉压力传感器202，连接件203，电动缸204，压电陶瓷205，上连接件206，第四支链3，第二支链4，第五支链5，第一支链6，定位板7，安装板8，电控柜9，工作台10，主轴11，连接法兰12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图3所述，根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置包括主轴连接刀柄1、五条支链、安装板8和电控柜9。需要说明的是，本申请的高频切削力动态模拟加载装置可以代替真实的切削试验，且相较于传动设备的定点静力加载，动态模拟加载的力更加贴近主轴连接刀柄在实际切削作业时的受力状态。

如图1和图2所示，主轴连接刀柄1的上端与数控机床的主轴11连接，主轴连接刀柄1的下端设有连接法兰12，且连接法兰12通过角接触球轴承与主轴连接刀柄1可转动地连接。可以理解的是，角接触球轴承作为连接件可以使连接法兰12相对主轴11能够多角度摆动，避免出现接触卡死的问题。

进一步地，如图1-图3所示，安装板8位于连接法兰12的下方并与数控机床的工作台10连接，五条支链沿连接法兰12的周向间隔布置并连接在连接法兰12和安装板8之间，支链包括沿远离连接法兰12的方向依次连接的上连接件206、压电陶瓷205、电动缸204和下连接件203，且上连接件206与连接法兰12连接，下连接件203与安装板8连接，压电陶瓷205与电动缸204的活塞杆连接。

换言之，安装板8和连接法兰12之间连接多条支链，电动缸204和压电陶瓷205的运动可以向连接法兰12传动，连接法兰12受力与主轴连接刀柄1接触，则电动缸204和压电陶瓷205伸缩产生的力可传递至主轴连接刀柄1实现模拟切削力的加载。

具体地，电控柜9与电动缸204和压电陶瓷205均连接，且电控柜9可控制电动缸204的活塞杆伸出以朝向主轴连接刀柄1压迫连接法兰12，压电陶瓷205可接受并转换电控柜9的电信号为高频力信号以模拟高频切削力。

需要说明的是，电控柜9可将模拟的切削力高频信号分解为低频或常值成分以及高频成分，低频或常值成分的切削力信号可用于控制电动缸204压迫连接法兰12并跟随主轴11运动，高频成分的切削力信号可用于控制压电陶瓷205按照信号频率及振幅伸缩。

可以理解的是，电动缸204的伸缩运动输出的为低频力，其能够朝向主轴连接刀柄1压迫连接法兰12，以保证连接法兰12与主轴连接刀柄1接触，压电陶瓷205的伸缩输出的为高频变力，从而能够对主轴11实现高频变力加载。

另外，本申请中的支链数量为五个，且五个支链按预设位置在连接法兰12的周向上间隔布置，可以保证模拟切削力的多维度加载，进一步地贴近主轴连接刀柄1的实际作业时的受力状态。

根据本发明实施例的高频切削力动态模拟加载装置，连接法兰与主轴连接刀柄通过角接触球轴承配合，五条支链沿连接法兰的周向间隔布置，且支链的上端与连接法连接，支链包括电动缸和压电陶瓷，电控柜可以控制电动缸伸缩以输出低频力，以及控制压电陶瓷伸缩输出高频变力，由此，电动缸输出的力可以朝向主轴连接刀柄压迫连接法兰，以保证连接法兰与主轴连接刀柄接触，压电陶瓷伸缩输出的高频变力可以传递至主轴连接刀柄以实现对主轴加载高频变力，相较于传统模拟装置的单点静力加载，可以更好地实现切削力的模拟，代替真实的切削试验，完成机床的早期故障试验，提升数控机床的可靠性。另外，本申请中的五条支链可以保证模拟切削力的多维度加载，进一步地贴近主轴连接刀柄的实际作业时的受力状态。

进一步地，如图1所示，高频切削力动态模拟加载装置还包括定位板7，定位板7与工作台10连接，定位板7上具有定位部，定位部可限制安装板8的装配位置。即定位板7可以对安装板8的装配进行定位。

具体地，如图1所示，定位板7为外周具有缺口的圆板，安装板8可配合在缺口处。优选地，定位板7具有三个间隔开的缺口，安装板8为三个并对应装配在三个缺口处，五条支链中的一个与三个安装板8中的一个连接，其余每个安装板8对应连接两个支链。

进一步地，安装板8具有多排沿其厚度方向贯穿安装板8并在连接法兰12的周向上间隔排布的连接孔，每排连接孔包括多个在连接法兰12的径向间隔布置的连接孔，支链通过所述连接孔与安装板8连接。换言之，多个连接孔可供支链可选择地连接，即支链的连接位置可调。

在一些实施例中，如图3所示，下连接件203包括下铰链201和拉压力传感器202，下铰链201的下端与安装板8连接，下铰链201的上端与拉压力传感器202连接，拉压力传感器202的上端通过连接件203与电动缸204连接，电控柜9与拉压力传感器202连接以根据拉力传感器的信号对电动缸204的输出力进行调整。优选地，下铰链201为虎克铰。

进一步地，如图1所示，五条支链包括第一支链6、第二支链4、第三支链2、第四支链3和第五支链5，第一支链6的电动缸204和第三支链2的电动缸204相同，第一支链6的上连接件206和第三支链2的上连接件206相同。

进一步地，第一支链6的电动缸204和第三支链2的电动缸204具有防回转功能，第一支链6的上连接件206和第三支链2的上连接件206为虎克铰。换言之，第一支链6的电动缸204和第三支链2的电动缸204的缸体与伸出端仅通过移动副连接，电动缸204伸出端不能绕其轴线旋转，提高力加载的可靠性。

进一步地，第二支链4的电动缸204、第四支链3的电动缸204和第五支链5的电动缸204相同，第二支链4的上连接件206、第四支链3的上连接件206和第五支链5的上连接件206相同，且第二支链4的上连接件206、第四支链3的上连接件206和第五支链5的上连接件206为球铰。需要说明的是，第二支链4的电动缸204、第四支链3的电动缸204和第五支链5的电动缸204对防回转功能不做限定。

可以理解的是，第一支链6、第三支链2通过虎克铰与连接法兰12连接，而第二支链4、第三支链2和第五支链5通过球铰与连接法兰12连接，球铰和虎克铰的可转动自由度不同，有利于模拟切削力的多维度加载。

进一步地，电控柜具备并联机构正逆解运算的能力，可以根据要实现的模拟切削力低频或常值成分及高频成分，计算得到每个支链输出力的低频或常值成分及高频成分，且电控柜可以根据分解的支链低频或常值成分对电动缸力控制以及根据分解的高频成分对压电陶瓷的伸缩频率及输出压力进行调整，另外电控柜可以根据拉压力传感器信号对输出力进行校正。具体地，电控柜和电动缸、压电陶瓷、拉力传感器之间的控制过程如图4所示。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，包括：

主轴连接刀柄，所述主轴连接刀柄的上端与数控机床的主轴连接，所述主轴连接刀柄的下端设有连接法兰，且所述连接法兰通过角接触球轴承与所述主轴连接刀柄转动地连接；

五条支链和安装板，所述安装板位于所述连接法兰的下方并与所述数控机床的工作台连接，五条所述支链沿所述连接法兰的周向间隔布置并连接在所述连接法兰和所述安装板之间，所述支链包括沿远离所述连接法兰的方向依次连接的上连接件、压电陶瓷、电动缸和下连接件，且所述上连接件与所述连接法兰连接，所述下连接件与所述安装板连接，所述压电陶瓷与所述电动缸的活塞杆连接；

电控柜，所述电控柜与所述电动缸和所述压电陶瓷均连接，且电控柜控制所述电动缸的活塞杆伸出以朝向所述主轴连接刀柄压迫所述连接法兰，所述压电陶瓷接受并转换所述电控柜的电信号为高频力信号以模拟高频切削力；

定位板，所述定位板与所述数控机床的工作台连接，所述定位板上具有定位部，所述定位部限制所述安装板的装配位置；

所述电控柜将模拟的切削力高频信号分解为低频或常值成分以及高频成分，所述低频或常值成分的切削力信号用于控制所述电动缸压迫所述连接法兰并跟随所述主轴运动，所述高频成分的切削力信号用于控制所述压电陶瓷按照信号频率及振幅伸缩。

2.根据权利要求1所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述安装板具有多排沿其厚度方向贯穿所述安装板并在所述连接法兰的周向上间隔排布的连接孔，每排所述连接孔包括多个在所述连接法兰的径向间隔布置的连接孔，所述支链通过所述连接孔与所述安装板连接。

3.根据权利要求2所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述安装板还具有多个沿其厚度方向贯穿所述安装板并在所述连接法兰的周向上间隔布置的槽型安装孔，所述安装板通过穿过所述槽型安装孔的螺钉与所述数控机床的工作台连接。

4.根据权利要求1所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述下连接件包括下铰链和拉压力传感器，所述下铰链的下端与所述安装板连接，所述下铰链的上端与所述拉压力传感器连接，所述拉压力传感器的上端通过连接件与所述电动缸连接，所述电控柜与所述拉压力传感器连接以根据所述拉压力传感器的信号对所述电动缸的输出力进行调整。

5.根据权利要求4所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述下铰链为虎克铰。

6.根据权利要求5所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，五条所述支链包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链，所述第一支链的所述电动缸和所述第三支链的所述电动缸相同，所述第一支链的所述上连接件和所述第三支链的所述上连接件相同。

7.根据权利要求6所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述第一支链的所述电动缸和所述第三支链的所述电动缸具有防回转功能，所述第一支链的所述上连接件和所述第三支链的所述上连接件为虎克铰。

8.根据权利要求7所述的高频切削力动态模拟加载装置，其特征在于，所述第二支链的所述电动缸、所述第四支链的所述电动缸和所述第五支链的所述电动缸相同，所述第二支链的所述上连接件、所述第四支链的所述上连接件和所述第五支链的所述上连接件相同，且所述第二支链的所述上连接件、所述第四支链的所述上连接件和所述第五支链的所述上连接件为球铰。

Images