一種數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用來評價數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性的試驗裝置，該裝置包含基礎(chǔ)機(jī)械部分和測控部分，屬于精密制造技術(shù)和工業(yè)自動化控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控磨床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，其發(fā)展水平和生產(chǎn)能力，直接反映了國家工業(yè)的綜合實力，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。磨床的性能決定著裝備制造業(yè)的水平，我國數(shù)控磨床與國際先進(jìn)數(shù)控磨床存在著較大差距，主要體現(xiàn)在可靠性方面，特別是精度保持和使用可靠性方面。進(jìn)給系統(tǒng)是影響數(shù)控磨床可靠性的關(guān)鍵部件之一。
[0003]數(shù)控磨床在機(jī)械加工制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，利用數(shù)控程序控制伺服電機(jī)驅(qū)動砂輪磨削軸類、平面、曲面等。數(shù)控磨床通常為精密零件加工的最后一道工序，所以數(shù)控磨床性能的好壞和可靠性的高低對零件加工的精度和加工的效率有著重要的影響。
[0004]無論是軸類數(shù)控磨床，還是平面數(shù)控磨床和曲面數(shù)控磨床均包含有進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)的主要作用是在伺服電機(jī)的帶動下通過絲杠副帶動工作臺實現(xiàn)X軸方向和Z軸方向的直線進(jìn)給，所以進(jìn)給系統(tǒng)可靠性的高低將直接影響數(shù)控磨床的加工精度。
[0005]在數(shù)控磨床運(yùn)行過程中進(jìn)給系統(tǒng)存在絲杠定位精度不足、絲杠副摩擦力矩不足、絲杠溫升過高、工作臺振動過大、零部件損壞等問題，一旦出現(xiàn)這些問題，加工出的零件很可能是廢品，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。
[0006]為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性，通常需要采集該系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，再根據(jù)故障數(shù)據(jù)提出改進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性的措施。在常規(guī)工作載荷下，進(jìn)給系統(tǒng)故障較少，獲得可靠性數(shù)據(jù)的周期較長，因此要想獲得更多的數(shù)據(jù)就必須進(jìn)行可靠性試驗。
[0007]進(jìn)給系統(tǒng)中的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速不同、磨削力不同、進(jìn)給力不同，所以試驗裝置必須能夠模擬不同的工況，暴露數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行中的故障，為評估數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性提供數(shù)據(jù)。
[0008]目前數(shù)控磨床在設(shè)計時對進(jìn)給系統(tǒng)的試驗主要是空載試驗，而很少進(jìn)行可靠性加載試驗，導(dǎo)致數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很少，設(shè)計人員無法把握數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的是提供一種數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性試驗裝置，該裝置可以模擬數(shù)控磨床不同的工況，進(jìn)給系統(tǒng)以不同的轉(zhuǎn)速、磨削力、磨削力矩和進(jìn)給力運(yùn)行，同時可編程控制器和觸摸屏保存運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)、測控部分實時監(jiān)測各參數(shù)，通過采集的數(shù)據(jù)來計算、評價數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置，該試驗裝置包括基礎(chǔ)機(jī)械部分、測控部分；其中，基礎(chǔ)機(jī)械部分包括伺服電機(jī)、絲杠螺母副等；測控部分包括載荷加載部分、參數(shù)測量部分和電氣控制部分，運(yùn)動加載部分包括液壓缸、液力耦合器、伺服電機(jī)等，參數(shù)測量部分包括測力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、高精度角度編碼器等，電氣控制部分包括可編程控制器、交流接觸器、觸摸屏等。
[0011]具體而言，本實用新型是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的:
[0012]絲杠⑷由軸承a(6)和軸承b(16)支撐，絲杠⑷通過聯(lián)軸器(3)與伺服電機(jī)a(l)相連，伺服電機(jī)a(l)通過支撐板a(2)固定在底座b(38)上；絲杠螺母(14)通過螺紋配合安裝在絲杠(4)上且絲杠螺母(14)與絲杠(4)共同組成絲杠螺母副；工作臺(10)通過絲杠螺母(14)與絲杠(4)相連，工作臺(10)兩側(cè)對稱安裝兩相互平行的導(dǎo)軌a(8)、導(dǎo)軌b(35)，工作臺(10)受導(dǎo)軌a(8)和導(dǎo)軌b(35)約束，并在絲杠螺母副的帶動下實現(xiàn)沿絲杠(4)方向的直線往復(fù)運(yùn)動；液壓缸a(9)通過四個螺栓(11)固定在工作臺(10)上，由液壓缸伸出缸a(12)實現(xiàn)對工作臺(10)的加載，液壓缸a(9)為徑向力加載液壓缸；液壓缸b(20)由四個液壓缸支柱(21)固定，保證液壓缸伸出缸b (19)在與絲杠(4)同軸的水平面內(nèi)，由液壓缸伸出缸b (20)實現(xiàn)對絲杠(4)的加載，液壓缸b(20)為軸向力加載液壓缸；軸向力矩加載由伺服電機(jī)b(28)通過錐齒輪d (25)、錐齒輪c (24)與液力耦合器(23)相連，液力耦合器(23)通過錐齒輪b (22)、錐齒輪a (18)與絲杠(4)相連，伺服電機(jī)b(28)通過支撐板b(26)固定在底板a (27)上。
[0013]圓光柵(7)安裝在軸承a(6)的軸承座上，圓光柵(7)用以測量絲杠⑷的輸入轉(zhuǎn)角；長光柵尺(33)安裝在光柵尺安裝板(32)上并由兩相互對稱的光柵尺支柱(36)支撐，光柵尺讀數(shù)頭(30)安裝在長光柵尺(33)上并讀取長光柵尺(33)上的數(shù)據(jù)，即絲杠(4)的輸出位移；通過高精度角度編碼器(59)將測量的輸入轉(zhuǎn)角和輸出位移傳輸給可編程控制器(57)，并保存在觸摸屏(48)，以便估計和評價進(jìn)給系統(tǒng)的軸向定位精度。測力傳感器
(40)通過測量安裝在絲杠螺母副表面的測力桿(39)上的力，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成絲杠(4)傳遞到工作臺(10)的摩擦力矩。溫度傳感器a(5)、溫度傳感器c(17)和溫度傳感器b(13)分別安裝在軸承a ￠)、軸承b (16)的底座和絲杠螺母(14)上，三個傳感器的測量信號分別通過可編程控制器(57)傳輸至觸摸屏(48)并予以保存、檢測系統(tǒng)的溫升情況。加速度傳感器a(15)、加速度傳感器b(31)分別安裝在絲杠螺母(14)的軸向、徑向，兩傳感器分別通過可編程控制器(57)將數(shù)據(jù)傳輸至觸摸屏(48)并予以保存、檢測工作臺(10)的工況振動。
[0014]整個試驗裝置由可編程控制器(57)控制?？删幊炭刂破?57)向伺服驅(qū)動器b(58)發(fā)送信號，伺服驅(qū)動器b (58)驅(qū)動伺服電機(jī)a(l)轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠(4)以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。可編程控制器(57)向液壓缸a(9)發(fā)送信號，液壓缸a(9)帶動液壓缸伸出缸a(12)運(yùn)動，從而對工作臺(10)施加不同的進(jìn)給力。可編程控制器(57)向液壓缸b(20)發(fā)送信號，液壓缸b (20)帶動液壓缸伸出缸b (19)運(yùn)動，從而對工作臺(10)施加不同的磨削力?？删幊炭刂破?57)向伺服驅(qū)動器a(50)發(fā)送信號，伺服驅(qū)動器a(50)驅(qū)動伺服電機(jī)b(28)轉(zhuǎn)動，帶動液力耦合器(23)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而給絲杠施加不同的磨削力矩。
[0015]在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可編程控制器(57)實時接收各傳感器和光柵的測量數(shù)據(jù)，并與允許值進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出允許值，或者基礎(chǔ)機(jī)械部分出現(xiàn)故障，可編程控制器(57)立即控制伺服驅(qū)動器a(l)和伺服驅(qū)動器b(28)停止，同時控制紅色指示燈(47)閃爍。可編程控制器(57)向觸摸屏(48)發(fā)送信號，觸摸屏(48)保存并顯示故障信號。在故障排除后，可以按復(fù)位按鈕(55)，工作臺(10)回參考點，然后再按啟動按鈕(53)啟動運(yùn)行。試驗結(jié)束后，統(tǒng)計觸摸屏(48)上的故障信息，用以計算、評估數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平。
[0016]本實用新型具有的有益效果是:
[0017]1、本實用新型所述的試驗裝置可以模擬數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的工作條件，記錄數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，從而計算和評價數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平。
[0018]2、本實用新型所述的試驗裝置可以根據(jù)不同數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行試驗，只需要簡單地更換伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)即可，而且在按下啟動按鈕后，系統(tǒng)自動按照預(yù)定的速度、加載強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)行，中間無需人為操作，在出現(xiàn)故障時自動記錄故障數(shù)據(jù)。
[0019]本實用新型適用于數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性試驗，在數(shù)控磨床的可靠性設(shè)計時，用來評價進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平，具有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理圖；
[0021]圖2是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的絲杠螺母副摩擦力矩測量原理圖；
[0022]圖3是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的電氣控制原理圖；
[0023]圖4是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的伺服電機(jī)a轉(zhuǎn)速圖；
[0024]圖5是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的徑向力加載液壓圖；
[0025]圖6是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的軸向力加載液壓圖
[0026]圖7是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗裝置的伺服電機(jī)b轉(zhuǎn)速圖；
[0027]圖中:1.伺服電機(jī)a，2.支撐板a，3.聯(lián)軸器，4.絲杠，5.溫度傳感器a，6.軸承a，7.圓光柵，8.導(dǎo)軌a，9.液壓缸a，10.工作臺，11.螺栓，12.液壓缸伸出缸a，13.溫度傳感器b，14.絲杠螺母，15.加速度傳感器a，16.軸承b，17.溫度傳感器c，18.錐齒輪a，19.液壓缸伸出缸b，20.液壓缸b，21.液壓缸支柱，22.錐齒輪b，23.液力耦合器，24.錐齒輪C，25.錐齒輪d，26.支撐板b，27.底座a，28.伺服電機(jī)b，29.限位行程開關(guān)a，30.光柵尺讀數(shù)頭，31.加速度傳感器b，32.光柵尺安裝板，33.長光柵尺，34.原點行程開關(guān)，35.導(dǎo)軌b，36.光柵尺支柱，37.限位行程開關(guān)b，38.底座b，39.測力桿，40.測力傳感器，41.交流接觸器觸點a，42.電液伺服閥a，43.電液伺服閥b，44.交流接觸器a，45.交流接觸器b，46.綠色指示燈，47.紅