一種數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性的試驗(yàn)裝置，該裝置包含基礎(chǔ)機(jī)械部分和測(cè)控部分，屬于精密制造技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)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(guó)家工業(yè)的綜合實(shí)力，在國(guó)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(guó)數(shù)控磨床與國(guó)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(dòng)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(duì)零件加工的精度和加工的效率有著重要的影響。
[0004]無(wú)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(dòng)下通過(guò)絲杠副帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)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(guò)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(guò)高、工作臺(tái)振動(dòng)過(guò)大、零部件損壞等問(wèn)題，一旦出現(xiàn)這些問(wèn)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(zhǎng)，因此要想獲得更多的數(shù)據(jù)就必須進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。
[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(yàn)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(píng)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(jì)時(shí)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的試驗(yàn)主要是空載試驗(yàn)，而很少進(jìn)行可靠性加載試驗(yàn)，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(jì)人員無(wú)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]本發(fā)明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(yàn)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(shí)可編程控制器和觸摸屏保存運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)、測(cè)控部分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各參數(shù)，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算、評(píng)價(jià)數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置包括基礎(chǔ)機(jī)械部分、測(cè)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(cè)控部分包括載荷加載部分、參數(shù)測(cè)量部分和電氣控制部分，運(yùn)動(dòng)加載部分包括液壓缸、液力耦合器、伺服電機(jī)等，參數(shù)測(cè)量部分包括測(cè)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，本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的:
[0012]絲杠⑷由軸承a(6)和軸承b(16)支撐，絲杠⑷通過(guò)聯(lián)軸器(3)與伺服電機(jī)a(l)相連，伺服電機(jī)a(l)通過(guò)支撐板a(2)固定在底座b(38)上；絲杠螺母(14)通過(guò)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(tái)(10)通過(guò)絲杠螺母(14)與絲杠(4)相連，工作臺(tái)(10)兩側(cè)對(duì)稱安裝兩相互平行的導(dǎo)軌a(8)、導(dǎo)軌b(35)，工作臺(tái)(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(dòng)下實(shí)現(xiàn)沿絲杠(4)方向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；液壓缸a(9)通過(guò)四個(gè)螺栓(11)固定在工作臺(tái)(10)上，由液壓缸伸出缸a(12)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)(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(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)量絲杠⑷的輸入轉(zhuǎn)角；長(zhǎng)光柵尺(33)安裝在光柵尺安裝板(32)上并由兩相互對(duì)稱的光柵尺支柱(36)支撐，光柵尺讀數(shù)頭(30)安裝在長(zhǎng)光柵尺(33)上并讀取長(zhǎng)光柵尺(33)上的數(shù)據(jù)，即絲杠(4)的輸出位移；通過(guò)高精度角度編碼器(59)將測(cè)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(jì)和評(píng)價(jià)進(jìn)給系統(tǒng)的軸向定位精度。測(cè)力傳感器
(40)通過(guò)測(cè)量安裝在絲杠螺母副表面的測(cè)力桿(39)上的力，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成絲杠(4)傳遞到工作臺(tái)(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(gè)傳感器的測(cè)量信號(hào)分別通過(guò)可編程控制器(57)傳輸至觸摸屏(48)并予以保存、檢測(cè)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(guò)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(cè)工作臺(tái)(10)的工況振動(dòng)。
[0014]整個(gè)試驗(yàn)裝置由可編程控制器(57)控制。可編程控制器(57)向伺服驅(qū)動(dòng)器b(58)發(fā)送信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器b (58)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)a(l)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)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(hào)，液壓缸a(9)帶動(dòng)液壓缸伸出缸a(12)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工作臺(tái)(10)施加不同的進(jìn)給力?？删幊炭刂破?57)向液壓缸b(20)發(fā)送信號(hào)，液壓缸b (20)帶動(dòng)液壓缸伸出缸b (19)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工作臺(tái)(10)施加不同的磨削力?？删幊炭刂破?57)向伺服驅(qū)動(dòng)器a(50)發(fā)送信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器a(50)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)b(28)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)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(guò)程中，可編程控制器(57)實(shí)時(shí)接收各傳感器和光柵的測(cè)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(dòng)器a(l)和伺服驅(qū)動(dòng)器b(28)停止，同時(shí)控制紅色指示燈(47)閃爍?？删幊炭刂破?57)向觸摸屏(48)發(fā)送信號(hào)，觸摸屏(48)保存并顯示故障信號(hào)。在故障排除后，可以按復(fù)位按鈕(55)，工作臺(tái)(10)回參考點(diǎn)，然后再按啟動(dòng)按鈕(53)啟動(dòng)運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)觸摸屏(48)上的故障信息，用以計(jì)算、評(píng)估數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平。
[0016]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明所述的試驗(yàn)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(jì)算和評(píng)價(jià)數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性水平。
[0018]2、本發(fā)明所述的試驗(yàn)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(yàn)，只需要簡(jiǎn)單地更換伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)即可，而且在按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)自動(dòng)按照預(yù)定的速度、加載強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)行，中間無(wú)需人為操作，在出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)記錄故障數(shù)據(jù)。
[0019]本發(fā)明適用于數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)，在數(shù)控磨床的可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，用來(lái)評(píng)價(jià)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(shuō)明】
[0020]圖1是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)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(yàn)裝置的絲杠螺母副摩擦力矩測(cè)量原理圖；
[0022]圖3是數(shù)控磨床進(jìn)給系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)裝置的伺服電機(jī)b轉(zhuǎn)速圖；