CN107806989B - 重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统；克服了目前可靠性试验装置无法对重型数控立式车床工作台及其进给机构进行可靠性试验的问题。该试验系统包括配重块惯性加载及加载辅助装置部分、径向加载部分、轴向加载部分、扭矩加载部分和自动控制部分；径向加载部分包括四套均匀分布于工作台周围的径向压电陶瓷加载装置；轴向加载部分包括轴向压电陶瓷促动器、轴向拉压力传感器和轴向拉压力传感器；扭矩加载部分包括液压泵、扭矩传感器、液压伺服阀和光电转速传感器；自动控制部分包括径向控制器、轴向控制器、扭矩控制器和工作台运动控制仪。
Description
技术领域
本发明属于重型切削加工设备可靠性试验技术领域，尤其涉及一种能够模拟惯性载荷、动、静态切削负荷的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统
背景技术
重型数控立式车床主要用于大型、特大型零件的加工，是国防军工、风力发电、核电、交通运输、冶金、工程机械装备等行业必备的机械加工装备。重型数控立式车床具有自重较大、工件重量大、惯性大等特点，使得其故障频繁，其可靠性问题严重，已经成为机床生产企业与用户关注的焦点。由于重型机床尺度巨型等因素，进行整机可靠性试验相对比较困难，因此研究开发重型数控立式车床关键功能部件的可靠性试验系统，通过可靠性试验暴漏、找出影响重型数控立式车床可靠性的因素，进而采取提高其可靠性水平的措施，这具有非常重要的实际意义。
我国数控机床可靠性水平较国外同类产品有一定差距，而重型数控立式车床的研究工作起步更晚，因此目前国内还没有对重型数控立式车床的关键功能部件进行可靠性试验研究，目前仅有的试验台也只是通过空运转或进行用户现场可靠性试验进行，专门针对重型数控立式车床关键功能部件的可靠性试验装置国内几乎空白。本发明根据重型数控立式车床工作台及其进给机构的实际使用工况，提出了一种具有模拟实际切削负载和惯性载荷的重型数控立式车床工作台及其进给机构的可靠性试验系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了目前可靠性试验装置无法对重型数控立式车床工作台及其进给机构进行模拟实际工况加载的可靠性试验问题,提供了一种采用压电陶瓷促动器、液压泵、配重块来模拟实际动、静态切削负载和惯性载荷的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统包括配重块惯性加载及加载辅助装置部分、径向加载部分、轴向加载部分、扭矩加载部分和自动控制部分；
所述径向加载部分由四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置13组成，所述四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置13均布在加载工作台11周围；
所述径向压电陶瓷加载装置13包括径向加载台26、径向万向滚珠27、径向拉压力传感器28、联接杆29、径向压电陶瓷促动器30、径向预紧螺母31、径向锁紧螺母32、径向丝杆33和径向位移传感器34；所述径向万向滚珠27、径向拉压力传感器28、联接杆29、径向压电陶瓷促动器30、径向丝杆33依次螺纹固定连接；所述径向丝杆33穿过径向加载台26的右壁板的通孔；所述径向预紧螺母31安装在径向丝杆33上，并且位于径向加载台26的右壁板的左侧，所述径向锁紧螺母32安装在径向丝杆33上，并且位于径向加载台26的右壁板的右侧；所述径向位移传感器34外壳固定在径向加载台26底板的上表面，径向位移传感器34内轴的轴线与径向压电陶瓷促动器30的轴线平行，径向位移传感器34的内轴从左端伸出，径向位移传感器34内轴左端固定在联接杆29上；
所述轴向加载部分包括轴向压电陶瓷加载装置6；
所述轴向压电陶瓷加载装置6包括轴向加载台37、轴向万向滚珠41、轴向位移传感器45、轴向拉压力传感器40、轴向压电陶瓷促动器35、轴向预紧螺母36、轴向锁紧螺母38和轴向丝杆39；所述轴向万向滚珠41、轴向拉压力传感器40、轴向压电陶瓷促动器35、轴向丝杆39依次螺纹固定连接；所述轴向预紧螺母36安装在轴向丝杆39上，并且位于轴向加载台37的中间水平板的下边，所述轴向锁紧螺母38安装在轴向丝杆39上，并且位于轴向加载台37的中间水平板的上边；所述轴向位移传感器45的外壳安装在轴向加载台37上，轴向位移传感器45的内轴端部与轴向压电陶瓷促动器35的下端通过联接片联接；
所述扭矩加载部分包括联接轴19、1号锁紧螺栓20、扭矩传感器42、支承板43和液压泵21；所述的液压泵21通过1号锁紧螺栓20固定在滑枕9的下表面；所述液压泵21通过1号联轴器46和扭矩传感器42的输出轴连接；所述扭矩传感器42的输入轴通过2号联轴器47与联接轴19连接；所述联接轴19通过平键与模拟工作台18的内孔连接；所述扭矩传感器42固定在支承板43上；所述支承板43固定在滑枕9上；
所述配重块惯性加载辅助装置部分包括配重块12和加载辅助装置；
所述配重块12固定在模拟工作台18上；所述加载辅助装置包括加载工作台11、模拟工作台18、环形导轨副22；所述模拟工作台18固定在工作台2上，所述环形导轨副22的导轨固定在模拟工作台18，所述环形导轨副22的滑块固定在加载工作台11的下表面；所述模拟工作台18的轴线、加载工作台11的轴线与工作台2的轴线共线。
所述自动控制部分包括径向控制器、轴向控制器、扭矩控制器和工作台运动控制仪；所述径向控制器通过RS232C端口与工控机连接；所述轴向控制器通过RS232C端口与工控机连接；所述扭矩控制器通过RS232C端口与工控机连接；所述工作台运动控制仪通过RS232C端口与工控机连接。
所述配重块12下表面中间有长方形凸起，上表面中间有长方形凹槽，凹槽中间开有垂直于上表面的通孔，用于穿过螺栓把一个或多个配重块固定在模拟工作台18上。
所述模拟工作台18为圆盘类零件，中间设有通孔，通孔内开设有键槽，通过平键与联接轴19联接，模拟工作台18的上表面外圈设计有用于安装配重块12的T型槽，T型槽的中心线穿过模拟工作台18的轴心，模拟工作台18的上表面设置有用于安装环形导轨副22导轨的圆环卡槽，在圆环卡槽内均布有用于固定环形导轨副22的导轨的螺纹孔；
所述加载工作台11为圆环形零件，加载工作台11的外圆柱面上沿轴线方向开设有一个U型通槽，用于插入限位器23的端部，使加载工作台11不能转动，只能沿加载工作台11的轴线方向移动。
所述加载辅助装置还包括固定底座16、3号锁紧螺栓14和限位器23；
所述固定底座16由套筒及底板焊接组成，套筒底部与底板联接处焊接有加强筋，底板上设有四个通孔，用于穿过螺栓把固定底座16固定在地平铁17上，固定底座16的套筒上端在径向方向上开有一个通孔用于穿过3号锁紧螺栓14固定限位器23；
所述的限位器23是由竖直轴、长方块和水平杆焊接而成的L型结构件，水平杆的左端插入加载工作台11的外圆柱面上的U型槽中，使加载工作台11不能转动；所述限位器23的竖直轴轴线方向上均匀设置有与竖直轴轴线垂直的通孔；
所述扭矩加载部分还包括液压伺服阀10、光电转速传感器44；
所述液压伺服阀10通过螺栓安装在液压泵21的缸体侧面；
所述光电转速传感器44的底座上有通孔，用于穿过螺栓固定在支承板43的垂直板左侧面上，光电转速传感器44位于扭矩传感器42的输出轴和支承板之间，所述扭矩传感器44的输出轴上安装有用于反射光电转速传感器44的光的反光片。
所述轴向加载部分包括直线导轨1、直线滑块3、2号螺钉4、两个结构完全相同的1号液压缸7、龙门8和滑枕9；
所述直线导轨1通过螺栓固定在地平铁17上，所述的直线滑块3安装在直线导轨1上；所述龙门8与直线滑块3之间通过2号螺钉4联接；所述两个结构完全相同的1号液压缸7底座通过螺栓固定在龙门8的横梁下表面，所述两个结构完全相同的1号液压缸7的活塞杆端部与滑枕9的上表面螺纹固定联接，所述两个结构完全相同的1号液压缸7的活塞杆轴线平行，且垂直于加载工作台11的上表面。
所述径向压电陶瓷加载装置13还包括加载固定底座24、1号伸缩杆25、2号锁紧螺栓15；所述1号伸缩杆25由顶板和两个结构完全相同的小轴焊接而成，两个结构完全相同的小轴焊接在顶板下表面的中线上，顶板开有四个螺纹孔，用于固定径向加载台26，1号伸缩杆25的两个小轴沿轴向均匀开有通孔；
所述加载固定底座24由底板和两个结构完全相同的套筒焊接而成，套筒与底板联接处焊有四个加强筋，加载固定底座24的套筒上端部开有一个通孔；用螺栓同时穿过加载固定底座24套筒上端的通孔及1号伸缩杆25的两个小轴的通孔并固定，所述加载固定底座24的底板开有四个通孔，用于穿过螺栓把加载固定底座24固定在地平铁17上。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统采用液压泵、压电陶瓷促动器和配重块加载部分对重型数控立式车床工作台及其进给机构进行模拟动、静态切削力的加载，对被测的重型数控立式车床工作台及其进给机构进行模拟真实工况的可靠性试验，并进行实时的故障数据采集，为后期的可靠性评估、可靠性建模和可靠性预测提供实用的基础数据，大大缩短了数据采集时间。
2.本发明所述的扭矩加载是通过液压泵、扭矩传感器、光电转速传感器来实现动、静态切削力的模拟加载。并能够根据实际工况来调节加载扭矩的大小、频率以及试验时间，同时可以将试验参数储存，以便后续的查询和分析。
3.本发明所述的轴向和径向切削力通过压电陶瓷促动器和拉压力传感器、位移传感器形成闭环控制来实现动、静态切削力的模拟加载，并能够根据实际工况来调节加载切削力的大小、频率以及试验时间，同时可以将试验参数储存，以便后续的查询和分析。
4.本发明所述的轴向和径向切削力通过压电陶瓷促动器加载方法克服了采用液压缸加载时的缺点：即由于机械惯性的原因，无法采用液压缸对加载对象进行高频加载。
5.本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构的可靠性试验系统适应范围比较广。由于设计了相应的高度调节机构，试验时只需将不同的重型数控立式车床工作台及其进给机构安装在地平铁上就可以对其进行可靠性加载试验与性能参数的检测与监测，体现了本试验系统的灵活性和通用性。
6.本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中的自动控制部分主要通过拉压力传感器、位移传感器对模拟的切削力实时监测，实现实时监控和闭环控制及反馈，来提高模拟切削力的精度，同时将加载的动态切削力参数显示在上位工控机的人机操作界面上。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统的轴测投影图；
图2为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中加载辅助装置部分的模拟工作台轴测投影图；
图3为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中配重块的轴测投影图；
图4为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中加载辅助装置部分及扭矩加载部分的轴测投影图；
图5为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中的加载辅助装置部分的限位器的轴测投影图；
图6为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中的径向压电陶瓷加载装置的轴测投影图；
图7为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中的轴向压电陶瓷加载装置的轴测投影图；
图8为本发明所述的重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统中的自动控制原理框图。
图中：1.直线导轨，2.工作台，3.直线滑块，4.2号螺钉，5.卡盘爪，6.轴向压电陶瓷加载装置，7.1号液压缸，8.龙门，9.滑枕，10.液压伺服阀，11.加载工作台，12.配重块，13.径向压电陶瓷加载装置，14.3号锁紧螺栓，15.2号锁紧螺栓，16.固定底座，17.地平铁，18.模拟工作台，19.联接轴，20.1号锁紧螺栓，21.液压泵，22.环形导轨副，23.限位器，24.加载固定底座，25.1号伸缩杆，26.径向加载台，27.径向万向滚珠，28.径向拉压力传感器，29.联接杆，30.径向压电陶瓷促动器，31.径向预紧螺母，32.径向锁紧螺母，33.径向丝杆，34.径向位移传感器，35.轴向压电陶瓷促动器，36.轴向预紧螺母，37.轴向加载台，38.轴向锁紧螺母，39.轴向丝杆，40.轴向拉压力传感器，41.轴向万向滚珠，42.扭矩传感器，43.支承板，44.光电转速传感器，45.轴向位移传感器，46.1号联轴器，47.2号联轴器.
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围：
参阅图1，一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，包括配重块惯性加载及加载辅助装置部分、径向加载部分、轴向加载部分、扭矩加载部分和自动控制部分。
一、配重块惯性加载及加载辅助装置部分
参阅图1、图2、图3，所述配重块惯性加载辅助装置部分包括配重块12和加载辅助装置。
参阅图1、图3，所述配重块12下表面中间有长方形凸起，上表面中间有长方形凹槽，凹槽中间开有垂直于上表面的通孔。安装时，把配重块12的下表面凸起卡在模拟工作台18的T型槽中，用螺栓穿过配重块12的通孔把配重块12固定在模拟工作台18上。当模拟的零件质量较大，需要多个配重块12时，把其中的一个配重块放在另一个配重块上，并使得上边的配重块下表面的长方形凸起与下边配重块的上表面的凹槽配合，并用螺栓穿过多个配重块的通孔，把多个配重块12一起固定在模拟工作台18上。
参阅图1、图2、图4、图5，所述加载辅助装置部分包括加载工作台11、模拟工作台18、环形导轨副22、卡盘爪5、固定底座16、3号锁紧螺栓14和限位器23；
参阅图2、图4，所述模拟工作台18为圆盘类零件，中间设有通孔，通孔内开设有键槽，通过平键与联接轴19联接，模拟工作台18的上表面外圈开设有T型槽，用于安装配重块12。所述模拟工作台18的T型槽的中心线穿过模拟工作台18的轴心。所述模拟工作台18的上表面设置有用于安装环形导轨副22的导轨的圆环卡槽，在圆环卡槽内均布有六个螺纹孔，用于固定环形导轨副22的导轨。所述固定环形导轨副22的回转轴线与模拟工作台18的轴线共线；所述模拟工作台18的下表面与工作台2的上表面接触联接。安装时，保证模拟工作台18的轴线与工作台2的轴线共线。
参阅图1，所述模拟工作台18通过六个结构完全相同的卡盘爪5固定在工作台2上；所述工作台2通过螺栓固定在地平铁17上；
参阅图1、图4，所述加载工作台11为圆环形零件，所述环形导轨副22的滑块通过螺栓与加载工作台11的下表面固定联接，安装时，使得环形导轨副22的回转轴线与加载工作台11的回转轴线共线；所述加载工作台11的外圆柱面上沿轴线方向开设有一个U型通槽，用于插入限位器23的端部，使加载工作台11不能转动，只能沿加载工作台11的轴线方向移动。安装时，模拟工作台18的轴线、加载工作台11的轴线与工作台2的轴线共线。
参阅图1、图5，所述固定底座16由套筒及底板焊接组成，套筒底部与底板联接处焊接有加强筋，底板上设有四个通孔，用于穿过螺栓把固定底座16固定在地平铁17上。所述固定底座16的套筒上端在径向方向上开有一个通孔用于穿过3号锁紧螺栓14固定限位器23。
参阅图1、图5，所述的限位器23是由竖直轴、长方块和水平杆焊接而成的L型结构件。所述限位器23的水平杆的左端插入加载工作台11的外圆柱面上的U型槽中，使加载工作台11不能转动；所述限位器23的竖直轴轴线方向上均匀设置有与竖直轴轴线垂直的通孔，安装时，把限位器23的竖直轴插入固定底座16的套筒中，调整好高度后，把3号锁紧螺栓14同时穿过固定底座16的通孔及限位器23的竖直轴上的通孔，把限位器23固定在固定底座16上。
二、径向加载部分
参阅图1、图6，所述径向加载部分由四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置13组成，所述四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置13均布在加载工作台11周围。
参阅图6，所述径向压电陶瓷加载装置13包括加载固定底座24、径向加载台26、1号伸缩杆25、径向万向滚珠27、径向拉压力传感器28、联接杆29、径向压电陶瓷促动器30、径向预紧螺母31、径向锁紧螺母32、径向丝杆33、径向位移传感器34和2号锁紧螺栓15；
参阅图6，所述径向加载台26为L型结构件，由底板、右壁板焊接而成，底板上开设有四个通孔，用于穿过螺栓把径向加载台26固定在1号伸缩杆25的顶板上。所述径向加载台26的右壁板中间开有一个通孔，用于穿过径向丝杆33。所述径向预紧螺母31安装在径向丝杆33上，并且位于径向加载台26的右壁板的左侧，所述径向锁紧螺母32安装在径向丝杆33上，并且位于径向加载台26的右壁板的右侧。
参阅图6，所述径向压电陶瓷促动器30的右端与径向丝杆33的左端螺纹固定联接，所述径向压电陶瓷促动器30左端与联接杆29的右端通过螺纹联接，所述联接杆29的左端与径向拉压力传感器28的右端螺纹联接，所述径向拉压力传感器28的左端与径向万向滚珠27的右端螺纹联接，所述径向万向滚珠27的左端的滚珠与加载工作台11的外圆柱面接触；
参阅图6，所述径向位移传感器34外壳固定在径向加载台26底板的上表面，径向位移传感器34内轴的轴线与径向压电陶瓷促动器30的轴线平行，径向位移传感器34的内轴从左端伸出，径向位移传感器34内轴左端固定在联接杆29上，使得径向位移传感器34内轴随联接杆29一起移动，径向位移传感器34内轴右端有传感器件感知径向位移传感器34内轴的移动距离，达到测量径向万向滚珠27位移量的目的。
参阅图6，所述1号伸缩杆25由顶板和两个结构完全相同的小轴焊接而成，两个结构完全相同的小轴焊接在顶板下表面的中线上，顶板开有四个螺纹孔，用于固定径向加载台26，1号伸缩杆25的两个小轴沿轴向均匀开有通孔；
参阅图6，所述加载固定底座24由底板和两个结构完全相同的套筒焊接而成，套筒与底板联接处焊有四个加强筋，加载固定底座24的套筒上端部开有一个通孔。安装时，根据工作台2的高度调整径向万向滚珠27的高度。然后，用2号锁紧螺栓15穿过加载固定底座24套筒上端的通孔及1号伸缩杆25的两个小轴的通孔并固定，所述加载固定底座24的底板开有四个通孔，用于穿过螺栓把加载固定底座24固定在地平铁17上。
参阅图1、图6，加载前要调节径向万向滚珠27对加载工作台11的预紧力，调节步骤如下：旋动径向预紧螺母31使径向丝杆33在加载台26的右壁板通孔内移动，所述径向丝杆33带动径向拉压力传感器28、联接杆29和径向万向滚珠27移动，使得径向万向滚珠27对加载工作台11接触并预紧，然后，再拧紧径向锁紧螺母32使径向丝杆33固定在径向加载台26上。
三、轴向方向加载部分
参阅图1，所述轴向加载部分包括直线导轨1、直线滑块3、2号螺钉4、两个结构完全相同的1号液压缸7、龙门8、滑枕9和轴向压电陶瓷加载装置6。
参阅图1、图7，所述轴向压电陶瓷加载装置6包括轴向加载台37、轴向万向滚珠41、轴向位移传感器45、轴向拉压力传感器40、轴向压电陶瓷促动器35、轴向预紧螺母36、轴向锁紧螺母38和轴向丝杆39；
参阅图7，所述轴向加载台37由顶板、右侧板、中间水平板焊接而成的结构件，顶板开设有四个通孔，用于穿过螺栓把轴向加载台37固定在滑枕9的下表面，轴向加载台37的中间水平板中间开设有通孔，用于穿过轴向丝杆39，所述轴向丝杆39下端与轴向压电陶瓷促动器35的上端螺纹联接，所述轴向压电陶瓷促动器35的下端与轴向拉压力传感器40的上端螺纹联接，所述轴向拉压力传感器40的下端与轴向万向滚珠41上端螺纹联接，轴向万向滚珠41的下端球面与加载工作台11上表面接触。
参阅图7，所述轴向预紧螺母36安装在轴向丝杆39上，并且位于轴向加载台37的中间水平板的下边，所述轴向锁紧螺母38安装在轴向丝杆39上，并且位于轴向加载台37的中间水平板的上边。安装时，先使轴向压电陶瓷促动器35的轴心线与工作台2垂直，然后，旋松轴向锁紧螺母38，再通过轴向预紧螺母36调整轴向压电陶瓷促动器35对加载工作台11的预紧力，再旋紧轴向锁紧螺母38，使轴向丝杆39固定在轴向加载台37的中间水平板上。
参阅图7，所述轴向位移传感器45的外壳安装在轴向加载台37的右侧板上，轴向位移传感器45的内轴向下伸出，轴向位移传感器45的内轴的端部与轴向压电陶瓷促动器35的下端通过联接片联接，轴向位移传感器45的内轴的轴线与轴向压电陶瓷促动器35的轴心线平行，当轴向压电陶瓷促动器35移动时，带动轴向位移传感器45的内轴移动，内轴的上端安装有传感元件，感知内轴位移变化。
参阅图1，所述直线导轨1通过螺栓固定在地平铁17上，所述的直线滑块3安装在直线导轨1上；所述龙门8与直线滑块3之间通过2号螺钉4联接；所述滑枕9沿龙门8两侧导轨可上下移动；所述两个结构完全相同的1号液压缸7底座通过螺栓固定在龙门8的横梁下表面，所述两个结构完全相同的1号液压缸7的活塞杆端部与滑枕9的上表面螺纹固定联接，所述两个结构完全相同的1号液压缸7的活塞杆轴线平行，且垂直于加载工作台11的上表面。安装时，根据工作台2的高度调节1号液压缸7的活塞伸出量，进而实现滑枕9的位置调节，使该试验台适用于多种型号的工作台2的可靠性试验。
四、扭矩加载部分
参阅图1、图4，所述扭矩加载部分包括液压伺服阀10、联接轴19、1号锁紧螺栓20、扭矩传感器42、支承板43、光电转速传感器44、1号联轴器46、2号联轴器47和液压泵21。所述的支承板43为由顶板和垂直板焊接而成的L型结构件，顶板上有两个通孔用于穿过螺栓把支承板43固定在滑枕9的下表面，所述支承板43的垂直板平行于液压泵21的轴线，所述支承板43的垂直板上开设有四个通孔，用于穿过螺栓把扭矩传感器42固定在支承板43的垂直板上。所述的液压泵21的上端有四个通孔，用于穿过1号锁紧螺栓20把液压泵21固定在滑枕9的下表面。所述液压伺服阀10通过螺栓安装在液压泵21的缸体侧面，所述液压泵21的轴从下端伸出，与扭矩传感器42的输出轴通过1号联轴器46固定联接。所述扭矩传感器42的底座通过螺栓与支承板43的垂直板固定联接，所述扭矩传感器42的输入轴与联接轴19的上端通过2号联轴器47固定联接。所述联接轴19的下端部插入模拟工作台18的内孔中，联接轴19的下端部开设有平键槽，通过平键把扭矩由模拟工作台18传递给联接轴19。安装时，液压泵21的轴线与扭矩传感器42的轴线、模拟工作台18的轴线同轴，且垂直于工作台2的工作台上表面。所述光电转速传感器44的底座上有通孔，用于穿过螺栓固定在支承板43的垂直板左侧面上，光电转速传感器44位于扭矩传感器42的输出轴和支承板之间，所述扭矩传感器44的输出轴上安装有反光片，用于反射光电转速传感器44的光，使光敏元件感知速度信号。
五、自动控制部分
参阅图1、图8，所述自动控制部分包括径向控制器、轴向控制器、扭矩控制器和工作台运动控制仪。
所述径向控制器通过RS232C端口与工控机连接，径向控制器输出信号给径向压电陶瓷促动器30，同时径向拉压力传感器28、径向位移传感器34采集加载信号通过信号放大器上传给径向控制器，径向控制器输出信号控制径向压电陶瓷促动器30，实现径向压电陶瓷促动器30的压力、位移的闭环控制。
所述轴向控制器通过RS232C端口与工控机连接，轴向控制器输出信号给轴向压电陶瓷促动器35，同时轴向拉压力传感器40、轴向位移传感器45采集加载信号通过信号放大器上传给轴向控制器，轴向控制器输出信号控制轴向压电陶瓷促动器35，实现轴向压电陶瓷促动器35的压力、位移的闭环控制。
所述扭矩控制器通过RS232C端口与工控机连接，扭矩控制器输出信号给液压伺服阀10，液压伺服阀10通过阀开口大小控制液压泵21，同时扭矩传感器42和光电转速传感器44采集加载信号通过信号放大器上传给扭矩控制器，扭矩控制器输出信号控制液压伺服阀10，液压伺服阀10控制液压泵21，实现液压伺服阀10的转速和扭矩的闭环控制。
所述工作台运动控制仪通过RS232C端口与工控机连接，工作台运动控制仪输出信号给工作台2。
重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统的工作原理：
参阅图1，首先把工作台2固定在地平铁17上。其次，安装模拟工作台18及加载工作台11，使模拟工作台18的轴线、加载工作台11的轴线与工作台2的回转轴线共线。根据模拟工件重量安装配重块12。安装扭矩加载部分，调整液压泵21的轴心线与工作台2、模拟工作台18、加载工作台11的回转轴线共线。安装轴向加载部分，调整轴向压电陶瓷促动器35的轴线垂直于工作台2。安装径向加载部分，调整径向压电陶瓷促动器30的轴线垂直于工作台2的回转轴线，并穿过工作台2的回转轴线。试验前，根据实际切削过程的载荷谱在操作界面设置动、静态切削力大小及扭矩大小等相关试验参数。试验中，试验台中的各种传感器采集相应信号，并及时送到处理器进行信号处理，并及时反馈给相应的执行元件，形成闭环控制，并记录相应试验数据。试验后，关闭操作程序并切断电源。
本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施例，或者说是一种较佳的具体的技术方案，故本发明不限于实施这一种比较具体技术方案的描述。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，该可靠性试验系统包括配重块惯性加载及加载辅助装置部分、径向加载部分、轴向加载部分、扭矩加载部分和自动控制部分；
所述径向加载部分由四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置(13)组成，所述四套结构完全相同的径向压电陶瓷加载装置(13)均布在加载工作台(11)周围；
所述径向压电陶瓷加载装置(13)包括径向加载台(26)、径向万向滚珠(27)、径向拉压力传感器(28)、联接杆(29)、径向压电陶瓷促动器(30)、径向预紧螺母(31)、径向锁紧螺母(32)、径向丝杆(33)和径向位移传感器(34)；所述径向万向滚珠(27)、径向拉压力传感器(28)、联接杆(29)、径向压电陶瓷促动器(30)、径向丝杆(33)依次螺纹固定连接；所述径向丝杆(33)穿过径向加载台(26)的右壁板的通孔；所述径向预紧螺母(31)安装在径向丝杆(33)上，并且位于径向加载台(26)的右壁板的左侧，所述径向锁紧螺母(32)安装在径向丝杆(33)上，并且位于径向加载台(26)的右壁板的右侧；所述径向位移传感器(34)外壳固定在径向加载台(26)底板的上表面，径向位移传感器(34)内轴的轴线与径向压电陶瓷促动器(30)的轴线平行，径向位移传感器(34)的内轴从左端伸出，径向位移传感器(34)内轴左端固定在联接杆(29)上；
所述轴向加载部分包括轴向压电陶瓷加载装置(6)；
所述轴向压电陶瓷加载装置(6)包括轴向加载台(37)、轴向万向滚珠(41)、轴向位移传感器(45)、轴向拉压力传感器(40)、轴向压电陶瓷促动器(35)、轴向预紧螺母(36)、轴向锁紧螺母(38)和轴向丝杆(39)；所述轴向万向滚珠(41)、轴向拉压力传感器(40)、轴向压电陶瓷促动器(35)、轴向丝杆(39)依次螺纹固定连接；所述轴向预紧螺母(36)安装在轴向丝杆(39)上，并且位于轴向加载台(37)的中间水平板的下边，所述轴向锁紧螺母(38)安装在轴向丝杆(39)上，并且位于轴向加载台(37)的中间水平板的上边；所述轴向位移传感器(45)的外壳安装在轴向加载台(37)上，轴向位移传感器(45)的内轴端部与轴向压电陶瓷促动器(35)的下端通过联接片联接；
所述扭矩加载部分包括联接轴(19)、1号锁紧螺栓(20)、扭矩传感器(42)、支承板(43)和液压泵(21)；所述的液压泵(21)通过1号锁紧螺栓(20)固定在滑枕(9)的下表面；所述液压泵(21)通过1号联轴器(46)和扭矩传感器(42)的输出轴连接；所述扭矩传感器(42)的输入轴通过2号联轴器(47)与联接轴(19)连接；所述联接轴(19)通过平键与模拟工作台(18)的内孔连接；所述扭矩传感器(42)固定在支承板(43)上；所述支承板(43)固定在滑枕(9)上；
所述配重块惯性加载辅助装置部分包括配重块(12)和加载辅助装置；
所述配重块(12)固定在模拟工作台(18)上；所述加载辅助装置包括加载工作台(11)、模拟工作台(18)、环形导轨副(22)；所述模拟工作台(18)固定在工作台(2)上，所述环形导轨副(22)的导轨固定在模拟工作台(18)，所述环形导轨副(22)的滑块固定在加载工作台(11)的下表面；所述模拟工作台(18)的轴线、加载工作台(11)的轴线与工作台(2)的轴线共线；
所述配重块(12)下表面中间有长方形凸起，上表面中间有长方形凹槽，凹槽中间开有垂直于上表面的通孔，用于穿过螺栓把一个或多个配重块固定在模拟工作台(18)上。
2.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，
所述自动控制部分包括径向控制器、轴向控制器、扭矩控制器和工作台运动控制仪；
所述径向控制器通过RS232C端口与工控机连接；
所述轴向控制器通过RS232C端口与工控机连接；
所述扭矩控制器通过RS232C端口与工控机连接；
所述工作台运动控制仪通过RS232C端口与工控机连接。
3.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，
所述模拟工作台(18)为圆盘类零件，中间设有通孔，通孔内开设有键槽，通过平键与联接轴(19)联接，模拟工作台(18)的上表面外圈设计有用于安装配重块(12)的T型槽，T型槽的中心线穿过模拟工作台(18)的轴心，模拟工作台(18)的上表面设置有用于安装环形导轨副(22)导轨的圆环卡槽，在圆环卡槽内均布有用于固定环形导轨副(22)的导轨的螺纹孔；
所述加载工作台(11)为圆环形零件，加载工作台(11)的外圆柱面上沿轴线方向开设有一个U型通槽，用于插入限位器(23)的端部，使加载工作台(11)不能转动，只能沿加载工作台(11)的轴线方向移动。
4.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，
所述加载辅助装置还包括固定底座(16)、3号锁紧螺栓(14)和限位器(23)；
所述固定底座(16)由套筒及底板焊接组成，套筒底部与底板联接处焊接有加强筋，底板上设有四个通孔，用于穿过螺栓把固定底座(16)固定在地平铁(17)上，固定底座(16)的套筒上端在径向方向上开有一个通孔用于穿过3号锁紧螺栓(14)固定限位器(23)；
所述的限位器(23)是由竖直轴、长方块和水平杆焊接而成的L型结构件，水平杆的左端插入加载工作台(11)的外圆柱面上的U型槽中，使加载工作台(11)不能转动；所述限位器(23)的竖直轴轴线方向上均匀设置有与竖直轴轴线垂直的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，
所述扭矩加载部分还包括液压伺服阀(10)和光电转速传感器(44)；
所述液压伺服阀(10)通过螺栓安装在液压泵(21)的缸体侧面；
所述光电转速传感器(44)的底座上有通孔，用于穿过螺栓固定在支承板(43)的垂直板左侧面上，光电转速传感器(44)位于扭矩传感器(42)的输出轴和支承板之间，所述扭矩传感器(44)的输出轴上安装有用于反射光电转速传感器(44)的光的反光片。
6.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，
所述轴向加载部分包括直线导轨(1)、直线滑块(3)、2号螺钉(4)、两个结构完全相同的1号液压缸(7)、龙门(8)和滑枕(9)；
所述直线导轨(1)通过螺栓固定在地平铁(17)上，所述的直线滑块(3)安装在直线导轨(1)上；所述龙门(8)与直线滑块(3)之间通过2号螺钉(4)联接；所述两个结构完全相同的1号液压缸(7)底座通过螺栓固定在龙门(8)的横梁下表面，所述两个结构完全相同的1号液压缸(7)的活塞杆端部与滑枕(9)的上表面螺纹固定联接，所述两个结构完全相同的1号液压缸(7)的活塞杆轴线平行，且垂直于加载工作台(11)的上表面。
7.根据权利要求1所述的一种重型数控立式车床工作台及其进给机构可靠性试验系统，其特征在于，所述径向压电陶瓷加载装置(13)还包括加载固定底座(24)、1号伸缩杆(25)、2号锁紧螺栓(15)；所述1号伸缩杆(25)由顶板和两个结构完全相同的小轴焊接而成，两个结构完全相同的小轴焊接在顶板下表面的中线上，顶板开有四个螺纹孔，用于固定径向加载台(26)，1号伸缩杆(25)的两个小轴沿轴向均匀开有通孔；
所述加载固定底座(24)由底板和两个结构完全相同的套筒焊接而成，套筒与底板联接处焊有四个加强筋，加载固定底座(24)的套筒上端部开有一个通孔；用螺栓同时穿过加载固定底座(24)套筒上端的通孔及1号伸缩杆(25)的两个小轴的通孔并固定，所述加载固定底座(24)的底板开有四个通孔，用于穿过螺栓把加载固定底座(24)固定在地平铁(17)上。
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