本實用新型屬于機(jī)械試驗設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聯(lián)合加載的雙刀架可靠性試驗裝置，具體地說，涉及一種可以同時對兩臺數(shù)控刀架的工況進(jìn)行模擬的可靠性試驗裝置。

技術(shù)背景

數(shù)控刀架作為數(shù)控車床的關(guān)鍵功能部件，其故障直接影響到車床的加工精度與工作效率?？v觀當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控刀架的可靠性試驗臺，大部分只能對單臺數(shù)控刀架進(jìn)行可靠性試驗，其加載裝置以及附件繁多導(dǎo)致試驗臺成本高，空間利用率低。在對動力伺服刀架動力頭的加載上，目前大部分試驗臺僅使用測功機(jī)對動力頭進(jìn)行扭矩加載，不能模擬彎矩與切削振動。在對性能進(jìn)行檢測的過程中，傳統(tǒng)檢測方式檢測方法過于分散，在可靠性裝置的設(shè)計時并未很好地考慮到傳感器與監(jiān)測設(shè)備的安裝問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)無法對兩臺刀架進(jìn)行聯(lián)合可靠性試驗，對動力刀頭加載成本過大且不能很好模擬工況。提供了一種對兩臺同型號的動力伺服刀架共同進(jìn)行切削力加載與動力頭加載的刀架可靠性試驗裝置。

本專利所述的可靠性試驗裝置采用分層自動切換的方式實現(xiàn)普通刀頭加載與動力頭加載兩種模式的切換。對于頂層普通刀頭的切削力加載，本專利采用一套可以手動調(diào)整切削力大小與方向的壓電陶瓷加載機(jī)構(gòu)對兩臺數(shù)控刀架施加動態(tài)切削力。在頂層設(shè)計有一個檢測區(qū)域，安裝有一個包含兩個攝像頭的影像檢測儀，實現(xiàn)對兩臺刀架的定位精度等參數(shù)實時檢測，同時剩余空間可配備其他檢測需要的傳感器；對于底層動力刀頭扭矩的加載，利用電機(jī)的對托原理，設(shè)計出兩動力刀頭配合傳動結(jié)構(gòu)，使兩臺刀架的動力刀頭相互施加扭矩，取代傳統(tǒng)的測功機(jī)施加扭矩的高成本方案。同時采用電磁加載器對動力刀頭施加切削力動態(tài)載荷。通過張緊輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對皮帶的松緊進(jìn)行調(diào)整，從而對動力刀頭施加彎矩載荷。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種聯(lián)合加載的雙刀架可靠性試驗裝置，包括兩臺刀架、雙刀架安裝臺裝置8、聯(lián)合加 載裝置2、控制柜4、數(shù)據(jù)采集箱5和控制臺6；

所述兩臺刀架安裝在雙刀架安裝臺裝置8上，在雙刀架安裝臺裝置8中的伺服電機(jī)16帶動下沿著雙刀架安裝臺裝置8中的導(dǎo)軌11運(yùn)動；

所述聯(lián)合加載裝置2位于雙刀架安裝臺裝置8上方，且布置在兩臺刀架之間，實現(xiàn)同時模擬兩臺刀架切削時所受的載荷，并對刀架的性能進(jìn)行檢測；

所述控制柜4輸入端與控制臺6相連，輸出端與兩個刀架相連；

所述數(shù)據(jù)采集箱5放置于控制臺6上面，數(shù)據(jù)采集箱5的輸入端與聯(lián)合加載裝置2中的影像檢測儀22相連，數(shù)據(jù)采集箱5的輸出端連接到控制臺6的計算機(jī)中。

技術(shù)方案中所述的雙刀架安裝臺裝置8還包括兩根絲桿12、八個滑塊14和兩個刀架底座15；

所述導(dǎo)軌11設(shè)有兩條，兩條導(dǎo)軌11水平固定在雙刀架安裝臺裝置8的底板上；

所述伺服電機(jī)16設(shè)有兩臺，所述兩根絲桿12在兩臺伺服電機(jī)16的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，每個刀架底座15下部有四個滑塊14，所述兩臺刀架安裝在兩個刀架底座15上。

技術(shù)方案中所述聯(lián)合加載裝置2包括加載模式切換支架27；

所述的加載模式切換支架27包含上下兩層，分別是普通刀頭加載層24和動力刀頭加載層25，分別能夠?qū)Φ都艿钠胀ǖ额^10和動力刀頭9進(jìn)行加載。

技術(shù)方案中所述普通刀頭加載層24包括兩套壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23；

所述壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23包括切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21、調(diào)整螺旋29、進(jìn)給控制電機(jī)30、切削力方向調(diào)整架31、螺旋運(yùn)動副32、壓電陶瓷加載器底座33、壓力傳感器34、壓電陶瓷加載棒35、切削力傾角調(diào)節(jié)旋鈕36、半球凹槽加載頭37；

所述的切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21，固定在普通刀頭加載層24表面的位置調(diào)整槽28上；

所述的調(diào)整螺旋29一端與切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21上的孔裝配，另一端與切削力方向調(diào)整架31通過軸孔配合固定；

所述的進(jìn)給控制電機(jī)30固定在切削力方向調(diào)整架31的尾端，進(jìn)給控制電機(jī)30輸出軸與螺旋運(yùn)動副32連接，螺旋運(yùn)動副32另一端與壓電陶瓷加載器底座33相連；所述切削力調(diào)整架31能夠繞切削力傾角調(diào)節(jié)旋鈕36旋轉(zhuǎn)；

所述的壓電陶瓷加載器底座33一端與螺旋運(yùn)動副32連接，另一端安裝壓力傳感器34；

壓電陶瓷加載棒35與壓電傳感器34相連，另一端設(shè)有半球凹槽加載頭37；壓電陶瓷加載棒35在電壓的驅(qū)動下，能夠產(chǎn)生高頻激振力，從而實現(xiàn)對普通刀頭10的切削力加載。

技術(shù)方案中所述動力刀頭加載層25包括回轉(zhuǎn)軸26、電磁加載器38、皮帶輪39、皮帶40、張緊輪41、動力刀頭嚙合孔42、動力刀頭加載機(jī)構(gòu)底座43和軸承座44；

所述回轉(zhuǎn)軸26連接兩個軸承座44以及皮帶輪39中間的孔，回轉(zhuǎn)軸26與動力刀頭9配 合的一段加工有一個動力刀頭嚙合孔42，以便動力刀頭9與回轉(zhuǎn)軸26的配合；

兩皮帶輪39之間通過皮帶40相連；

所述張緊輪41上端固定在普通刀頭加載層24的底面板，下端通過可調(diào)節(jié)伸展角度的輪轂壓緊皮帶40；

所述電磁加載器38尾部安裝在加載模式切換支架27上，加載端與回轉(zhuǎn)軸的軸承座44相連。

技術(shù)方案中所述的聯(lián)合加載裝置2還包括兩套加載支架底座17、兩套直線運(yùn)動臺19、兩套加載支架20；

所述的加載支架底座17下端與地平鐵7連接，加載支架底座17上端與加載支架20連接；

所述的直線運(yùn)動臺19包括直線運(yùn)動臺底座45、直線運(yùn)動臺臺面46、直線運(yùn)動臺底座支腿47、直線運(yùn)動臺電機(jī)18與直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48；

所述加載模式切換支架27固定在直線運(yùn)動臺臺面46上；

直線運(yùn)動臺電機(jī)18帶動直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48轉(zhuǎn)動，從而帶動直線運(yùn)動臺臺面46沿著直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48方向做往復(fù)直線運(yùn)動。

技術(shù)方案中所述輪轂中安裝壓力傳感器，以反饋實時的壓力值，從而確定皮帶40的張緊力；通過可調(diào)張緊力的皮帶40將載荷施加給皮帶輪39，并傳遞到回轉(zhuǎn)軸26，最終將載荷傳遞到動力刀頭9的輸出軸上，實現(xiàn)對動力刀頭9恒定的彎矩載荷施加。

技術(shù)方案中所述的影像檢測儀22固定在兩個切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21之間；所述的影像檢測儀22由兩套壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23共用；

所述的影像檢測儀22能夠?qū)崟r檢測刀盤表面人為繪制的十字標(biāo)靶的位置變化情況，從而檢測刀架的回轉(zhuǎn)精度性能參數(shù)；一臺影像檢測儀安裝兩個攝像頭，分別對兩臺受試刀架進(jìn)行檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型提出一種同時對兩臺刀架聯(lián)合加載的可靠性試驗裝置，不僅提高了刀架可靠性試驗的效率，還節(jié)約試驗了空間與試驗裝置的設(shè)備成本。

2、本實用新型通過分層自動切換的巧妙方式實現(xiàn)普通刀頭加載與動力頭加載兩種加載模式的切換，通過一套影像檢測機(jī)構(gòu)同時檢測兩臺刀架的工況，使得該設(shè)計集成度高，自動化程度高。

3、本實用新型所述的刀架動力頭加載方式，不僅省去傳統(tǒng)試驗臺中需要兩臺測功機(jī)的成本費用，而且使得可靠性試驗臺結(jié)構(gòu)更為緊湊。能夠全面反映刀架動力頭實際所受的彎矩、扭矩以及切削振動載荷。

附圖說明

圖1為本實用新型所述聯(lián)合加載的雙刀架可靠性試驗裝置整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實用新型所述的雙刀架安裝臺裝置軸側(cè)圖；

圖3為本實用新型所述的聯(lián)合加載裝置軸側(cè)圖；

圖4為本實用新型所述的聯(lián)合加載裝置中普通刀頭加載層軸側(cè)圖；

圖5為本實用新型所述的聯(lián)合加載裝置中動力刀頭加載層軸側(cè)圖；

圖6為本實用新型所述的切削力加載狀態(tài)軸側(cè)圖；

圖7為本實用新型所述的聯(lián)合加載裝置中實現(xiàn)加載模式切換功能的部件結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本實用新型所述的聯(lián)合加載的雙刀架可靠性試驗裝置工作原理圖；

圖中：

1.刀架A，2.聯(lián)合加載裝置，3.刀架B，4.控制柜，5.數(shù)據(jù)采集箱，6.控制臺，7.地平鐵，8.雙刀架安裝臺裝置，9.動力刀頭，10.普通刀頭，11.導(dǎo)軌，12.絲桿，13.絲桿軸承座，14.滑塊，15.刀架底座，16.伺服電機(jī)，17.加載支架底座，18.直線運(yùn)動臺電機(jī)，19.直線運(yùn)動臺，20.加載支架，21.切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板，22.影像檢測儀，23.壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)，24.普通刀頭加載層，25.動力刀頭加載層，26.回轉(zhuǎn)軸，27.加載模式切換支架，28.位置調(diào)整槽，29.調(diào)整螺旋，30.進(jìn)給控制電機(jī)，31.切削力方向調(diào)整架，32.螺旋運(yùn)動副，33.壓電陶瓷加載器底座，34.壓力傳感器，35.壓電陶瓷加載棒，36.切削力傾角調(diào)節(jié)旋鈕，37.半球凹槽加載頭，38.電磁加載器，39.皮帶輪，40.皮帶，41.張緊輪,42.動力刀頭嚙合孔,43.動力刀頭加載機(jī)構(gòu)底座,44.軸承座，45.直線運(yùn)動臺底座，46.直線運(yùn)動臺臺面，47.直線運(yùn)動臺底座支腿，48.直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌，49.安裝孔。

具體實施方式

結(jié)合附圖說明如下：

參閱圖1，一種對兩臺動力伺服刀架同時進(jìn)行可靠性試驗的裝置，由兩臺刀架(刀架A1、刀架B3)、雙刀架安裝臺裝置8、聯(lián)合加載裝置2、控制柜4、數(shù)據(jù)采集箱5、控制臺6以及地平鐵7組成。

所述的兩臺刀架安裝在雙刀架安裝臺裝置8上，可在伺服電機(jī)16帶動下沿著雙刀架安裝臺裝置8上的導(dǎo)軌運(yùn)動。聯(lián)合加載裝置2在空間布置上處于雙刀架安裝臺裝置8上方，且布置在兩臺刀架之間。實現(xiàn)同時模擬兩臺刀架切削時所受的載荷，并對刀架的性能進(jìn)行檢測。

數(shù)據(jù)采集箱5放置于控制臺6上面，數(shù)據(jù)采集箱5的輸入端與影像檢測儀22相連，數(shù)據(jù) 采集箱5的輸出端連接到控制臺6的計算機(jī)中。

控制臺6內(nèi)包含計算機(jī)、顯示器以及控制所需的部件，實現(xiàn)對整個雙刀架可靠性系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)記錄等功能。

地平鐵7起到支撐整套試驗臺的作用。

參閱圖2，所述的雙刀架安裝臺裝置8包括兩條導(dǎo)軌11，兩根絲桿12，兩個絲桿座，八個滑塊14，兩個刀架底座15，兩臺伺服電機(jī)16。雙刀架安裝臺裝置8的功能是為實現(xiàn)對兩臺動力伺服刀架以“面對面”的形式進(jìn)行安裝。各組成部件說明如下：

所述的兩條導(dǎo)軌11水平固定在雙刀架安裝臺裝置8的底板上，兩根絲桿12在兩臺伺服電機(jī)16的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，通過絲桿傳動的原理使得刀架底座按照給定的方式沿著導(dǎo)軌方向運(yùn)動，每個刀架底座15下部有四個滑塊14起到支撐的作用。

參閱圖3，所述的聯(lián)合加載裝置2包括加載支架底座17(兩個)、直線運(yùn)動臺19(兩個)、加載支架20(兩個)、加載模式切換支架27。聯(lián)合加載裝置2實現(xiàn)的功能為對動力刀架的普通刀頭和動力刀頭進(jìn)行加載與檢測，并自動實現(xiàn)兩種加載模式的切換。由于聯(lián)合加載裝置2為對稱結(jié)構(gòu)，先以一半結(jié)構(gòu)說明如下：

所述的加載支架底座17下端與地平鐵7通過螺栓連接，加載支架底座17上端與加載支架20連接，起到支撐整套聯(lián)合加載裝置2的作用。

參閱圖7，所述的直線運(yùn)動臺19包括直線運(yùn)動臺底座45、直線運(yùn)動臺臺面46、直線運(yùn)動臺底座支腿47與直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48。直線運(yùn)動臺底座支腿47安裝在直線運(yùn)動臺底座45側(cè)面，直線運(yùn)動臺底座45依靠直線運(yùn)動臺底座支腿47用螺栓連接固定在加載支架20表面。直線運(yùn)動臺電機(jī)18帶動直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48轉(zhuǎn)動，從而帶動直線運(yùn)動臺臺面46沿著直線運(yùn)動臺絲桿導(dǎo)軌48方向做往復(fù)直線運(yùn)動。加載模式切換支架27兩側(cè)面有安裝孔49，通過螺栓固定在直線運(yùn)動臺臺面46的螺紋孔中。從而實現(xiàn)對直線運(yùn)動臺19驅(qū)動整個加載模式切換支架27上下運(yùn)動，實現(xiàn)不同加載層間的快速切換。所述的加載模式切換支架27包含上下兩層，普通刀頭加載層24與動力刀頭加載層25，分別能夠?qū)Φ都艿钠胀ǖ额^10和動力刀頭9進(jìn)行加載。

參閱圖3與圖4，普通刀頭加載層24包括兩套壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23，分別對兩臺刀架加載。除影像檢測儀22可共用外，其余部件均需兩套?，F(xiàn)以一套進(jìn)行說明。其中一套壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23包括切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21、影像檢測儀22、位置調(diào)整槽28、調(diào)整螺旋29、進(jìn)給控制電機(jī)30、切削力方向調(diào)整架31、螺旋運(yùn)動副32、壓電陶瓷加載器底座33、壓力傳感器34、壓電陶瓷加載棒35、切削力傾角調(diào)節(jié)旋鈕36、半球凹槽加載頭37。分別說明如下：

所述的切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21，通過螺栓固定在普通刀頭加載層24表面的位置調(diào)整槽28上，可手動調(diào)整到合適的位置后用螺栓鎖緊。切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21起到安裝壓電陶瓷加載切削力加載機(jī)構(gòu)23，調(diào)節(jié)壓電陶瓷切削力加載機(jī)構(gòu)23方向的作用。

所述的影像檢測儀22可實時檢測刀盤表面人為繪制的十字標(biāo)靶的位置變化情況，從而檢測刀架的回轉(zhuǎn)精度等性能參數(shù)。一臺影像檢測儀可安裝兩個攝像頭，分別對兩臺受試刀架進(jìn)行檢測。

所述的切削力加載機(jī)構(gòu)位置調(diào)整槽28位于普通刀頭加載層24支架的表面，槽的寬度約為1cm，它為切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21運(yùn)動時提供導(dǎo)向作用。

所述的調(diào)整螺旋29本身為一根調(diào)整軸，一端與切削力方向調(diào)整機(jī)構(gòu)支板21上的孔裝配，另一端與切削力方向調(diào)整架31通過軸孔配合固定。實現(xiàn)切削力方向調(diào)整架31以及架子上所有部件的繞調(diào)整旋鈕29的方向調(diào)整。

所述的進(jìn)給控制電機(jī)30固定在切削力方向調(diào)整架31的尾端，電機(jī)輸出軸與螺旋運(yùn)動副32連接，螺旋運(yùn)動副32另一端與壓電陶瓷加載器底座33相連，實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動壓電陶瓷加載器底座33往復(fù)直線運(yùn)動，達(dá)到和預(yù)緊或松開壓電陶瓷加載棒35的目的。

所述的切削力方向調(diào)整架31為進(jìn)給控制電機(jī)30、壓電陶瓷加載器底座33、壓力傳感器34、壓電陶瓷加載棒35、半球凹槽加載頭37提供支撐。同時切削力調(diào)整架31可繞切削力傾角調(diào)節(jié)旋鈕36旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)切削力方向調(diào)整架31上部件的方向調(diào)節(jié)。

所述的壓電陶瓷加載器底座33一端與螺旋運(yùn)動副32連接，另一端安裝有一個壓力傳感器34。壓電陶瓷加載棒35與壓電傳感器34相連，另一端設(shè)有半球凹槽加載頭37。壓電陶瓷加載棒35在電壓的驅(qū)動下，能夠產(chǎn)生高頻激振力。從而實現(xiàn)對普通刀頭10的切削力加載。

參閱圖5，動力刀頭加載層25包括回轉(zhuǎn)軸26、電磁加載器38、皮帶輪39、皮帶40、張緊輪41、動力刀頭嚙合孔42、動力刀頭加載機(jī)構(gòu)底座43以及軸承座44。分別說明如下：

回轉(zhuǎn)軸26連接兩個軸承座44以及皮帶輪39中間的孔，回轉(zhuǎn)軸26與動力刀頭9配合的一段加工有一個動力刀頭嚙合孔42，以便動力刀頭9與回轉(zhuǎn)軸26的配合。兩皮帶輪39之間通過皮帶40相連，互相傳遞動力，從而替換傳統(tǒng)測功機(jī)的扭矩加載模式，實現(xiàn)同時對兩個刀架動力刀頭9扭矩的加載。

張緊輪41上端固定在普通刀頭加載層24的底面板，下端通過可調(diào)節(jié)伸展角度的輪轂壓緊皮帶輪，其中輪轂中安裝壓力傳感器，以反饋實時的壓力值，從而確定皮帶40的張緊力。通過可調(diào)張緊力的皮帶40將載荷施加給皮帶輪39，并傳遞到回轉(zhuǎn)軸26，最終將力傳遞到動力刀頭9的輸出軸上，實現(xiàn)對動力刀頭恒定的彎矩載荷施加。

動力刀頭加載機(jī)構(gòu)底座43底部安裝在動力刀頭加載層25上表面，通過螺栓與軸承座44 相連，起到固定和支撐軸承座44的作用。

參閱圖3、圖5，所述的電磁加載器38尾部安裝在加載模式切換支架27上，加載端與回轉(zhuǎn)軸的軸承座44相連，對軸承座44施加振動激勵，從而達(dá)到模擬切削力所產(chǎn)生的振動的工況。

本專利所述的控制柜4輸入端與控制臺6相連，輸出端與兩個刀架相連，利用現(xiàn)有通用程序可控制兩臺刀架換刀運(yùn)動以及回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

參與圖1至圖8，本實用新型所述聯(lián)合加載的雙刀架可靠性試驗裝置工作原理及流程如下所述：

首先安裝刀架并檢測試驗裝置，待確定加載方案后，通過控制臺6控制聯(lián)合加載裝置2運(yùn)動并進(jìn)行加載。

在普通刀頭加載試驗中，加載模式切換支架27切換到普通刀頭加載層24。兩臺刀架采用以下同樣的模式加載。切削力方向由切削力加載機(jī)構(gòu)位置調(diào)整槽28、調(diào)整旋鈕29以及切削力傾角調(diào)整旋鈕36綜合確定。在切削力大小控制模式下，由進(jìn)給控制電機(jī)30帶動螺旋運(yùn)動副32給壓電陶瓷加載器底座33提供預(yù)緊力，當(dāng)壓力傳感器34所檢測到的壓力達(dá)到靜態(tài)基值時，壓電陶瓷加載棒35進(jìn)行高頻動態(tài)加載。

在轉(zhuǎn)換到動力刀頭加載試驗的過程中，兩刀架首先沿著導(dǎo)軌11做相互遠(yuǎn)離運(yùn)動，各自脫離10公分后，兩刀架在控制臺6的操作下，更換到動力刀頭加載模式。加載模式切換支架27切換到動力刀頭加載層25。兩刀架做接近運(yùn)動，直到兩動力刀頭9與動力刀頭嚙合孔42配合。手動調(diào)節(jié)張緊輪的松緊，以模擬對動力刀頭9施加的扭矩，調(diào)整電磁加載器38的力與頻率以對動力刀頭9施加激振力。

在進(jìn)行普通刀頭加載與動力刀頭加載的過程中，可使用影像檢測儀22或其他檢測設(shè)備對刀架的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，從而對兩臺刀架的可靠性進(jìn)行大致評估。

本實用新型中所述的實例是為了便于該領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本實用新型，本實用新型只是一種優(yōu)化的實例，或者說是一種較佳的具體技術(shù)方案。如果相關(guān)的技術(shù)人員在堅持本實用新型基本技術(shù)方案的情況下，做出不需要經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的等效結(jié)構(gòu)變化或各種修改都在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。