数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数控外圆磨床可靠性试验用综合加载方法和加载装置。
【背景技术】
[0002]数控机床是机械工业中的基础设备，具有使用量大，应用范围广泛的特点，是先进制造技术的基本手段。然而，可靠性普遍不高严重制约了国产数控机床的发展。
[0003]为提高数控机床的可靠性，国内数控机床领域开展了多种机床加载装置的研究，以期利用加载装置模拟数控机床的实际工况，对各种工况下设备各部分的受力、变形、潜在故障隐患等进行记录和评价，找到薄弱环节并针对性地持续改进，从而提高可靠性。
[0004]现阶段，我国对机床加载装置的研究主要集中在数控车床(塔转刀架等)、数控铣床、加工中心以及通用高速电主轴等方面，在数控外圆磨床方面的研究较少。因此，对数控外圆磨床可靠性加载装置的研究对于数控外圆磨床可靠性评估与故障模式分析的开展具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术下的上述不足，本发明的目的在于提供一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法及装置，以填补国内数控外圆磨床可靠性试验加载技术的空白。
[0006]本发明的技术方案是:
一种数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法:在磨床的头架(用于夹持工件并带动工件旋转)上安装工件轴用以模拟被磨削工件，用气缸作为力载荷施加装置、用制动器作为扭矩载荷施加装置模拟实际磨削过程中磨床的砂轮轴和被磨削工件的受力状态，对砂轮轴和工件轴分别施加载荷，并对所施加的各载荷进行闭环控制，其中，对所述砂轮轴同时施加力载荷和扭矩载荷，对所述工件轴分时施加力载荷和扭矩载荷。
[0007]通过气缸对所述砂轮轴和所述工件轴模拟施加的力载荷均包括一个铅直向下的径向力载荷和一个水平指向轴心的径向力载荷。
[0008]优选采用微型荷重传感器实现所述闭环控制中对所施加的力载荷的实时采集，用所述气缸的活塞杆作为施加力载荷的执行元件，所述微型荷重传感器通过特制的传感器连接头安装在相应气缸的活塞杆的外伸端上。
[0009]关于气缸和制动器与砂轮轴和工件轴的安装关系:
对于所述砂轮轴，可以使所述砂轮轴与套在其上的砂轮轴套通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，使气缸的活塞杆指向所述砂轮轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述砂轮轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述砂轮轴固定连接；
对于所述工件轴，可以使气缸的活塞杆施力时直接作用于所述工件轴，优选地，还可以使所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，使气缸的活塞杆指向所述工件轴套，即施力时作用于所述工件轴套，并使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在所述工件轴套的外径上，使所述制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，所述制动器优选通过膜片联轴器与所述工件轴固定连接。
[0010]作为进一步的技术方案:
对于所述砂轮轴，所述砂轮轴通常为锥形轴，其上可固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上再固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，也就是说套筒与砂轮轴旋转连接，所述套筒即构成所述砂轮轴套，在所述套筒的外表面上设置两处凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端向外延伸超出砂轮轴的外端部，且该外端固定安装有法兰盘，所述制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴连接，从而实现制动器与砂轮轴的同轴连接；
对于所述工件轴，优选在所述工件轴套的外表面上设置两处凹槽，所述凹槽可与微型荷重传感器的外侧配合，在所述凹槽的底部设置凹坑，使相应的所述微型荷重传感器的外侧对应配合并嵌入相应的凹槽中，以及使所述微型荷重传感器的接触头抵在相应的凹坑内。
[0011]—种数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置，包括工件轴、砂轮轴加载装置和工件轴加载装置，所述砂轮轴加载装置和工件轴加载装置均采用闭环控制，
所述砂轮轴加载装置包括砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸和砂轮轴扭矩加载制动器，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在砂轮轴上的作用点位于砂轮轴的同一横截面上，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的砂轮架上，且通过联轴器与所述砂轮轴同轴连接；
所述工件轴同轴安装在磨床的头架上，所述工件轴加载装置包括工件轴力加载装置和工件轴扭矩加载装置，所述工件轴力加载装置包括工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸，这两个气缸的缸体各自通过支架与磨床的砂轮架位置可调地固定连接，且两气缸的活塞杆的外伸端在工件轴上的作用点位于工件轴的同一横截面上，所述工件轴扭矩加载装置包括工件轴扭矩加载制动器，工件轴扭矩加载制动器通过支架固定连接在磨床的工作台上，且通过联轴器与所述工件轴同轴连接。
[0012]所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸的活塞杆的外伸端上各自安装有一微型荷重传感器，用于实时测量出各气缸对外施加的压力，并反馈给各加载装置的动力伺服系统，从而精确控制各气缸的压力。
[0013]作为进一步的技术方案:所述砂轮轴上可以固定安装有一带内锥孔的锥套，所述锥套上固定套设有模拟砂轮套，所述模拟砂轮套与套在其上的套筒之间通过滚动轴承/滚动轴承组旋转连接，气缸施力时作用在所述套筒上。所述套筒的外表面上设有两处凹坑，砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸和砂轮轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的所述凹坑内，所述模拟砂轮套的外端固定安装有法兰盘，所述砂轮轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述法兰盘外侧中心设置的与砂轮轴同轴的半轴轴向浮动连接，相当于实现了与砂轮轴的连接；
所述工件轴与套在其上的工件轴套通过自旋转直线轴承轴向滑动连接，气缸施力时作用在所述工件轴套上。所述工件轴套的外表面上设有两处凹槽，所述凹槽可与微型荷重传感器的外侧相配合，所述凹槽的底部设有凹坑，工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸上的所述微型荷重传感器的外侧各自与相应的凹槽配合并嵌入相应的凹槽中，且所述微型荷重传感器的接触头各自抵在相应的凹坑内，所述工件轴扭矩加载制动器通过膜片联轴器与所述工件轴的自由端轴向浮动连接。
[0014]所述砂轮轴铅直向下径向力载荷加载气缸、砂轮轴水平径向力载荷加载气缸、工件轴铅直向下径向力载荷加载气缸和工件轴水平径向力载荷加载气缸均优选采用电气比例阀控制气缸。
[0015]所述砂轮轴扭矩加载制动器和工件轴扭矩加载制动器均优选采用磁粉制动器。
[0016]前述各所述数控外圆磨床可靠性试验综合加载方法及装置中所称的支架泛指中间连接件，既可以是同一个零件，也可以是不同的零件，既可以是某一