一种三轴镗床模拟切削力加载装置及使用方法
【专利摘要】一种三轴镗床模拟切削力加载装置及使用方法，装置包括刚性框架、X向位置调整组件、Y向切削力加载组件、Z向位置调整组件及刀具回转向切削力加载组件，方法步骤为：将模拟切削力加载装置吊装到机床工作台上，通过X向、Z向位置调整组件调整并固定模拟平旋盘的位置，将模拟平旋盘及机床平旋盘上的镗刀杆相固连；设定一组切削力，通过扭力扳手分别将Y向、刀具回转向切削力加载组件中的预紧螺栓进行拧紧，使切削力加载组件中的摩擦力分别与所设定的切削力相等，由于摩擦力无法直接读出，需通过公式M＝KFd/μ计算出拧紧力矩再进行读取；启动机床并运行加工程序，真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，测试当前切削力条件下的机床性能。
【专利说明】
一种三轴镗床模拟切削力加载装置及使用方法
技术领域
[0001]本发明属于机床性能测试技术领域，特别是涉及一种三轴镗床模拟切削力加载装置及使用方法。
【背景技术】
[0002]目前，三轴镗床主要用于零件内孔镗加工，在诸多行业内，三轴镗床已是不可或缺的加工设备。由于机床制造企业不同，各机床制造企业的机床产品在性能上往往也会不同，由于机床性能存在差异，导致机床的实际加工能力也存在明显差异。对于机床采购企业而言，都希望能够利用较低的价格购买到性能更优的机床产品，但是实际情况是，机床价格往往和机床性能挂钩，机床性能越优良，机床的价格越昂贵，主要原因是机床性能的获得往往需要高昂测试成本。
[0003]在机床定型前，机床的性能测试是必不可少的环节，通过机床性能测试过程，可以不断发现机床在使用过程中可能出现的故障，再根据故障诊断结果来改进原有设计，进一步提升机床性能，直到测试出机床的极限性能，并在极限性能下将机床定型。
[0004]现阶段，机床性能测试的实现方式主要有两种，第一种是通过机床实际加工材料实物来实现的，第二种是通过计算机模拟机床加工过程来实现的；通过第一种方式进行的机床性能测试，需要消耗大量的材料实物和加工刀具，而加工刀具的价格是非常昂贵的，往往一次性能测试过程就需要耗费数把加工刀具，而上述花费都会计入机床的制造成本，但这种机床性能测试方式是最可靠的，能够保证机床在出厂后具有最优的性能，缺点是机床的制造成本高昂；通过第二种方式进行的机床性能测试，虽然测试成本很低，但是测试可靠性同样很低，计算机模拟的都是理想状态下的加工过程，而实际加工过程则是具有不确定性的，即使在计算机中模拟完成了性能测试，但机床在实际加工过程中仍无法避免故障的发生，尽管机床的制造成本降低了，同时也牺牲了机床的性能。
[0005]因此，迫切需要寻找一种全新的机床性能测试手段，能够真实模拟机床实际加工过程中的受力条件，又无需消耗材料实物和加工刀具，有效降低机床性能测试成本，保证机床优良性能的同时降低机床制造成本。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种三轴镗床模拟切削力加载装置及使用方法，能够真实模拟机床实际加工过程中的受力条件，又无需消耗材料实物和加工刀具，有效降低机床性能测试成本，保证机床优良性能的同时降低机床制造成本。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种三轴镗床模拟切削力加载装置，包括刚性框架、X向位置调整组件、Y向切削力加载组件、Z向位置调整组件及刀具回转向切削力加载组件，所述X向位置调整组件包括X向滑轨及X向滑块，所述Y向切削力加载组件包括Y向导轨及Y向滑块，所述Z向位置调整组件包括Z向滑轨及Z向滑块，所述刀具回转向切削力加载组件包括刀具回转向定盘、刀具回转向动盘及模拟平旋盘；
[0008]所述Y向导轨水平固装在刚性框架内，Y向滑块采用套筒式结构，Y向滑块套装在Y向导轨上，Y向滑块与Y向导轨滑动配合，在Y向滑块与Y向导轨的滑动接触面之间加装有阻尼片;在所述Y向导轨外表面设有导向凹槽，导向凹槽与Y向导轨轴向方向相平行，在Y向滑块上安装有Y向预紧螺栓，在Y向预紧螺栓的螺杆底部设有导向滚珠，导向滚珠位于导向凹槽内；所述Z向滑轨竖直固装在Y向滑块上，Z向滑块设置在Z向滑轨上;所述X向滑轨水平固装在Z向滑块上，X向滑块设置在X向滑轨上，在X向滑块上固连有支架，刀具回转向定盘竖直固装在支架上，刀具回转向定盘与刀具回转向动盘滑动接触配合，在刀具回转向定盘与刀具回转向动盘的滑动接触面之间加装有阻尼片，在刀具回转向定盘与刀具回转向动盘之间连接有刀具回转向预紧螺栓，所述模拟平旋盘与刀具回转向动盘固定连接在一起。
[0009]所述X向滑块与Z向滑块结构相同，包括滑台板及导向轮，所述X向滑轨与Z向滑轨结构相同，包括滑轨主体以及设置在滑轨主体中部的轨道槽，在轨道槽两侧的滑轨主体上开设有T型槽，在T型槽内安装有T型紧固螺栓，滑台板通过T型紧固螺栓与滑轨主体相连接；所述导向轮位于轨道槽内，导向轮与轨道槽侧向槽壁滚动接触配合。
[0010]所述Y向导轨共设置有四条，四条Y向导轨均布设置在刚性框架内，其中两条Y向导轨位于刚性框架底部，另两条Y向导轨位于刚性框架顶部，且处在同一侧的上、下两条Y向导轨之间连接有一条Z向滑轨，处在另一侧的上、下两条Y向导轨之间连接有另一条Z向滑轨，在两条Z向滑轨之间连接有一条X向滑轨。
[0011]所述的三轴镗床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤:
[0012]步骤一:选定一个需要进行性能测试的三轴镗床，将模拟切削力加载装置吊装到机床的工作台上，通过X向位置调整组件和Z向位置调整组件调整模拟平旋盘的位置，并使模拟平旋盘与机床平旋盘处于同一高度上且中心相重合，通过旋紧T型紧固螺栓将模拟平旋盘的位置固定，再将模拟平旋盘及机床平旋盘上的镗刀杆固定连接在一起；
[0013]步骤二:设定一组切削力；
[0014]步骤三:利用扭力扳手分别拧紧Y向预紧螺栓和刀具回转向预紧螺栓，使Y向滑块与Y向导轨之间的摩擦力、刀具回转向定盘与刀具回转向动盘之间的摩擦力分别等于所设定的切削力，由于摩擦力无法在扭力扳手上直接读出，通过扭力扳手只能直接读出拧紧力矩，而拧紧力矩需要通过计算得到，计算公式为M = KFdAi,式中，M为拧紧力矩，K为拧紧力系数，F为摩擦力，d为预紧螺栓的螺纹公称直径，μ为摩擦系数；
[0015]步骤四:启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能；
[0016]步骤五:重新设定切削力，重复步骤三及步骤四，完成不同切削力条件下的机床性能测试。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明与现有技术相比，提供了一种全新的机床性能测试手段，通过全新设计的三轴镗床模拟切削力加载装置，在与机床进行配装使用后，能够真实模拟出机床实际加工过程中的受力条件，完全不用消耗材料实物和加工刀具，有效降低了机床性能测试成本，在保证机床优良性能的同时还有效降低了机床制造成本。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的一种三轴镗床模拟切削力加载装置立体图；
[0020]图2为本发明的X向位置调整组件及Z向位置调整组件的结构示意图；
[0021 ]图3为本发明的Y向切削力加载组件的结构示意图；
[0022]图4为本发明的刀具回转向切削力加载组件的结构示意图；
[0023]图中，丨一刚性框架，2—X向滑轨，3一X向滑块，4一Y向导轨，5一γ向滑块，6一z向滑轨，7—Z向滑块，8—刀具回转向定盘，9一刀具回转向动盘，10—模拟平旋盘，11一导向凹槽，12—Y向预紧螺栓，13—导向滚珠，14一刀具回转向预紧螺栓，15—滑台板，16—导向轮，17—滑轨主体，18—轨道槽，19 一T型槽，20—T型紧固螺栓，21—支架。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0025]如图1?4所示，一种三轴镗床模拟切削力加载装置，包括刚性框架1、X向位置调整组件、Y向切削力加载组件、Z向位置调整组件及刀具回转向切削力加载组件，所述X向位置调整组件包括X向滑轨2及X向滑块3，所述Y向切削力加载组件包括Y向导轨4及Y向滑块5，所述Z向位置调整组件包括Z向滑轨6及Z向滑块7，所述刀具回转向切削力加载组件包括刀具回转向定盘8、刀具回转向动盘9及模拟平旋盘1;
[0026]所述Y向导轨4水平固装在刚性框架I内，Y向滑块5采用套筒式结构，Y向滑块5套装在Y向导轨4上，Y向滑块5与Y向导轨4滑动配合，在Y向滑块5与Y向导轨4的滑动接触面之间加装有阻尼片;在所述Y向导轨4外表面设有导向凹槽11，导向凹槽11与Y向导轨4轴向方向相平行，在Y向滑块5上安装有Y向预紧螺栓12，在Y向预紧螺栓12的螺杆底部设有导向滚珠13，导向滚珠13位于导向凹槽11内；所述Z向滑轨6竖直固装在Y向滑块5上，Z向滑块7设置在Z向滑轨6上;所述X向滑轨2水平固装在Z向滑块7上，X向滑块3设置在X向滑轨2上，在X向滑块3上固连有支架21，刀具回转向定盘8竖直固装在支架21上，刀具回转向定盘8与刀具回转向动盘9滑动接触配合，在刀具回转向定盘8与刀具回转向动盘9的滑动接触面之间加装有阻尼片，在刀具回转向定盘8与刀具回转向动盘9之间连接有刀具回转向预紧螺栓14，所述模拟平旋盘1与刀具回转向动盘9固定连接在一起。
[0027]所述X向滑块3与Z向滑块7结构相同，包括滑台板15及导向轮16，所述X向滑轨2与Z向滑轨6结构相同，包括滑轨主体17以及设置在滑轨主体17中部的轨道槽18，在轨道槽18两侧的滑轨主体I上开设有T型槽19，在T型槽19内安装有T型紧固螺栓20，滑台板15通过T型紧固螺栓20与滑轨主体17相连接;所述导向轮16位于轨道槽18内，导向轮16与轨道槽18侧向槽壁滚动接触配合。
[0028]所述Y向导轨4共设置有四条，四条Y向导轨4均布设置在刚性框架I内，其中两条Y向导轨4位于刚性框架I底部，另两条Y向导轨4位于刚性框架I顶部，且处在同一侧的上、下两条Y向导轨4之间连接有一条Z向滑轨6，处在另一侧的上、下两条Y向导轨4之间连接有另一条Z向滑轨6，在两条Z向滑轨6之间连接有一条X向滑轨2。
[0029]所述的三轴镗床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤:
[0030]步骤一:选定一个需要进行性能测试的三轴镗床，将模拟切削力加载装置吊装到机床的工作台上，通过X向位置调整组件和Z向位置调整组件调整模拟平旋盘10的位置，并使模拟平旋盘10与机床平旋盘处于同一高度上且中心相重合，通过旋紧T型紧固螺栓20将模拟平旋盘10的位置固定，再将模拟平旋盘10及机床平旋盘上的镗刀杆固定连接在一起；[0031 ]步骤二:设定一组切削力；
[0032]步骤三:利用扭力扳手分别拧紧Y向预紧螺栓12和刀具回转向预紧螺栓14，使Y向滑块5与Y向导轨4之间的摩擦力、刀具回转向定盘8与刀具回转向动盘9之间的摩擦力分别等于所设定的切削力，由于摩擦力无法在扭力扳手上直接读出，通过扭力扳手只能直接读出拧紧力矩，而拧紧力矩需要通过计算得到，计算公式为M = KFdAx,式中，M为拧紧力矩，K为拧紧力系数，F为摩擦力，d为预紧螺栓的螺纹公称直径，μ为摩擦系数；
[0033]步骤四:启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能；
[0034]步骤五:重新设定切削力，重复步骤三及步骤四，完成不同切削力条件下的机床性能测试。
[0035]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种三轴镗床模拟切削力加载装置，其特征在于:包括刚性框架、X向位置调整组件、Y向切削力加载组件、Z向位置调整组件及刀具回转向切削力加载组件，所述X向位置调整组件包括X向滑轨及X向滑块，所述Y向切削力加载组件包括Y向导轨及Y向滑块，所述Z向位置调整组件包括Z向滑轨及Z向滑块，所述刀具回转向切削力加载组件包括刀具回转向定盘、刀具回转向动盘及模拟平旋盘； 所述Y向导轨水平固装在刚性框架内，Y向滑块采用套筒式结构，Y向滑块套装在Y向导轨上，Y向滑块与Y向导轨滑动配合，在Y向滑块与Y向导轨的滑动接触面之间加装有阻尼片；在所述Y向导轨外表面设有导向凹槽，导向凹槽与Y向导轨轴向方向相平行，在Y向滑块上安装有Y向预紧螺栓，在Y向预紧螺栓的螺杆底部设有导向滚珠，导向滚珠位于导向凹槽内；所述Z向滑轨竖直固装在Y向滑块上，Z向滑块设置在Z向滑轨上;所述X向滑轨水平固装在Z向滑块上，X向滑块设置在X向滑轨上，在X向滑块上固连有支架，刀具回转向定盘竖直固装在支架上，刀具回转向定盘与刀具回转向动盘滑动接触配合，在刀具回转向定盘与刀具回转向动盘的滑动接触面之间加装有阻尼片，在刀具回转向定盘与刀具回转向动盘之间连接有刀具回转向预紧螺栓，所述模拟平旋盘与刀具回转向动盘固定连接在一起。2.根据权利要求1所述的一种三轴镗床模拟切削力加载装置，其特征在于:所述X向滑块与Z向滑块结构相同，包括滑台板及导向轮，所述X向滑轨与Z向滑轨结构相同，包括滑轨主体以及设置在滑轨主体中部的轨道槽，在轨道槽两侧的滑轨主体上开设有T型槽，在T型槽内安装有T型紧固螺栓，滑台板通过T型紧固螺栓与滑轨主体相连接;所述导向轮位于轨道槽内，导向轮与轨道槽侧向槽壁滚动接触配合。3.根据权利要求1所述的一种三轴镗床模拟切削力加载装置，其特征在于:所述Y向导轨共设置有四条，四条Y向导轨均布设置在刚性框架内，其中两条Y向导轨位于刚性框架底部，另两条Y向导轨位于刚性框架顶部，且处在同一侧的上、下两条Y向导轨之间连接有一条Z向滑轨，处在另一侧的上、下两条Y向导轨之间连接有另一条Z向滑轨，在两条Z向滑轨之间连接有一条X向滑轨。4.权利要求1所述的三轴镗床模拟切削力加载装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:选定一个需要进行性能测试的三轴镗床，将模拟切削力加载装置吊装到机床的工作台上，通过X向位置调整组件和Z向位置调整组件调整模拟平旋盘的位置，并使模拟平旋盘与机床平旋盘处于同一高度上且中心相重合，通过旋紧T型紧固螺栓将模拟平旋盘的位置固定，再将模拟平旋盘及机床平旋盘上的镗刀杆固定连接在一起； 步骤二:设定一组切削力； 步骤三:利用扭力扳手分别拧紧Y向预紧螺栓和刀具回转向预紧螺栓，使Y向滑块与Y向导轨之间的摩擦力、刀具回转向定盘与刀具回转向动盘之间的摩擦力分别等于所设定的切削力，由于摩擦力无法在扭力扳手上直接读出，通过扭力扳手只能直接读出拧紧力矩，而拧紧力矩需要通过计算得到，计算公式为M=KFdAi,式中，M为拧紧力矩，K为拧紧力系数，F为摩擦力，d为预紧螺栓的螺纹公称直径，μ为摩擦系数； 步骤四:启动机床并运行加工程序，开始模拟机床的加工过程，并真实模拟机床在受力条件下的实际运行状态，进而测试出在当前切削力条件下的机床性能； 步骤五:重新设定切削力，重复步骤三及步骤四，完成不同切削力条件下的机床性能测CO
【文档编号】G01M99/00GK105865823SQ201610348051
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】李常有, 张亚楠, 张义民, 黄贤振, 张旭方, 朱丽莎, 姚国, 吕昊, 吕航原, 谭学飞
【申请人】东北大学