一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置的制作方法

本实用新型属于机床性能测试技术领域，特别是涉及一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置。

背景技术：

目前，对于数控机床中的五轴双摆头龙门铣床，通过五轴联动可满足复杂曲面零件的高精度加工，且在诸多行业内成为了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。

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。

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。

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。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置，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。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置，包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件及Z向切削力加载组件，所述X向切削力加载组件包括X向导轨、X向导轨安装座、X向滑块、X向波纹阻尼管、X向阻尼管导向法兰盘及X向阻尼管导向光轴；所述Y向切削力加载组件包括Y向导轨、Y向导轨安装座、Y向滑块、Y向波纹阻尼管、Y向阻尼管导向法兰盘及Y向阻尼管导向光轴；所述Z向切削力加载组件包括Z向立柱、Z向波纹阻尼管、Z向阻尼管导向法兰盘及Z向阻尼管导向光轴；

所述Y向导轨安装座水平设置，Y向导轨水平固装在Y向导轨安装座上端面，Y向滑块设置在Y向导轨上；所述Y向波纹阻尼管位于Y向导轨安装座中部，Y向波纹阻尼管与Y向导轨相平行，Y向波纹阻尼管一端设为开口端，Y向波纹阻尼管开口端固定在Y向导轨安装座上，Y向波纹阻尼管另一端设为封闭端，Y向波纹阻尼管封闭端固定在Y向阻尼管导向法兰盘上，Y向阻尼管导向法兰盘套装于Y向阻尼管导向光轴上，两者滑动配合，Y向阻尼管导向光轴固装在Y向导轨安装座内，Y向阻尼管导向光轴与Y向导轨相平行；所述Y向波纹阻尼管充填有液压油，Y向波纹阻尼管开口端与液压油源相通，在Y向波纹阻尼管开口端与液压油源之间的液压管路上连接有Y向节流阀和Y向压力表，在Y向波纹阻尼管开口端与Y向节流阀之间的液压管路上连接有Y向液压保压系统；

所述X向导轨安装座水平固装在Y向滑块上，X向导轨水平固装在X向导轨安装座上端面，X向滑块设置在X向导轨上，X向导轨与Y向导轨相垂直，X向导轨安装座与Y向阻尼管导向法兰盘固定连接在一起；所述X向波纹阻尼管位于X向导轨安装座中部，X向波纹阻尼管与X向导轨相平行，X向波纹阻尼管一端设为开口端，X向波纹阻尼管开口端固定在X向导轨安装座上，X向波纹阻尼管另一端设为封闭端，X向波纹阻尼管封闭端固定在X向阻尼管导向法兰盘上，X向阻尼管导向法兰盘套装于X向阻尼管导向光轴上，两者滑动配合，X向阻尼管导向光轴固装在X向导轨安装座内，X向阻尼管导向光轴与X向导轨相平行；所述X向波纹阻尼管内充填有液压油，X向波纹阻尼管开口端与液压油源相通，在X向波纹阻尼管开口端与液压油源之间的液压管路上连接有X向节流阀和X向压力表，在X向波纹阻尼管开口端与X向节流阀之间的液压管路上连接有X向液压保压系统；

所述Z向立柱竖直固装在X向滑块上，Z向波纹阻尼管竖直设置在Z向立柱中部，Z向波纹阻尼管一端设为开口端，Z向波纹阻尼管开口端固定在Z向立柱上，Z向波纹阻尼管另一端设为封闭端，Z向波纹阻尼管封闭端固定在Z向阻尼管导向法兰盘上，Z向阻尼管导向法兰盘套装于Z向阻尼管导向光轴上，两者滑动配合，Z向阻尼管导向光轴竖直固装在Z向立柱内；所述Z向波纹阻尼管内充填有液压油，Z向波纹阻尼管开口端与液压油源相通，在Z向波纹阻尼管开口端与液压油源之间的液压管路上连接有Z向节流阀和Z向压力表，在Z向波纹阻 尼管开口端与Z向节流阀之间的液压管路上连接有Z向液压保压系统。

在所述Z向阻尼管导向法兰盘上水平固连有一根悬臂梁，在悬臂梁上设置有摆头回转向切削力加载组件，摆头回转向切削力加载组件包括球面底座、球头杆、球面环形压盖及预紧螺栓，球面底座固装在悬臂梁上端面，球头杆球头端朝下设置在球面底座内，球面环形压盖套装在球头杆上且位于球头端上方，球面环形压盖与球面底座之间通过预紧螺栓相连，球头杆球头端限定于球面环形压盖与球面底座之间，球头杆球头端与球面底座及球面环形压盖滑动接触配合，在球头杆球头端与球面底座及球面环形压盖的滑动接触面之间加装有阻尼片。

所述Y向切削力加载组件共设置有两套且平行分布，X向切削力加载组件及Z向切削力加载组件均设置有一套，且X向切削力加载组件的X向导轨安装座与两套Y向切削力加载组件的Y向滑块同时固连。

在所述Y向切削力加载组件的Y向导轨安装座下方固装有结构刚性加强底座，在结构刚性加强底座上设置有加强筋立板，在加强筋立板顶端平行安装有两根Y向导向光杆，Y向导向光杆与Y向导轨相平行，两根Y向导向光杆之间连接有一根X向导向光杆，X向导向光杆与Y向导向光杆相垂直，X向导向光杆与Y向导向光杆滑动连接配合，在X向导向光杆上套装有一个滑动套筒，滑动套筒外筒壁与Z向立柱固定连接在一起。

所述的五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一个需要进行性能测试的五轴双摆头龙门铣床，将模拟切削力加载装置吊装到五轴双摆头龙门铣床的工作台上并进行固定；

步骤二：将机床刀具主轴与球头杆杆体固定连接在一起，再分别将X向波纹阻尼管、Y向波纹阻尼管及Z向波纹阻尼管与液压油源接通，同时启动X向液压保压系统、Y向液压保压系统及Z向液压保压系统；

步骤三：设定一组切削力；

步骤四：分别调节X向节流阀、Y向节流阀及Z向节流阀的阀口开度，使X向波纹阻尼管、Y向波纹阻尼管及Z向波纹阻尼管内的液压油吸排阻力等于所设定的切削力，再利用扭力扳手拧紧预紧螺栓，使球头杆球头端与球面底座及球面环形压盖之间的摩擦力等于所设定的切削力；由于液压油吸排阻力无法直接读取，通过压力表只能直接读出压强值，而压强值需要通过计算得到，计算公式为P＝F/S，式中，P为压强值，F为液压油吸排阻力，S为设定开度下的节流阀阀口横截面积；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＝KF′d/μ，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；

步骤五：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；

步骤六：重新设定切削力，重复步骤四及步骤五，完成不同切削力条件下的机床性能测试。

本实用新型的有益效果：

本实用新型与现有技术相比，提供了一种全新的机床性能测试手段，通过全新设计的五轴双摆头龙门铣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

图1为本实用新型的一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置立体图；

图2为本实用新型的一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置俯视图；

图3为安装有回转向切削力加载组件的Z向切削力加载组件结构示意图；

图中，1—X向导轨，2—X向导轨安装座，3—X向滑块，4—X向波纹阻尼管，5—X向阻尼管导向法兰盘，6—X向阻尼管导向光轴，7—Y向导轨，8—Y向导轨安装座，9—Y向滑块，10—Y向波纹阻尼管，11—Y向阻尼管导向法兰盘，12—Y向阻尼管导向光轴，13—Z向立柱，14—Z向波纹阻尼管，15—Z向阻尼管导向法兰盘，16—Z向阻尼管导向光轴，17—悬臂梁，18—球面底座，19—球头杆，20—球面环形压盖，21—预紧螺栓，22—结构刚性加强底座，23—加强筋立板，24—Y向导向光杆，25—X向导向光杆，26—滑动套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1、2、3所示，一种五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置，包括X向切削力加载组件、Y向切削力加载组件及Z向切削力加载组件，所述X向切削力加载组件包括X向导轨1、X向导轨安装座2、X向滑块3、X向波纹阻尼管4、X向阻尼管导向法兰盘5及X向阻尼管导向光轴6；所述Y向切削力加载组件包括Y向导轨7、Y向导轨安装座8、Y向滑块9、Y向波纹阻尼管10、Y向阻尼管导向法兰盘11及Y向阻尼管导向光轴12；所述Z向切削力加载组件包括Z向立柱13、Z向波纹阻尼管14、Z向阻尼管导向法兰盘15及Z向阻尼管导向光轴16；

所述Y向导轨安装座8水平设置，Y向导轨7水平固装在Y向导轨安装座8上端面，Y向滑块9设置在Y向导轨7上；所述Y向波纹阻尼管10位于Y向导轨安装座8中部，Y向波纹阻尼管10与Y向导轨7相平行，Y向波纹阻尼管10一端设为开口端，Y向波纹阻尼管10开口端固定在Y向导轨安装座8上，Y向波纹阻尼管10另一端设为封闭端，Y向波纹阻尼管10 封闭端固定在Y向阻尼管导向法兰盘11上，Y向阻尼管导向法兰盘11套装于Y向阻尼管导向光轴12上，两者滑动配合，Y向阻尼管导向光轴12固装在Y向导轨安装座8内，Y向阻尼管导向光轴12与Y向导轨7相平行；所述Y向波纹阻尼管10充填有液压油，Y向波纹阻尼管10开口端与液压油源相通，在Y向波纹阻尼管10开口端与液压油源之间的液压管路上连接有Y向节流阀和Y向压力表，在Y向波纹阻尼管10开口端与Y向节流阀之间的液压管路上连接有液压保压系统；

所述X向导轨安装座2水平固装在Y向滑块9上，X向导轨1水平固装在X向导轨安装座2上端面，X向滑块3设置在X向导轨1上，X向导轨1与Y向导轨7相垂直，X向导轨安装座2与Y向阻尼管导向法兰盘11固定连接在一起；所述X向波纹阻尼管4位于X向导轨安装座2中部，X向波纹阻尼管4与X向导轨1相平行，X向波纹阻尼管4一端设为开口端，X向波纹阻尼管4开口端固定在X向导轨安装座2上，X向波纹阻尼管4另一端设为封闭端，X向波纹阻尼管4封闭端固定在X向阻尼管导向法兰盘5上，X向阻尼管导向法兰盘5套装于X向阻尼管导向光轴6上，两者滑动配合，X向阻尼管导向光轴6固装在X向导轨安装座2内，X向阻尼管导向光轴6与X向导轨1相平行；所述X向波纹阻尼管4内充填有液压油，X向波纹阻尼管4开口端与液压油源相通，在X向波纹阻尼管4开口端与液压油源之间的液压管路上连接有X向节流阀和X向压力表，在X向波纹阻尼管4开口端与X向节流阀之间的液压管路上连接有液压保压系统；

所述Z向立柱13竖直固装在X向滑块3上，Z向波纹阻尼管14竖直设置在Z向立柱13中部，Z向波纹阻尼管14一端设为开口端，Z向波纹阻尼管14开口端固定在Z向立柱13上，Z向波纹阻尼管14另一端设为封闭端，Z向波纹阻尼管14封闭端固定在Z向阻尼管导向法兰盘15上，Z向阻尼管导向法兰盘15套装于Z向阻尼管导向光轴16上，两者滑动配合，Z向阻尼管导向光轴16竖直固装在Z向立柱13内；所述Z向波纹阻尼管14内充填有液压油，Z向波纹阻尼管14开口端与液压油源相通，在Z向波纹阻尼管14开口端与液压油源之间的液压管路上连接有Z向节流阀和Z向压力表，在Z向波纹阻尼管14开口端与Z向节流阀之间的液压管路上连接有液压保压系统。

在所述Z向阻尼管导向法兰盘15上水平固连有一根悬臂梁17，在悬臂梁17上设置有摆头回转向切削力加载组件，摆头回转向切削力加载组件包括球面底座18、球头杆19、球面环形压盖20及预紧螺栓21，球面底座18固装在悬臂梁17上端面，球头杆19球头端朝下设置在球面底座18内，球面环形压盖20套装在球头杆19上且位于球头端上方，球面环形压盖20与球面底座18之间通过预紧螺栓21相连，球头杆19球头端限定于球面环形压盖20与球面底座18之间，球头杆19球头端与球面底座18及球面环形压盖20滑动接触配合，在球头 杆19球头端与球面底座18及球面环形压盖20的滑动接触面之间加装有阻尼片。

所述Y向切削力加载组件共设置有两套且平行分布，X向切削力加载组件及Z向切削力加载组件均设置有一套，且X向切削力加载组件的X向导轨安装座2与两套Y向切削力加载组件的Y向滑块9同时固连。

在所述Y向切削力加载组件的Y向导轨安装座8下方固装有结构刚性加强底座22，在结构刚性加强底座22上设置有加强筋立板23，在加强筋立板23顶端平行安装有两根Y向导向光杆24，Y向导向光杆24与Y向导轨7相平行，两根Y向导向光杆24之间连接有一根X向导向光杆25，X向导向光杆25与Y向导向光杆24相垂直，X向导向光杆25与Y向导向光杆24滑动连接配合，在X向导向光杆25上套装有一个滑动套筒26，滑动套筒26外筒壁与Z向立柱13固定连接在一起。

所述的五轴双摆头龙门铣床模拟切削力加载装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一个需要进行性能测试的五轴双摆头龙门铣床，将模拟切削力加载装置吊装到五轴双摆头龙门铣床的工作台上并进行固定；

步骤二：将机床刀具主轴与球头杆19杆体固定连接在一起，再分别将X向波纹阻尼管4、Y向波纹阻尼管10及Z向波纹阻尼管14与液压油源接通，同时启动X向液压保压系统、Y向液压保压系统及Z向液压保压系统；

步骤三：设定一组切削力；

步骤四：分别调节X向节流阀、Y向节流阀及Z向节流阀的阀口开度，使X向波纹阻尼管4、Y向波纹阻尼管10及Z向波纹阻尼管14内的液压油吸排阻力等于所设定的切削力，再利用扭力扳手拧紧预紧螺栓21，使球头杆19球头端与球面底座18及球面环形压盖20之间的摩擦力等于所设定的切削力；由于液压油吸排阻力无法直接读取，通过压力表只能直接读出压强值，而压强值需要通过计算得到，计算公式为P＝F/S，式中，P为压强值，F为液压油吸排阻力，S为设定开度下的节流阀阀口横截面积；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＝KF′d/μ，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；

步骤五：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；

步骤六：重新设定切削力，重复步骤四及步骤五，完成不同切削力条件下的机床性能测试。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的 等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。