双刀架可靠性试验装置的制作方法

本实用新型属于机械自动化领域，涉及一种双刀架可靠性试验装置及利用双刀架可靠性试验装置进行检测刀架回转精度的方法。

背景技术：

随着现代工业的蓬勃发展，数控车床成为了在机械制造领域里最广泛应用的设备之一，其中数控转塔刀架是数控车床的重要功能部件之一，其可靠性对车床的寿命有很大影响。刀盘回转精度是数控刀架的重要参数，其影响一批零件加工的一致性，在实际生产中对产品质量有巨大的影响。

在具体加载方案的设计上，目前工厂以单刀架加载为主，电液伺服加载系统也只是控制一个加载杆对一个刀架进行加载试验，目前并没有双刀架联合加载的专利。以往的刀架加载方式只有一个加载力杆，并没有辅助加载装置，加载力的精确度不高。本实用新型不仅有加载力杆，还有与加载力杆配套的辅助加载装置，可以同时对两个刀架进行径向力和轴向力的加载，能够有效模拟实际工况。

目前我国高校和一些机床厂对数控转塔刀架的回转精度有一定的研究，能够用来检测刀盘回转精度的方法有很多：球柄仪检测法、激光干涉仪、自准直仪配合正多面棱体等方法。但在生产实践中，考虑到检测设备的通用性、稳定性要求，国内外生产厂家检测数控转塔刀架回转精度主要是用激光干涉仪来完成。

在实际生产加工中，采用双刀架机床对零件进行加工能有效提高生产效率，降低生产成本。然而，目前国内对于双刀架加载下的回转精度的检测方法和手段尚不成熟。因此，对数控转塔刀架提出一套在载荷作用下的回转精度检测方法就显得十分重要。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是设计了一种能够同时对两个数控刀架进行可靠性试验的刀盘相对放置式双刀架试验装置，还提供了两个刀架均处在模拟切削力作用下同时检测两个刀架回转精度的方法。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下方案实现的：

一种双刀架可靠性试验装置，包括底座支撑部分、切削力加载装置、自动控制装置、数控刀架部分和安装在数控刀架部分上的检测装置部分；

所述的切削力加载装置包括加载液压缸21、加载力杆22、双叉加载头23、辅助力加载装置24、转动锁紧机构25和液压缸支撑结构26；

所述双叉加载头23安装在加载力杆22上，加载力杆22固定在加载液压缸21上，加载液压缸21通过连接板固定在转动锁紧机构25上；转动锁紧机构25固定在液压缸支撑结构26上；所述的辅助力加载装置24固定在底座支撑部分中的地平铁01上；

所述自动控制装置包括X方向移动平台06、X方向移动平台电机、XY导轨、光电编码器；

所述XY导轨上设有XY导轨电机，XY导轨固定在底座支撑部分中的平台基体上；X方向移动平台电机安装在X方向移动平台06上，X方向移动平台06与底座支撑部分中的加载基座27固定为一体；所述光电编码器安装在XY导轨上；

所述液压缸支撑结构26安装在X方向移动平台06上；

所述数控刀架部分安装在XY导轨上。

技术方案中所述辅助力加载装置24包括电机41、联轴器42、锥齿轮轴43、轴承44、锥齿轮A47、锥齿轮B48、螺杆轴A46、螺杆轴B49、螺母A45和螺母B50；

电机41安装在辅助力加载装置24最下方，电机伸出端与联轴器42连接，联轴器另一端与锥齿轮轴43连接，锥齿轮轴43通过轴承44固定；锥齿轮轴43上的轮齿与锥齿轮A47、锥齿轮B48啮合，锥齿轮A47、锥齿轮B48通过平键分别与螺杆轴A46、螺杆轴B49连接，螺母A45、螺母B50通过螺纹分别旋合在螺杆轴A46、螺杆轴B49上。

技术方案中所述自动控制装置的XY导轨有2个，分别为XY导轨A03、XY导轨B09；XY导轨电机共4个，每个XY导轨上设有两个XY导轨电机；

光电编码器设有5个，XY导轨A03的X方向行程上、Y方向行程上各安装1个；XY导轨B09的X方向行程上、Y方向行程上各安装1个；X方向移动平台06的X方向行程上安装1个。

所述的数控刀架部分设有两个相同的刀架：数控刀架A04、数控刀架B08，两个数控刀架分别安装在两个XY导轨上。

技术方案中所述的底座支撑部分中的平台基体分别为平台基体A02、平台基体B10；

所述的平台基体A02、平台基体B10固定在地平铁01上；XY导轨03和XY导轨09固定在平台基体A02和平台基体B10的斜面上；

所述的加载基座27的底部边缘有U型槽和环形槽，通过T型螺栓将平台基体固定在地平铁上；所述加载基座上设有通孔，用来连接X方向移动平台06。

技术方案中所述检测装置包括反射镜30、半透镜29、上位PC机和安装在地平铁01上的激光干涉仪28；

所述半透镜29安装在数控刀架A04上，反射镜30安装在数控刀架B08上；

所述上位PC机放置在切削力加载部分附近；

所述激光干涉仪28包括激光发射端和激光接收端，发射和接收激光信号。

一种用双刀架可靠性试验装置检测刀架回转精度的方法，包括以下步骤：

步骤一：对双刀架进行加载：

对双刀架进行加载过程包括程序自动控制数控刀架的位置和程序自动控制施加载荷过程两部分。

程序对数控刀架位置的自动控制体现在控制XY导轨03、XY导轨09的X方向和Y方向移动距离；程序对施加载荷过程的自动控制体现在控制切削力加载装置07到达指定位置和控制加载过程。

步骤二：对数控刀架A04、数控刀架B08的回转精度进行检测：

驱动电液伺服加载系统进行加载，当两个数控刀架处于相同切削力载荷作用下时开始检测，具体步骤如下：

第一步：打开控制柜05，打开激光干涉仪28，启动检测处理程序；

第二步：激光干涉仪28的发射端发出信号，激光到达半透镜29后，一半的光被反射，原路返回至激光干涉仪28，一半的光被折射，到达反射镜30；

第三步：到达反射镜30的激光被反射镜30反射后到达激光干涉仪28的接收端；

第四步：接收端将信号传输到控制柜05上，控制柜05上的检测处理程序对反馈的信号进行滤波处理；滤波够信号通过RS232将信号传输给上位PC机，上位PC机进一步处理得到数控刀架A04和数控刀架B08的回转精度。

技术方案步骤一中所述的对数控刀架位置的自动控制就是控制XY导轨03、XY导轨09的X方向和Y方向移动距离，控制步骤如下：

第一步：程序开始后分别输入X方向、Y方向光电编码器的设定值；

第二步：判断X方向、Y方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，通知主线程序发送电机驱动指令；

第三步：查询光电编码器的反馈值，再次判断X方向、Y方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，程序循环，直至X方向、Y方向分别到达指定位置。

技术方案步骤一中所述的控制切削力加载装置到达指定位置就是对X方向移动平台06移动距离的自动控制，具体控制步骤如下：

第一步：程序开始后输入X方向光电编码器的设定值；

第二步：判断X方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，通知主线程序发送电机驱动指令；

第三步：查询光电编码器的反馈值，再次判断X方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，程序循环，直至X方向到达指定位置。

技术方案步骤一中所述的控制加载过程就是控制切削力加载装置07在指定位置进行加载试验，具体步骤有如下四步：

第一步：启动程序，输入X方向查询X方向移动平台06上光电编码器的设定值，判断切削力加载装置07在X方向上是否到达指定位置。

第二步：若切削力加载装置07在X方向上到达指定位置，则进行第三步；若没有到达指定位置，则主线程序发送驱动电机指令，查询X方向光电编码器的反馈值，直至切削力加载装置07在X方向上到达指定位置。

第三步：在程序中输入试验时间，然后主线程序发送加载指令，液压缸21进行加载。

第四步：判断加载试验是否到达输入时间，若是，主线程序发送卸载指令，液压缸21卸载，退回原位置，程序结束；若否，主线程序继续发送加载指令，液压缸21进行加载，直至满足试验设定时间。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益技术效果：

1、本实用新型设计了一种能够同时对两个数控刀架进行可靠性试验的刀盘相对放置式双刀架试验装置，这种试验装置不仅能够精确模拟实际工况的切削力，切削力加载装置还能够同时对两个数控刀架进行加载，提高了试验效率，在实际生产中可有效提高生产效率，缩短生产时间，降低生产成本。

2、本实用新型在这个可靠性试验装置上提出了在模拟切削力作用下实现刀架回转精度检测的方法，检测得到的刀盘回转精度是在切削力作用下的回转精度，而不是刀架空转时的回转精度，因此，得到的检测结果更接近刀架在实际生产时其回转精度，比刀架空转时检测得到的结果更有研究价值。

3、双刀架可靠性试验装置检测双刀架回转精度的方法同时测得2个刀架的回转精度，不需要调整试验过程中的数控刀架A04和数控刀架B08。也就是说，该检测方法可以测试验过程中任意时刻数控刀架A04和数控刀架B08的回转精度做到了实时监控，能够在第一时间发现故障。

4、本实用新型双刀架可靠性试验装置还具有自动控制能力，既能实现对数控刀架位置的自动控制，也能实现对切削力加载装置位置的自动控制，无需人为调节，简化了试验步骤，缩短了试验准备时间。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型所述双刀架可靠性试验装置整体结构示意图；

图2是平台基体螺纹孔位置示意图；

图3-1是XY导轨工作平台台面T型槽俯视图；

图3-2是XY导轨工作平台台面A-A剖视图；

图3-3是XY导轨工作平台台面B-B剖视图；

图4-1是双叉加载头旋合在加载液压缸的示意图；

图4-2是切削力加载装置示意图；

图5是辅助力加载装置示意图；

图6是本实用新型所述的利用双刀架可靠性试验装置检测双刀架回转精度的方法的逻辑框图；

图7是对数控刀架位置自动控制的流程图；

图8是对加载液压缸位置自动控制的流程图；

图9是对加载液压缸加载过程自动控制的流程图；

图10是对双刀架回转精度检测过程的示意图；

图中：

01 地平铁、02 平台基体A、03 XY导轨A、04 数控刀架A、05 控制柜、06 X方向移动平台、07 切削力加载装置、08 数控刀架B、09 XY导轨B、10 平台基体B、11 液压站装置、12 激光干涉仪支架、21 加载液压缸、22 加载力杆、23 双叉加载头、24 辅助力加载装置、25 转动锁紧机构、26 液压缸支撑结构、27 加载基座、28 激光干涉仪、29 半透镜、30 反射镜、41 电机、42 联轴器、43 锥齿轮轴、44 轴承、45 螺母A、46 螺杆轴A、47 锥齿轮A、48 锥齿轮B、49 螺杆轴B、50 螺母B。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1，本实用新型所述的双刀架可靠性试验装置由底座支撑部分、切削力加载装置、自动控制装置、数控刀架部分、检测装置、液压站部分组成。具体包括地平铁01、平台基体A02、XY导轨03、数控刀架A04、控制柜05、X方向移动平台06、切削力加载装置07、数控刀架B08、XY导轨09、平台基体B10、液压站装置11、激光干涉仪支架12等部件。

所述的数控刀架部分分为2个相同的刀架：数控刀架A04、数控刀架B08，2个数控刀架通过T型螺栓分别安装在两个XY导轨上。

所述的液压站放置在试验装置附近，用来保证试验过程中对数控刀架充分供油。

一、底座支撑部分

所述的底座支撑部分由地平铁01、平台基体A02、平台基体B10、加载基座27组成；所述的平台基体A02、平台基体B10通过T型螺栓螺安装在地平铁01上。参见图2，平台基体A02和平台基体B10的斜面上有螺栓孔，用来安装XY导轨03和XY导轨09，连接件为螺栓；参见图3-1、3-2、3-3，XY导轨03和XY导轨09的工作平台面开有T型槽，以保证能够安装不同厂家、不同规格的刀架。平台基体底部边缘有U型槽和环形槽，通过T型螺栓保证U型槽、环形槽与地平铁T型槽的配合，达到两个平台基体分别固定在地平铁上的效果。所述的加载基座27的底部边缘有U型槽和环形槽，可以通过T型螺栓将平台基体固定在地平铁上。加载基座是一个空心箱体类零件，制造加工时由几块铁板焊接而成。通过焊接工艺加工成的加载基座顶部有通孔，通孔布置在焊接上板，用来连接X方向移动平台。

二、切削力加载装置

参见图4-1、4-2，所述的切削力加载装置包括加载液压缸21，加载力杆22、双叉加载头23、辅助力加载装置24、转动锁紧机构25和液压缸支撑结构26。

所述的切削力加载装置包含的加载力杆22、双叉加载头23安装在加载液压缸21的伸出端，加载液压缸21通过T型螺母安装在一块连接板上，连接板上有螺栓孔，用螺栓将连接板固定在在转动锁紧机构25上。转动锁紧机构25安装在液压缸支撑结构26上。

加载力杆22与加载液压缸21作为一个整体，而双叉加载头23可通过内外螺纹配合旋合在加载力杆22。当数控刀架A04和数控刀架B08同时受切削力加载时，则将双叉加载头23旋合在加载力杆22上。当数控刀架A04和数控刀架B08只有一个受切削力加载时，则将双叉加载头23从加载力杆22上拧下。

所述的加载液压缸21由专门的液压缸支撑结构26支撑，支撑部分安装有转动锁紧机构25。转动锁紧机构25其实就是一个转动副，可实现加载力杆22在平面内的转动。并且加载液压缸21，加载力杆22、双叉加载头23、转动锁紧机构25和液压缸支撑结构26整体安装在X方向移动平台06上，实现加载力杆的转动平面变成了许多个平行平面的集合，加载力的空间加载范围明显扩大。所述的液压缸支撑结构26底部有沉头孔，X方向移动平台的工作台面上有与之对应的螺纹孔，用螺钉连接液压缸支撑结构与X方向移动平台。

所述的辅助力加载装置24通过T型螺栓螺安装在地平铁01上。安装的具体位置由液压缸的实际加载位置决定，辅助力加载装置加载的力与液压缸加载的力在空间上相互垂直以保证模拟刀杆受力情况与实际工况吻合。辅助力加载装置24的结构参见图5，包括：电机41、联轴器42、锥齿轮轴43、轴承44、锥齿轮A47、锥齿轮B48、螺杆轴A46、螺杆轴B49、螺母A45、螺母B50等。当操作人员用控制柜05对辅助力加载装置24下达加载指令时，电机41带动锥齿轮轴43转动，锥齿轮A47、锥齿轮B48则跟着转动，锥齿轮A47、锥齿轮B48通过平键分别与螺杆轴A46、螺杆轴B49连接，带动螺杆轴A46、螺杆轴B49转动，螺杆机构采用螺杆转动螺母移动的安装方式，带动螺杆轴转动螺母则会移动。螺母A45、螺母B50的移动也就实现了辅助力加载装置伸出端的伸缩，实现了轴向力的加载和卸载。

本实用新型涉及的辅助力加载装置对刀架轴向力的加载是通过“螺杆机构”实现的。本实用新型涉及的“螺杆机构”具体包括螺母A45、螺杆轴A46、螺杆轴B49和螺母B50四个部件，是辅助力加载装置的一部分。“螺杆机构”有螺杆转动螺母移动、螺杆固定螺母转动且移动、螺母固定螺杆转动且移动、螺母转动螺杆移动四种安装方式。本实用新型采用螺杆转动螺母移动的安装方式：对螺杆轴A46、螺杆轴B49采取两端支撑，使得螺杆轴A46、螺杆轴B49只能绕自身轴线旋转，无法轴向移动；螺杆轴A46、螺杆轴B49转动时在螺纹处会产生轴向力，轴向力作用在螺母A45和螺母B50上螺母A45和螺母B50则会移动，而螺杆轴A46、螺杆轴B49受的轴向力则会被两端支撑件平衡掉。螺母A45、螺母B50的移动也就实现了辅助力加载装置伸出端的伸缩，实现了轴向力的加载和卸载。

设置辅助力加载装置24目的是对数控刀架A04和数控刀架B08进行轴向加载，辅助力加载装置提供的轴向力与加载液压缸21提供的径向加载力结合就可完全等同数控刀架在实际工况下的真实受力。在这种模拟切削力作用下测得的刀架回转精度值更接近实际工况下的真实值。

三、自动控制装置

自动控制装置包括X方向移动平台06、X方向移动平台电机、XY导轨A03、XY导轨B09、XY导轨电机、光电编码器、控制柜05。

自动控制装置的XY导轨有2个，分别为XY导轨A03、XY导轨B09；XY导轨电机共4个，每个XY导轨上两个XY导轨电机，两个电机呈相互垂直的位置关系。XY导轨底部还打有螺栓孔，通过螺栓孔可以将XY导轨牢牢地固定在平台基体上。每个电机都能控制1个方向的行程，进而控制数控刀架A04、数控刀架B08的空间位置。所述的X方向移动平台电机安装在X方向移动平台06上，X方向移动平台底部有螺栓孔，用螺栓将X方向移动平台06与加载基座27连接。X方向移动平台工作平台06上有与液压缸支撑结构26对应的螺纹孔，用螺钉连接液压缸支撑结构26与X方向移动平台06。XY导轨电机、X方向移动平台电机都受控制柜05控制，控制柜05放置在地平铁01旁边。光电编码器有5个，XY导轨A03的X方向行程上、Y方向行程上各安装1个；XY导轨B09的X方向行程上、Y方向行程上各安装1个；X方向移动平台06的X方向行程上安装1个。

四、检测装置

检测装置包括激光干涉仪28、反射镜30、半透镜29、上位PC机。所述的激光干涉仪28包括激光发射端和激光接收端，可以发射和接收激光信号。所述的半透镜29安装在数控刀架A04上，反射镜30安装在数控刀架B08上。所述的检测装置的激光干涉仪28用支架安装在地平铁01上，上位PC机放置在切削力加载装置附近。

五、刀架回转精度检测步骤

刀盘回转精度是数控刀架的重要参数，其影响一批零件加工的一致性，在实际生产中对产品质量有巨大的影响，是数控机床可靠性试验必须检测的一项指标。因此，本实用新型利用激光干涉仪28、半透镜29、反射镜30、上位PC机等设备对刀架的回转精度进行检测，同时提出了当数控刀架A04、数控刀架B08同时受动态切削力作用时对两个刀架的回转精度进行检测的方法。本方法与现有的回转精度检测方法的主要区别在于本方法检测到的回转精度是在双刀架受切削力载荷作用下得到的，而不是刀架空转时检测到的，检测结果更接近实际工况值，更具有研究意义。

对两个刀架的回转精度进行检测时首先要对双刀架进行加载。目前模拟切削力加载的控制方式多为手动控制，本实用新型涉及的模拟切削力加载过程是通过程序自动控制数控刀架和加载杆完成的。

自动控制功能的实现体现在对XY导轨03、XY导轨09两个方向的位置和X方向移动平台06上加载机构的位置，以及对所述的加载杆的加载过程的自动控制。

1.对数控刀架位置的自动控制

所述的对数控刀架位置的自动控制就是对XY导轨03、XY导轨09位置的自动控制。参见图7，控制步骤如下：

第一步：程序开始后分别输入X方向、Y方向光电编码器的设定值；

第二步：判断X方向、Y方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，通知主线程序发送电机驱动指令；

第三步：查询光电编码器的反馈值，再次判断X方向、Y方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，程序循环，直至X方向、Y方向分别到达指定位置。

2.对加载机构位置的自动控制

所述的对加载机构位置的自动控制就是对X方向移动平台位置的自动控制。参见图8，控制步骤如下：

第一步：程序开始后输入X方向光电编码器的设定值；

第二步：判断X方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，通知主线程序发送电机驱动指令；

第三步：查询光电编码器的反馈值，再次判断X方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，程序循环，直至X方向到达指定位置。

3.对加载杆加载过程的自动控制

所述的对加载杆加载过程的自动控制包括两部分：控制加载机构到达指定位置、控制加载在指定位置进行加载试验。所有控制程序储存在控制柜05上。参见图9，控制加载机构到达指定位置的控制步骤如下：

第一步：程序开始后输入X方向光电编码器的反馈值，判断X方向是否到达指定位置，若是，程序结束；若否，通知主线程序发送电机驱动指令；

第二步：查询光电编码器的反馈值，再次判断X方向是否到达指定位置，若是，程序进入下一步；若否，程序循环，直至X方向到达指定位置。

参见图9，所述的控制切削力加载装置在指定位置进行加载试验的控制步骤有如下四步：

第一步：启动程序，输入X方向查询X方向移动平台06上光电编码器的设定值，判断切削力加载装置07在X方向上是否到达指定位置。

第二步：若切削力加载装置07在X方向上到达指定位置，则进行第三步；若没有到达指定位置，则主线程序发送驱动电机指令，查询X方向光电编码器的反馈值，直至切削力加载装置07在X方向上到达指定位置。

第三步：在程序中输入试验时间，然后主线程序发送加载指令，液压缸21进行加载。

第四步：判断加载试验是否到达输入时间，若是，主线程序发送卸载指令，液压缸21卸载，退回原位置，程序结束；若否，主线程序机械发送加载指令，液压缸21进行加载，直至满足试验设定时间。

以上步骤完成后，数控刀架A04、数控刀架B08就已经同时处在动态切削力载荷作用下了。此时采用本实用新型涉及的回转精度的检测方法对数控刀架A04、数控刀架B08的回转精度进行检测。

本方法是这样使用的：由于本方法是在两刀架同时受动态切削力作用时对其回转精度进行检测，所以测试前要完成对两刀架的加载工作。进行双刀架回转精度检测试验时，先驱动电液伺服加载系统进行加载，当两个数控刀架处于相同切削力载荷作用下时开始检测。参见图10，具体步骤如下：

第一步：在控制柜05上调出预设的检测处理程序，打开激光干涉仪28，启动程序；

第二步：激光干涉仪28的发射端发出信号，激光到达半透镜29后，一半的光被反射，原路返回至激光干涉仪28，一半的光被折射，到达反射镜30；

第三步：到达反射镜30的激光被反射镜30反射后到达激光头28的激光接收端；

第四步：接收端将信号传输到控制柜05上，控制柜05上的检测处理程序对反馈的信号进行滤波处理后通过RS232将信号传输给上位PC机，上位PC机通过预设程序进行下一步处理，最终得出数控刀架A04和数控刀架B08的回转精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。