一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构及使用方法与流程

本发明属于模拟铣削力加载机构技术领域，具体涉及一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构及使用方法。

背景技术：

数控机床是制造装备业的工作母机,是实现先进制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。随着工业化的发展，五轴联动数控机床被认为是航空航天、船舶、精密仪器、发电等行业加工关键部件的最重要加工工具。作为难度最大、应用范围最广的数控机床技术，五轴联动数控机床在加工方面有着其不可替代的优点：1、能够加工一般三轴联动机床不能加工或者无法一次装夹加工完成的连续光滑的自由曲面。例如航空发动机转子、大型发电机转子、大型船舶螺旋桨等。由于五轴联动数控机床在加工过程中刀具相对于工件的角度可以随时调整，避免了刀具的加工千涉，因此五轴联动数控机床可以完成三轴联动机床不能完成的许多复杂的加工；2、可以提高自由空间曲面的加工精度、加工效率和加工质量。相对于三轴数控机床加工一般的型腔复杂的工件，五轴数控机床可以在一次装夹中完成加工，并且由于五轴数控机床加工时可以随时调整位姿角，五轴数控机床可以以更好的角度加工工件，避免了多次装夹，大大提高了加工效率、加工质量和加工精度；3、符合机床发展的趋势。在零件加工过程中，大量的时间被消耗在搬运工件、上下料、安装调整等时间上，为了尽可能减少这些时间，人们希望可以用一台机床完成尽量多的加工。五轴数控机床可以完成数台三轴数控机床才能完成的加工任务，大大节省了占地空间和工件在不同加工单元之间运转的时间和花费。五轴联动数控机床的重要作用使其成为当今机床工业发展的热点和重点。

五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

五轴联动数控机床有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适合越来越复杂的高档、先进模具的加工以及汽车零部件、飞机结构件等精密、复杂零件的加工。众所周知，发达国家直到现在还在限制五轴联动数控系统和机床对中国的出口，如果用户使用国外的数控系统，就必须签署严格的定向使用协定，并接受检查。

综上所述，随着五轴联动铣车机床的不断发展，为了保证机床切削性能也跟着逐步提高，有必要从动力学、结构疲劳、可靠性等多角度分析机床切削过程中的各项指标和参数，设计出可靠的五轴联动铣车机床切削力模拟加载装置，对机床进行校核检验，进而改善机床的研发设计和生产。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构及其使用方法，能够真实模拟刀架与工件、工件与夹具的约束条件，又能集中施加近似真实工况下的五轴联动数控机床的受力情况，提高了测试的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构，包括试验台底座，所述试验台底座顶部四角处设置有圆缸，左右端两个所述圆缸之间设置有光轴座支架，且光轴座支架外侧壁底部与试验台底座之间设置有角码，所述光轴座支架顶部对称设置有光轴座，所述光轴座侧壁中上部设置有顶丝，所述光轴座中部设置有安装轴，且安装轴轴线与顶丝轴线垂直，所述圆缸顶部设置有可调阻力阻尼器，所述前后端可调阻力阻尼器中部设置有导杆，所述导杆顶部设置有x方向移动组件，所述x方向滑动组件顶部滑动安装有y方向移动组件，所述y方向移动组件顶部设置有刀头安装组件。

所述x方向移动组件包括x方向移动摩擦滑槽，左右端所述x方向移动摩擦滑槽之间设置有y向连接杆，所述x方向移动摩擦滑槽前后两端槽内设置有x方向挡块滑块，所述x方向挡块滑块顶部设置有x方向挡块夹紧件，所述x方向挡块夹紧件和x方向挡块滑块通过x方向挡块夹紧件顶部的x方向蝶型螺母固定安装，所述x方向移动摩擦滑槽槽内设置有x方向移动摩擦块，所述x方向移动摩擦块后端焊接有螺杆，所述螺杆外壁设置有x方向夹紧件，所述x方向夹紧件顶部螺杆伸出端设置有x方向锁紧螺母，所述x方向移动摩擦块所述x方向移动组件顶部通过x方向移动摩擦块设置有y方向移动组件。

所述y方向移动组件包括y方向移动摩擦滑槽，所述y方向移动摩擦滑槽之间设置有x方向连接杆，所述y方向移动摩擦滑槽顶部左右两端槽内设置有y方向挡块滑块，所述y方向挡块滑块顶部设置有y方向挡块夹紧件，所述y方向挡块夹紧件和y方向挡块滑块通过y方向挡块夹紧件顶部的y方向蝶型螺母固定安装，所述y方向移动摩擦滑槽槽内设置有y方向移动摩擦块，所述y方向移动摩擦块右端焊接有螺杆，所述螺杆外壁设置有y方向夹紧件，所述y方向夹紧件顶部螺杆伸出端设置有y方向锁紧螺母，所述y方向移动组件顶部通过y方向移动摩擦块设置有刀头安装组件。

所述刀头安装组件包括轴承座固定板，所述轴承座固定板的竖板和水平板连接处设置有肋板，两个所述肋板之间设置有固定刀头安装组件内六角螺栓，所述轴承座固定板的竖板中上部设置有卧式轴承座，所述卧式轴承座右端面中部设置有可调夹具，所述可调夹具安装部顶端设置有刀杆杆体，所述可调夹具调节部中部设置有锁紧螺母。

所述可调阻力阻尼器包括螺旋外圈，所述螺旋外圈与夹体一端螺接，所述夹体另一端与棘轮一端固定安装，所述棘轮另一端与导体导块固定安装，所述螺旋外圈侧壁设置有悬臂直角轴，所述悬臂直角轴伸出端设置有与棘轮配合的棘爪，所述棘爪与悬臂直角轴通过轴向定位螺母43固定安装。

一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构的使用方法，采用一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构，包括以下步骤，

步骤1，选定一个需要进行模拟铣削力的五轴联动机床，将本发明装置通过安装轴安装到五轴联动数控机床上，并且使三抓卡盘卡住安装轴，并使本发明装置处于水平状态，并保持固定；

步骤2，将五轴联动机床刀具主轴与本发明装置刀头安装组件的刀杆杆体固定安装在一起；

步骤3，设定一组铣削力；

步骤4，调节可调阻力阻尼器的棘轮，并用使用弹簧测力计拉动x方向移动摩擦滑槽使得z方向所受阻力等于所设定的铣削力，调节x方向移动摩擦块上的x方向锁紧螺母和y方向移动摩擦块上的y方向锁紧螺母，使x、y轴方向所受摩擦阻力等于所设定的铣削力，再利用扭矩扳手拧紧刀头安装组件可调夹具中的锁紧螺母，使刀杆杆体与可调夹具之间的摩擦力等于所设定的铣削力，通过扭矩扳手只能直接读出拧紧时的力矩，根据计算公式m＝kf’d/μ计算出摩擦力的值，其中：m为拧紧时的力矩，k为拧紧力系数，f’为摩擦力，d为内六角螺栓的螺栓公称直径，μ为摩擦系数；

步骤5，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，进而测试出在当前铣削力下的机床性能；

步骤6，重新设定铣削力，重复步骤4和步骤5，完成不同铣削力条件下的机床性能测试。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，提供了一种全新的机床测试手段，通过全新设计的五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构，在机床进行装配使用后，能够真实模拟出机床设计铣削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，有效降低了五轴联动机床性能测试成本，在保证机床优良性能的同时还能有效降低机床的制造成本。

附图说明

图1为本发明一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构整体结构示意图；

图2为本发明一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构a放大示意图；

图3为本发明一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构b放大示意图；

图4为本发明一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构的刀头安装组件示意图；

图5为本发明一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构的可调阻力阻尼器结构示意图；

1-试验台底座，2-圆缸，3-光轴座支架，4-角码，5-光轴座，6-顶丝，7-安装轴，8-可调阻力阻尼器，9-导杆，10-x方向移动组件，11-y方向移动组件，12-刀头安装组件，13-x方向移动摩擦滑槽，14-y向连接杆，15-x方向挡块滑块，16-x方向挡块夹紧件，17-x方向蝶型螺母，18-x方向移动摩擦块，19-螺杆，20-x方向夹紧件，21-x方向锁紧螺母，22-y方向移动摩擦滑槽，23-x方向连接杆，24-y方向挡块滑块，25-y方向挡块夹紧件，26-y方向蝶型螺母，27-y方向移动摩擦块，28-y方向夹紧件，29-y方向锁紧螺母，30-轴承座固定板，31-肋板，32-固定刀头安装组件内六角螺栓，33-卧式轴承座，34-可调夹具，35-刀杆杆体，36-锁紧螺母，37-螺旋外圈，38-夹体，39-棘轮，40-导体导块，41-悬臂直角轴，42-棘爪，43-轴向定位螺母。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图5所示，一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构，包括试验台底座1，所述试验台底座1顶部四角处设置有圆缸2，圆缸2与试验台底座1为一体成型结构，左右端两个所述圆缸2之间设置有光轴座支架3，且光轴座支架3外侧壁底部与试验台底座1之间设置有角码4，所述光轴座支架3顶部对称螺接有光轴座5，所述光轴座5侧壁中上部设置有顶丝6，所述光轴座5中部设置有安装轴7，且安装轴7轴线与顶丝6轴线垂直，通过拧紧光轴座5上的顶丝6达到抱死安装轴7的目的，所述圆缸2顶部螺接有可调阻力阻尼器8，所述前后端可调阻力阻尼器8中部设置有导杆9，所述导杆9顶部螺接有x方向移动组件10，所述x方向滑动组件10顶部滑动安装有y方向移动组件11，所述y方向移动组件11顶部设置有刀头安装组件12。

所述x方向移动组件10包括x方向移动摩擦滑槽13，x方向移动摩擦滑槽13设置为t型结构，x方向移动摩擦滑槽13上表面设置有耐磨层，减少x方向移动摩擦滑槽13和x方向移动摩擦块18之间的磨损，左右端所述x方向移动摩擦滑槽13之间设置有y向连接杆14，所述x方向移动摩擦滑槽13前后两端槽内设置有x方向挡块滑块15，所述x方向挡块滑块15顶部设置有x方向挡块夹紧件16，所述x方向挡块夹紧件16和x方向挡块滑块15通过x方向挡块夹紧件16顶部的x方向蝶型螺母17固定安装，所述x方向移动摩擦滑槽13槽内设置有x方向移动摩擦块18，所述x方向移动摩擦块18后端焊接有螺杆19，所述螺杆19外壁设置有x方向夹紧件20，所述x方向夹紧件20顶部螺杆19伸出端设置有x方向锁紧螺母21，通过调节x方向锁紧螺母21，改变x方向移动摩擦块18和x方向移动摩擦滑槽13之间的松紧程度，进而调节x方向夹紧件20下压以及x方向移动摩擦块18上拉程度，所述x方向移动摩擦块18所述x方向移动组件10顶部通过x方向移动摩擦块18设置有y方向移动组件11。

所述y方向移动组件11包括y方向移动摩擦滑槽22，y方向移动摩擦滑槽22设置为t型结构，y方向移动摩擦滑槽22上表面设置有耐磨层，减少y方向移动摩擦滑槽22和y方向移动摩擦块27之间的磨损，所述y方向移动摩擦滑槽22之间设置有x方向连接杆23，所述y方向移动摩擦滑槽22顶部左右两端槽内设置有y方向挡块滑块24，所述y方向挡块滑块24顶部设置有y方向挡块夹紧件25，所述y方向挡块夹紧件25和y方向挡块滑块24通过y方向挡块夹紧件25顶部的y方向蝶型螺母26固定安装，所述y方向移动摩擦滑槽22槽内设置有y方向移动摩擦块27，所述y方向移动摩擦块27右端焊接有螺杆19，所述螺杆19外壁设置有y方向夹紧件28，所述y方向夹紧件28顶部螺杆19伸出端设置有y方向锁紧螺母29，通过调节y方向锁紧螺母29，改变y方向移动摩擦块27和y方向移动摩擦滑槽22之间的松紧程度，进而调节y方向夹紧件28下压以及y方向移动摩擦块27上拉程度，所述y方向移动组件11顶部通过y方向移动摩擦块27设置有刀头安装组件12。

所述刀头安装组件12包括轴承座固定板30，所述轴承座固定板30的竖板和水平板连接处设置有肋板31，两个所述肋板31之间设置有固定刀头安装组件内六角螺栓32，所述轴承座固定板30的竖板中上部设置有卧式轴承座33，所述卧式轴承座33右端面中部设置有可调夹具34，所述可调夹具34安装部顶端设置有刀杆杆体35，所述可调夹具34调节部中部设置有锁紧螺母36，通过调节锁紧螺母36的松紧程度来模拟刀头旋转时的铣削阻力。

所述可调阻力阻尼器包括螺旋外圈37，所述螺旋外圈37与夹体38一端螺接，夹体38设置为三个，夹体38与螺旋外圈37螺纹配合，增大摩擦阻力，拧到一定程度后由于棘轮39的作用，螺旋外圈37会保持在原位置，摩擦阻力也不会改变，进而达到传动的目的，通过顺时针拧螺旋外圈37实现三个夹体38的斜上升运动，导致中间的空隙变小，夹紧导杆9，所述夹体38另一端与棘轮39一端固定安装，所述棘轮39另一端与导体导块40固定安装，所述螺旋外圈37侧壁设置有悬臂直角轴41，所述悬臂直角轴41伸出端设置有与棘轮39配合的棘爪42，所述棘爪42与悬臂直角轴41通过轴向定位螺母43固定安装。

一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构的使用方法，采用一种五轴联动数控机床模拟铣削力加载机构，包括以下步骤，

步骤1，选定一个需要进行模拟铣削力的五轴联动机床，将本发明装置通过安装轴6安装到五轴联动数控机床上，并且使三抓卡盘卡住安装轴6，并使本发明装置处于水平状态，并保持固定；

步骤2，将五轴联动机床刀具主轴与本发明装置刀头安装组件12的刀杆杆体35固定安装在一起；

步骤3，设定一组铣削力；

步骤4，调节可调阻力阻尼器7的棘轮39，并用使用弹簧测力计拉动x方向移动摩擦滑槽13使得z方向所受阻力等于所设定的铣削力，调节x方向移动摩擦块18上的x方向锁紧螺母21和y方向移动摩擦块27上的y方向锁紧螺母29，使x、y轴方向所受摩擦阻力等于所设定的铣削力，再利用扭矩扳手拧紧刀头安装组件12可调夹具34中的锁紧螺母36，使刀杆杆体35与可调夹具34之间的摩擦力等于所设定的铣削力，通过扭矩扳手只能直接读出拧紧时的力矩，根据计算公式m＝kf’d/μ计算出摩擦力的值，其中：m为拧紧时的力矩，k为拧紧力系数，f’为摩擦力，d为内六角螺栓的螺栓公称直径，μ为摩擦系数；

步骤5，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，进而测试出在当前铣削力下的机床性能；

步骤6，重新设定铣削力，重复步骤4和步骤5，完成不同铣削力条件下的机床性能测试。