专利名称：具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控机床数控转塔刀架的可靠性试验系统，特别是涉及一种具有 电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统。
背景技术：
随着装备制造业的快速发展，我国已成为数控机床生产与应用的大户，据调查研 究，国产数控机床在质量和可靠性等方面与发达国家相比仍有很大的差距，由此局限了我 国装备制造业的水平和能力。数控刀架是数控机床的关键功能部件，它的可靠性水平对整 机的可靠性提高有着关键作用，对数控刀架的可靠性研究需要以故障数据为基础，但是刀 架的现场跟踪试验费时费力，短时间内又很难获得大量的故障数据。基于刀架的自身使用 特点，可以单独对其进行连续的可靠性试验，试验效率高，节省人力物力，这就需要一种针 对刀架的可靠性试验系统。国内有关数控机床的可靠性试验起步较晚，有一些功能简单的数控转塔刀架试验 台，这种试验台只能对数控转塔刀架进行空载情况下的连续运转试验，或者试验时在数控 转塔刀架的刀盘上增加偏重块，模拟真实情况下不同刀具的重量差别对刀盘产生的偏重， 但即使是这样，试验模拟的工作环境与数控转塔刀架真实工作情况仍然有很大差距，真实 工作情况下，切削时刀具受到动态切削力，它间接作用在数控转塔刀架的刀盘上，这一因素 对数控转塔刀架的寿命和可靠性有很大影响，而现有的试验设备都不能模拟切削力对数控 转塔刀架进行加载试验。本试验系统在传统的数控转塔刀架转位试验基础上增加了对数控 转塔刀架的多角度动、静态加载结构，弥补了现有试验设备的不足，与现有技术相比，具有 显著的创造性和进步性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了目前数控转塔刀架的可靠性试验设备不能 模拟动态切削力对数控转塔刀架进行加载试验的问题，提供了一种数控机床数控转塔刀架 可靠性试验系统，特别是提供了一种具有电液伺服加载装置的数控机床数控转塔刀架的可 靠性试验系统。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的所述的具有电液伺服 加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统由泵站、液压加载机构、数控转塔刀架控制部分 与电液伺服加载控制部分组成。所述的液压加载机构包括加力杆、保持弹簧、弯板、滑板、底 座、转轴、转轴滑板、油缸保持架、油缸与工作台。底座通过螺栓固定安装在工作台的右端，滑板通过T形螺钉固定在底座上，弯板 通过T形螺钉固定在滑板上，转轴中的右转轴与弯板中竖直安装板上的通孔转动连接后借 助于螺栓锁紧。转轴滑板上的水平转轴与转轴中左矩形板上的通孔转动连接后借助于螺栓 锁紧。油缸保持架通过T型螺钉固连在转轴滑板上，油缸的上端与油缸保持架连接，油缸的 下端的两侧和油缸保持架之间分别安装有保持弹簧，油缸下端的活塞杆的端部通过电液伺服加载控制部分中的压力传感器和加力杆一端固定连接。技术方案中所述的油缸的上端与油缸保持架连接是指油缸的上方通过四根螺柱 固定一个上端盖，油缸上方的上端盖通过关节轴承铰接在油缸保持架上。在上端盖和油缸 上端面之间固定一个直线轴，直线轴的对称轴线和油缸活塞杆的对称轴线平行。直线轴上 滑动连接有箱式直线轴承，箱式直线轴承的一端和活塞杆的端部固定连接，箱式直线轴承 的另一端和电液伺服加载控制部分中的位移传感器的内芯固定连接；所述的转轴是由右 转轴、圆形法兰盘和左矩形板依次组成一体，右转轴、圆形法兰盘和左矩形板的对称轴线共 线。圆形法兰盘上均布有用于穿过螺栓的四段环形通槽，左矩形板的中心处设置有一通孔， 在该通孔的周围均布有三段用于穿过螺栓的环形通槽；所述的转轴滑板是一个长条形板类 结构件。转轴滑板的前端面上从上至下设置有2条T形槽，转轴滑板的后端面的下端设置 一个水平转轴，即水平转轴的轴对称线和转轴滑板的前、后端面垂直。在水平转轴的周围设 置有三个和转轴中左矩形板上三段环形通槽相对应的螺纹孔；所述的油缸保持架是一个长 条形箱式结构件，即由一块底板、一块顶板和两块结构相同的左侧板与右侧板构成。左侧 板、顶板和结构相同的右侧板从左、上和右三面固定在底板前端面上，油缸保持架的下端是 敞开的。底板上均布有两排穿过螺栓的通孔，两排通孔之间的距离和转轴滑板前端面上的2 条T形槽之间的距离相等；所述的数控转塔刀架控制部分包括上位工控机、可编程控制器、 电磁换向阀和模拟刀杆。可编程控制器的上行方向与上位工控机电连接。可编程控制器的 下行方向分别和刀架控制器与电磁换向阀电连接。刀架控制器的下行方向和待测数控转塔 刀架上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接。电磁换向阀的P 口与T 口分别 和泵站的供油口与回油口管路连接。电磁换向阀的控制油口 A 口与控制油口 B分别和待测 数控转塔刀架上的锁紧与松开油缸管路连接。模拟刀杆装卡在待测数控转塔刀架的刀盘 上；所述的可编程控制器的上行方向与上位工控机电连接，可编程控制器的下行方向分别 和刀架控制器与电磁换向阀电连接是指可编程控制器的上行方向通过内置的RS-232C端 口与上位工控机的RS-232C端口串口连接。可编程控制器下行方向中的6个输入点分别与 刀架控制器上1个定位结束信号输出点连接、4个当前工位反馈信号输出点连接与1个刀 架报警信号输出点连接。还有2个输入点分别和数控转塔刀架上的松开传感器与锁紧传感 器接口连接。可编程控制器下行方向中的7个输出点分别和刀架控制器上4个工位信号、 2个工作模式信号与1个启动信号输入点电连接。还有2个输出点与电磁换向阀的松开与 锁紧电源接口连接；所述的电液伺服加载控制部分包括上位工控机、1号A/D卡、1号信号放 大器、伺服放大器、D/A卡、2号信号放大器、2号A/D卡、压力传感器、位移传感器和电液伺 服阀。电液伺服阀的供油口 P和回油口 T分别与泵站的供油口和回油口管路连接，电液伺 服阀的控制油口 A和控制油口 B分别与油缸的上、下油腔管路连接。电液伺服阀上的4芯 电气插座通过屏蔽线与伺服放大器连接，经过D/A卡与上位工控机(19)电连接。位移传感 器通过屏蔽线与1号信号放大器连接，经过1号A/D卡与上位工控机电连接。压力传感器 通过屏蔽线与2号信号放大器连接，经过2号A/D卡与上位工控机电连接。与现有技术相比本发明的有益效果是1.本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统与现有 的试验设备相比，本试验系统将真实工作环境下切削力对数控转塔刀架可靠性产生的重要 影响这一因素考虑进去，创新性地增添了液压加载机构及其控制系统，试验内容不仅包括
5数控转塔刀架的转位、定位、夹紧，而且加入了动、静态加载过程，来模拟真实切削过程中数 控转塔刀架受的切削力，液压加载机构还可以进行位置和角度的调节，从而可以更进一步 的模拟出数控转塔刀架各个受力角度，在多角度上都可以对其进行动、静态加载，本试验系 统更好的还原了数控转塔刀架的真实工作状况，从而使试验中得到的数控转塔刀架故障数 据和测得的数控转塔刀架可靠性水平更为真实可靠。另一方面，液压加载机构可以进行位 置和角度的调节，使本试验系统对不同型号和尺寸的数控转塔刀架都能进行可靠性试验， 增加了本试验系统的灵活性。2.本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统在实验 室进行连续的可靠性试验时，整个试验过程循环有序地不断进行，并将数控转塔刀架发生 的故障录入故障数据库，与现场跟踪试验采集数控转塔刀架故障数据相比，提高了试验效 率和故障采集速度，节省了大量的财力、物力和时间。
下面结合附图对本发明作进一步的说明图1为本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统在 非工作状态时的主视图；图2为本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统在 非工作状态时的左视图；图3为本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统处 于工作状态时的轴测投影图；图4为表示本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系 统的结构原理的示意框图；图中1.数控转塔刀架，2.模拟刀杆，3.加力杆，4.压力传感器，5.关节轴承， 6.直线轴，7.箱式直线轴承，8.位移传感器，9.保持弹簧，10.弯板，11.滑板，12.底座， 13.转轴，14.转轴滑板，15.油缸保持架，16.油缸，17.电液伺服阀，18.工作台，19.上位工 控机，20.可编程控制器(PLC)，21.电磁换向阀，22.刀架控制器，23. 1号A/D卡，24. 1号信 号放大器，25.伺服放大器，26. D/A卡，27. 2号信号放大器，28.2号A/D卡，I.液压加载机 构，II.数控转塔刀架控制部分，III.电液伺服加载控制部分。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细的描述参阅图3，本发明是针对现有数控机床数控转塔刀架的可靠性试验设备不能模拟 切削力对数控转塔刀架进行加载试验，试验模拟环境与数控转塔刀架真实工况存在很大差 异这一现状，提供一种数控机床数控转塔刀架的可靠性试验系统，特别是提供一种具有电 液伺服加载装置的数控机床数控转塔刀架的可靠性试验系统，实现了对数控机床数控转塔 刀架的实验室内的可靠性试验。试验内容不仅包括数控转塔刀架的转位试验，重要的是还 可以模拟切削力对数控转塔刀架进行动、静态加载试验，而且是多角度的动、静态加载，成 功模拟了数控转塔刀架真实工作环境，并将数控转塔刀架产生的故障录入数控转塔刀架故 障数据库，试验条件贴近数控转塔刀架真实工况。与现场试验跟踪试验相比，采用本发明所提供的具有电液伺服加载装置的数控机床数控转塔刀架的可靠性试验系统在实验室就 可以对数控转塔刀架进行试验，大大减少了在现场进行数控转塔刀架试验所耗费的人力物 力和时间。与现有可靠性试验设备相比，本试验系统将数控转塔刀架真实工作时受多角度 的动、静态切削力这一重要因素考虑进去，并加以模拟，更好的还原了数控转塔刀架真实工 作环境，从而使收集的数控转塔刀架的故障数据更为真实可信，测得的数控转塔刀架的可 靠性水平更有说服力。具有电液伺服加载装置的数控机床数控转塔刀架的可靠性试验系统 是由泵站、液压加载机构I、数控转塔刀架控制部分II与电液伺服加载控制部分III组成。 液压加载机构I与数控转塔刀架控制部分II (的主要部件)直接安装在工作台18之两端。 电液伺服加载控制部分III (的主要部件)安装在液压加载机构I中的油缸16的外壁上， 电液伺服加载控制部分III的一端和油缸16的进、出油口管路连接，电液伺服加载控制部 分III的另一端和泵站管路连接。参阅图1与图2，液压加载机构I包括加力杆3、关节轴承5、直线轴6、箱式直线轴 承7、保持弹簧9、弯板10、滑板11、底座12、转轴13、转轴滑板14、油缸保持架15、油缸16、 工作台18、螺栓与关节轴承的支撑件。弯板10包括有互相垂直的安装底板、竖直安装板和两者之间的一对加强筋板，安 装底板与竖直安装板上皆均布有穿过T型螺钉/螺栓的通孔，竖直安装板上均布的穿过螺 栓的通孔的中心处设置有和转轴13配装的通孔。滑板11是一个长方形的板类结构件，滑板11的上工作面上设置两条和滑板11纵 向对称线平行的T形槽，其四角处设置有和上工作面垂直的用于穿过T型螺钉的通孔，滑板 11的下工作面是和上工作面平行的光滑面。底座12是一个长方体式的箱体结构件，底座12的上工作面设置有从左至右的相 互平行的2条T形槽，底座12的下工作面设置有从左至右的向前、后两侧伸出的凸边，凸边 上均布有能够垂直地穿过螺栓的通孔。转轴13是由右转轴、圆形法兰盘和左矩形板依次组成(制成)一体，并且三部分 的对称轴线共线。圆形法兰盘上均布有和弯板10中竖直安装板上均布的通孔相对应的四 段环形通槽。左矩形板的中心处设置有一通孔，在该通孔的周围设置有三段用于穿过螺栓 的环形通槽。转轴滑板14是一个长条形板类结构件，转轴滑板14的前(右)端面上从上至下 设置有2条T形槽，转轴滑板14的后(左)端面的下端设置一个水平转轴，即水平转轴的 轴对称线和转轴滑板14的前(右)、后(左)端面垂直，在水平转轴的周围设置有三个和转 轴13中左矩形板上三段环形通槽相对应的螺纹孔。油缸保持架15是一个长条形箱式结构件，即由一块底板、一块顶板和两块结构 相同的左、右侧板构成，左侧板、顶板和结构相同的右侧板从左、上、右三面固定在底板前 (右)端面上，油缸保持架15的下端是敞开的，底板上均布有两排(4或6个)用于穿过螺 栓的通孔，两排通孔之间的距离和转轴滑板14前(右)端面上的2条T形槽之间的距离相寸。油缸16选用双活塞杆与单活塞式液压油缸，双活塞杆分别从油缸16的上、下端 伸出，油缸16的(伸出一活塞杆的)上端面的上方通过四根螺柱固定一个上端盖，油缸16 通过这上端盖、关 轴承5与关节轴承的支撑件固定连接在油缸保持架15中顶板的下端面上。在上端盖和油缸16的(伸出一活塞杆的)上端面之间固定一个直线轴6，直线轴6的 对称轴线和油缸16的活塞杆的对称轴线平行。直线轴6上套装有可在直线轴6上滑动的 箱式直线轴承7，箱式直线轴承7的一端和活塞杆的端部固定连接，即箱式直线轴承7可随 活塞杆的上、下移动在直线轴6上滑动。箱式直线轴承7的另一端和电液伺服加载控制部 分(III)中的位移传感器8的内芯连接，当活塞杆移动时位移传感器8的内芯也随着移动， 位移传感器8便能测得活塞杆的位移。工作台18是一箱体结构件，可采用型钢先焊成骨架，然后四周和上表面覆盖上钢 板，上表面是安装液压加载机构I与待测的数控转塔刀架1的安装面，工作台18的底面四 角设置有可调整高度的安装底脚。底座12通过螺栓固定安装在工作台18的右端，滑板11通过T形螺钉固定在底座 12的上工作面上，滑板11上的2条T形槽和底座12上的2条T形槽垂直。弯板10中的 安装底板通过T形螺钉固定在滑板11上，转轴13中的右转轴插入弯板10中竖直安装板上 的通孔里成转动连接，并使转轴13中的圆形法兰盘和弯板10中的竖直安装板相接触，转轴 13相对于弯板10中的竖直安装板位置调整好后采用螺栓将两者固定连接(锁紧)，转轴13 相对弯板10中竖直安装板的位置可以转动调节，位置调节好后再固定连接(锁紧)。转轴 滑板14的水平转轴装入转轴13中左矩形板的通孔里成转动连接，转轴滑板14的位置调整 好后再借助于螺栓将转轴滑板14和转轴13两者固定连接(锁紧)。油缸保持架15通过T 型螺钉固连在转轴滑板14的前(右)端面上，油缸16、关节轴承5、直线轴6、箱式直线轴承 7、位移传感器8这一组件借助于关节轴承的支撑连接件(横轴和两个轴承支座)固定连接 在油缸保持架15中的顶板的下端面上。油缸16的下端的两侧和油缸保持架15的左、右侧 板之间安装有保持弹簧9，保持弹簧9的作用是使油缸16的位置和方向保持不变。油缸16 下端的活塞杆的端部和压力传感器4的一端固定连接，压力传感器4的另一端和加力杆3 一端固定连接，加力杆3的另一端设置成向里凹进的和模拟刀杆2上的球面相吻合的凹面。液压加载机构I的结构设计中涉及3种移动和2种转动，这些结构设计可以使油 缸16的位置和角度在一定范围内进行调节。优点有二 一是真实工况下刀具进行不同情况 的切削时数控转塔刀架1所受动态负载力的大小和方向会不同，因此油缸16的位置和角度 在一定范围内可以调节，就可以模拟出数控转塔刀架各种真实受力角度，在各个受力角度 上都可以对其进行动、静态加载；二是通过对油缸16位置和角度的调节，可以对不同型号， 不同尺寸的数控转塔刀架进行加载试验，增加了本发明所述的具有电液伺服加载装置的数 控转塔刀架可靠性试验系统的灵活性和通用性。数控转塔刀架控制部分II包括上位工控机19、可编程控制器(PLC) 20、电磁换向 阀21和(安装在待测的数控转塔刀架1上的)模拟刀杆2。可编程控制器20的上行方向与上位工控机19电连接，可编程控制器20的下行方 向分别和刀架控制器22的上行方向与电磁换向阀21电连接，刀架控制器22的下行方向和 待测数控转塔刀架1上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接，电磁换向阀21 的P 口与T 口分别和泵站的供油口与回油口管路连接，电磁换向阀21的控制油口 A 口、控 制油口 B 口分别和待测数控转塔刀架1上的锁紧与松开油缸管路连接。模拟刀杆2装卡在 待测的数控转塔刀架1的刀盘上，待测的数控转塔刀架1通过螺栓等件固定安装在工作台 18的左端，待测的数控转塔刀架1中刀盘的回转轴线和液压加载机构I中转轴13的回转轴线空间平行。更具体地说，实施例中可编程控制器20是采用型号为CMP2A-30⑶R-D的欧姆龙可 编程控制器，直流24V供电，有18个直流输入点，12个直流输出点，可编程控制器20上行 方向通过内置的RS-232C端口与上位工控机19的RS-232C端口连接进行串口通讯，可编程 控制器20下行方向中6个输入点分别与刀架控制器22上1个定位结束信号输出点连接，4 个当前工位反馈信号输出点连接，1个数控转塔刀架报警信号输出点连接，还有2个输入点 分别与数控转塔刀架上的松开传感器和锁紧传感器接口连接。可编程控制器20下行方向 7个输出点分别与刀架控制器22上4个工位信号、2个工作模式信号与1个启动信号输入 点连接，还有2个输出点与电磁换向阀21的松开、锁紧电源接口电连接。刀架控制器22是与待测的数控转塔刀架1中的伺服电机匹配的三菱型号为 MR-J3-40A-RJ070的伺服放大器，为待测的数控转塔刀架1的组成部分，两相交流220V供 电，刀架控制器22下行方向与数控转塔刀架上的伺服电机电源接口和伺服电机编码器接 口配套电连接。上位工控机19控制界面是由VB制作，在控制界面上选定数控转塔刀架1的工作 模式和需要的工位后，与可编程控制器20串口通讯，可编程控制器20先输出电流控制电磁 换向阀21动作，控制数控转塔刀架1刀盘松开，上位工控机19接收到松开确定信号之后输 出工作模式信号、工位信号和启动信号给刀架控制器22，刀架控制器22控制数控转塔刀架 1转到所需工位，之后刀架控制器22反馈回定位结束信号和当前工位信号给可编程控制器 20，如遇故障则反馈报警信号，可编程控制器20接收到定位结束信号和当前工位信号后输 出电流控制电磁换向阀21动作，控制数控转塔刀架的刀盘锁紧，接收到锁紧确定信号后连 同当前工位信号一起反馈给上位工控机19，一次换刀完成。模拟刀杆2模拟真实刀杆尺寸加工，不同的是伸出端加工成球形，目的是加载时 使加力杆3的凹面能够扣压在模拟刀杆2 —端的球面上，这种设计大大减小了油缸16动态 加载时活塞杆承受的侧向力，很好的保护了油缸16。电液伺服加载控制部分III包括上位工控机(和数控转塔刀架控制部分II共用 同一台上位工控机)19、1号A/D卡23、1号信号放大器24、伺服放大器25、D/A卡26、2号 信号放大器27、2号A/D卡28、压力传感器4、位移传感器8和电液伺服阀17。电液伺服阀 17安装在油缸16的缸体外壁上。电液伺服阀17的供油口 P和回油口 T分别与泵站的供油口和回油口管路连接，电 液伺服阀17的控制油口 A和控制油口 B分别与油缸(16)的上、下油腔管路连接，电液伺服 阀17上的4芯电气插座通过屏蔽线与伺服放大器25连接，经过D/A卡26与上位工控机19 电连接；位移传感器8通过屏蔽线与1号信号放大器24连接，经过1号A/D卡23与上位工 控机19电连接；压力传感器4通过屏蔽线与2号信号放大器27连接，经过2号A/D卡28 与上位工控机19电连接。实施例中的电液伺服阀17采用美国MOOG G761系列机械反馈式四通电液伺服阀， 动态响应性能高，通过阀芯的电流信号的变化控制阀口的负载流量。电液伺服阀17的供 油口 P和回油口 T分别于与泵站的供油口和回油口管路连接，控制油口 A和控制油口 B分 别与油缸的上下油腔接通。电液伺服阀17上带有标准的4芯电气插座，通过配有型号为 MS3106F14S2S的电缆插头的屏蔽线与电液伺服阀17的伺服放大器25连接，伺服放大器25采用交流220V供电，经过D/A卡26连接到上位工控机19上。压力传感器4通过4芯屏蔽 线与2号信号放大器27连接，经过2号A/D卡28连接到上位工控机19上，位移传感器8 通过4芯屏蔽线与1号信号放大器24连接，经过1号A/D卡23连接到上位工控机19上。上位工控机19控制程序也由VB制作，整个电液伺服加载控制部分III是一个闭 环控制回路，可以通过位移反馈或压力反馈形成闭环。并与数控转塔刀架控制部分II进行 融合，形成一个完整的数控机床数控转塔刀架可靠性试验控制系统。电源、泵站开启后，上 位工控机19先通过位移闭环控制活塞杆向下移动。使加力杆3前端扣压在模拟刀杆2上， 之后转为压力闭环控制，上位工控机19根据所需的加载力、振动频率和加载波形发出指令 信号经过D/A卡26转换传给伺服放大器25，经调理后转变为电流信号控制电液伺服阀17 的开口量，控制油缸16加载。此时，压力传感器4将模拟刀杆2的受力反馈回来经过2号信 号放大器27的放大、2号A/D卡28转换后传入上位工控机19，经过一系列的比较与调理， 得出偏差信号。此偏差信号经D/A卡26转换，伺服放大器25调理后输入到电液伺服阀17， 使电液伺服阀17产生负载压差作用于油缸16的活塞上，使压力向减小误差的方向变化，直 至压力等于指令信号所规定的值为止。泵站为数控转塔刀架1的松开或锁紧及用于加载的油缸16提供压力油，并能够满 足模拟刀杆2承受最大切削力时的油压要求。参阅图3，图中给出了进行加载试验时的示意图，首先根据需要模拟的切削力选定 好加载力的大小和角度，然后调整液压加载机构I确定好油缸的位置和角度，使加力杆3的 轴线能够对准到模拟刀杆2的球面上，而且在油缸16的行程范围内加力杆3 —是能够顶到 模拟刀杆2上，二是当加载结束加力杆3退回原位置后，数控转塔刀架1上的刀盘可以自由 转动并不与加力杆3发生干涉，调整完毕后锁紧。由于保持弹簧9的作用油缸16的位置和 方向可以保持不变。开启电源、泵站，数控转塔刀架控制部分II控制数控转塔刀架1转位、 定位、夹紧，之后电液伺服加载控制部分III控制油缸16动作，活塞杆带动加力杆3向模拟 刀杆2球面移动，活塞杆的位置由油缸16上安装的和活塞杆同步的位移传感器8测得，加 力杆3减速扣压在模拟刀杆2的球面上，之后按照给定的加载力，振动频率，加载波形进行 动态加载，加力杆3上端的压力传感器4反馈力信号给上位工控机19，整个电液伺服加载 控制部分III形成位移或压力的闭环控制，加载结束后，活塞杆退回原位置，数控转塔刀架 1的刀盘又可自由转动。如果需要模拟其它角度加载试验，只需对加载机构进行调节，调节 出需要的加载角度后，将加载机构锁紧便可以继续加载。参阅图4，图中表示本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性 试验系统的控制流程。数控转塔刀架控制部分II数控转塔刀架1的控制程序预先编入可编程控制器20，上位工控机19与可编程 控制器20串口通讯控制刀架控制器22和电磁换向阀21，可以实现数控转塔刀架1真实工 作时的全部动作功能，也可以使数控转塔刀架1连续进行任意工位的定位并夹紧，定位到 每个工位的概率相同，此功能用于对数控转塔刀架1进行连续试验。上位工控机19对当前 工位、试验持续时间、总共定位次数及各工位的定位次数等自动记录，显示在上位工控机19 的界面上，便于实验人员了解试验进度，并将数控转塔刀架1在试验过程中发生的故障录 入故障数据库。
电液伺服加载控制部分111数控转塔刀架1定位锁紧后，上位工控机19检测到锁紧反馈信号便开始加载过 程，先发出控制信号经D/A卡26转换传给电液伺服阀17控制活塞杆向下运动，液压加载机 构I上安装的位移传感器8将产生的电信号经过1号信号放大器24放大和1号A/D卡23 转换后传给上位工控机19，通过由位移传感器8构成的位移闭环控制使加力杆3扣压在模 拟刀杆2上。之后由位移闭环控制转为压力闭环控制，上位工控机19发出控制信号经D/A 卡26转换传给电液伺服阀17按照给定的加载参数控制油缸16加载，液压加载机构I上安 装的压力传感器4将产生的电信号经过2号信号放大器27放大和2号A/D卡28转换后传 给上位工控机19，一方面形成闭环控制，另一方面将压力的大小、波形、频率等显示在上位 工控机19的界面上，实验人员可以根据试验要求进行选择和控制。本发明所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统在对数控 转塔刀架1进行连续的可靠性试验时，根据需要模拟的切削情况，设置好加载力、振动频 率、加载波形、加载时间等各项参数，数控转塔刀架1的松开、转动、定位、锁紧和油缸16的 伺服加载便可以自动运行。试验开始后，上位工控机19控制数控转塔刀架1随机定位到任 意工位，夹紧后，上位工控机19接收到夹紧反馈信号后继续控制油缸16对数控转塔刀架1 加载，加载过程结束后，活塞杆退回，上位工控机19接收到位移传感器8反馈信号后继续控 制数控转塔刀架1定位到下一个随机工位，夹紧后，又继续加载过程，在上位工控机19的自 动控制和监测下，整个试验过程循环有序地不断进行，大大提高了试验效率，缩短了故障采 集时间，节省了人力物力。本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发 明，只是本发明一种的较佳实施例，或者说是一种比较具体的技术方案，它只适用于一定范 围内的不同型号，不同尺寸的数控转塔刀架1的可靠性试验，范围之外的不同型号，不同尺 寸的数控转塔刀架1的可靠性试验，基本的技术方案不变，但其所用零部件的规格型号将 随之改变，如泵站、油缸16、电液伺服阀17、压力传感器4和位移传感器8等标准件的选择， 故本发明不限于实施例这一种比较具体技术方案的描述。如果相关的技术人员在坚持本发 明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本 发明的保护范围内。
权利要求
一种具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，由泵站、液压加载机构(I)、数控转塔刀架控制部分(II)与电液伺服加载控制部分(III)组成，其特征在于，所述的液压加载机构(I)包括加力杆(3)、保持弹簧(9)、弯板(10)、滑板(11)、底座(12)、转轴(13)、转轴滑板(14)、油缸保持架(15)、油缸(16)与工作台(18)；底座(12)通过螺栓固定安装在工作台(18)的右端，滑板(11)通过T形螺钉固定在底座(12)上，弯板(10)通过T形螺钉固定在滑板(11)上，转轴(13)中的右转轴与弯板(10)中竖直安装板上的通孔转动连接后借助于螺栓锁紧，转轴滑板(14)上的水平转轴与转轴(13)中左矩形板上的通孔转动连接后借助于螺栓锁紧，油缸保持架(15)通过T型螺钉固连在转轴滑板(14)上，油缸(16)的上端与油缸保持架(15)连接，油缸(16)的下端的两侧和油缸保持架(15)之间分别安装有保持弹簧(9)，油缸(16)下端的活塞杆的端部通过电液伺服加载控制部分(III)中的压力传感器(4)和加力杆(3)一端固定连接。
2.按照权利要求1所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，其 特征在于，所述的油缸(16)的上端与油缸保持架(15)连接是指油缸(16)的上方通过四 根螺柱固定一个上端盖，油缸(16)上方的上端盖通过关节轴承(5)铰接在油缸保持架(15) 上，在上端盖和油缸(16)上端面之间固定一个直线轴(6)，直线轴(6)的对称轴线和油缸 (16)活塞杆的对称轴线平行，直线轴(6)上滑动连接有箱式直线轴承(7)，箱式直线轴承 (7)的一端和活塞杆的端部固定连接，箱式直线轴承(7)的另一端和电液伺服加载控制部 分(III)中的位移传感器(8)的内芯固定连接。
3.按照权利要求1所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统， 其特征在于，所述的转轴(13)是由右转轴、圆形法兰盘和左矩形板依次组成一体，右转轴、 圆形法兰盘和左矩形板的对称轴线共线，圆形法兰盘上均布有用于穿过螺栓的四段环形通 槽，左矩形板的中心处设置有一通孔，在该通孔的周围均布有三段用于穿过螺栓的环形通 槽。
4.按照权利要求1所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，其 特征在于，所述的转轴滑板(14)是一个长条形板类结构件，转轴滑板(14)的前端面上从上 至下设置有2条T形槽，转轴滑板(14)的后端面的下端设置一个水平转轴，即水平转轴的 轴对称线和转轴滑板(14)的前、后端面垂直，在水平转轴的周围设置有三个和转轴(13)中 左矩形板上三段环形通槽相对应的螺纹孔。
5.按照权利要求1所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，其 特征在于，所述的油缸保持架(15)是一个长条形箱式结构件，即由一块底板、一块顶板和 两块结构相同的左侧板与右侧板构成，左侧板、顶板和结构相同的右侧板从左、上和右三面 固定在底板前端面上，油缸保持架(15)的下端是敞开的，底板上均布有两排穿过螺栓的通 孔，两排通孔之间的距离和转轴滑板(14)前端面上的2条T形槽之间的距离相等。
6.按照权利要求1所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，其 特征在于，所述的数控转塔刀架控制部分(II)包括上位工控机(19)、可编程控制器(20)、 电磁换向阀(21)和模拟刀杆(2)；可编程控制器(20)的上行方向与上位工控机(19)电连接，可编程控制器(20)的下 行方向分别和刀架控制器(22)与电磁换向阀(21)电连接，刀架控制器(22)的下行方向和 待测数控转塔刀架(1)上的伺服电机电源接口与伺服电机编码器接口电连接，电磁换向阀(21)的P口与T 口分别和泵站的供油口与回油口管路连接，电磁换向阀(21)的控制油口 A 口与控制油口 B分别和待测数控转塔刀架(1)上的锁紧与松开油缸管路连接，模拟刀杆(2) 装卡在待测数控转塔刀架(1)的刀盘上。
7.按照权利要求6所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，其 特征在于，所述的可编程控制器(20)的上行方向与上位工控机(19)电连接，可编程控制器 (20)的下行方向分别和刀架控制器(22)与电磁换向阀(21)电连接是指可编程控制器(20)的上行方向通过内置的RS-232C端口与上位工控机(19)的 RS-232C端口串口连接，可编程控制器(20)下行方向中的6个输入点分别与刀架控制器(22)上1个定位结束信号输出点连接、4个当前工位反馈信号输出点连接与1个刀架报警 信号输出点连接，还有2个输入点分别和数控转塔刀架(1)上的松开传感器与锁紧传感器 接口连接；可编程控制器(20)下行方向中的7个输出点分别和刀架控制器(22)上4个工位 信号、2个工作模式信号与1个启动信号输入点电连接，还有2个输出点与电磁换向阀(21) 的松开与锁紧电源接口连接。
8.按照权利要求1或6所述的具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系 统，其特征在于，所述的电液伺服加载控制部分(III)包括上位工控机(19)、1号A/D卡(23)U号信号放大器(24)、伺服放大器(25)、D/A卡(26)、2号信号放大器(27)、2号A/D 卡(28)、压力传感器(4)、位移传感器(8)和电液伺服阀(17)；电液伺服阀(17)的供油口 P和回油口 T分别与泵站的供油口和回油口管路连接，电液 伺服阀(17)的控制油口 A和控制油口 B分别与油缸(16)的上、下油腔管路连接，电液伺服 阀(17)上的4芯电气插座通过屏蔽线与伺服放大器(25)连接，经过D/A卡(26)与上位工 控机(19)电连接，位移传感器(8)通过屏蔽线与1号信号放大器(24)连接，经过1号A/D 卡(23)与上位工控机(19)电连接，压力传感器(4)通过屏蔽线与2号信号放大器(27)连 接，经过2号A/D卡(28)与上位工控机(19)电连接。
全文摘要
本发明公开了一种具有电液伺服加载装置的数控转塔刀架可靠性试验系统，旨在克服现有设备不能模拟真实切削力对数控转塔刀架进行加载试验的问题。其由泵站、液压加载机构(I)、数控转塔刀架控制部分(II)与电液伺服加载控制部分(III)组成。液压加载机构(I)包括加力杆(3)与油缸(16)；数控转塔刀架控制部分(II)包括可编程控制器(20)；电液伺服加载控制部分(III)包括压力传感器(4)、位移传感器(8)与电液伺服阀(17)。液压加载机构(I)与数控转塔刀架控制部分(II)安装在工作台(18)上。电液伺服加载控制部分(III)安装在油缸(16)的外壁上，电液伺服加载控制部分(III)和油缸(16)与泵站管路连接。
文档编号G05B19/04GK101963548SQ201010288469
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者卢建伟, 张富, 杨兆军, 陈菲 申请人:吉林大学