本發(fā)明涉及一種車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)，特別涉及一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
當(dāng)前，數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，數(shù)控刀架作為機床的重要功能部件，它的可靠性直接影響著車床整體的可靠性水平。在實際切削工作中，刀具受到動態(tài)切削力，切削力間接作用在刀架的刀盤上，這一因素對刀架的可靠性和壽命有較大影響。目前刀架的實驗室臺架可靠性試驗方法有空載連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗和動態(tài)加載試驗，動態(tài)加載試驗的方法主要是利用加載裝置分別模擬切削力和扭矩，對刀桿進行動、靜態(tài)加載，分析不同載荷下刀架的可靠性和壽命?，F(xiàn)有的可靠性試驗加載試驗中，采用加載裝置模擬實際工況下的切削力和扭矩，利用位移及壓力傳感器對加載情況進行監(jiān)測，試驗系統(tǒng)復(fù)雜，體積龐大，且加載精度和頻率受限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了滿足目前數(shù)控車床刀架可靠性試驗的需要而提供的一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。本發(fā)明提供的壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)包括有工作臺、壓電疊堆、信號處理電路、功率放大器、數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架、刀架控制器、可編程控制器和工控機，其中壓電疊堆通過托架樞接在支架上，支架設(shè)在工作臺上，壓電疊堆的一端與信號處理電路相連接，壓電疊堆的另一端與功率放大器相連接，信號處理電路和功率放大器通過線路均與工控機相連接，壓電疊堆的下端設(shè)有加載球，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)在工作臺上，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對應(yīng)壓電疊堆的一側(cè)設(shè)有刀盤，刀盤的周圈上設(shè)有數(shù)根刀桿，數(shù)根刀桿在轉(zhuǎn)動過程中每根刀桿上端的刀頭均能與壓電疊堆下端的加載球相觸碰，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架通過管路連接有泵站，泵站通過線路與可編程控制器連接，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架還連接有刀架控制器，刀架控制器通過線路與可編程控制器連接，可編程控制器通過線路與工控機相連接，工控機控制壓電疊堆和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上刀盤的工作。壓電疊堆設(shè)有四個，固定在托架內(nèi)，托架由上托板和下托板組成，上托板和下托板之間設(shè)有四個彈簧，四個彈簧的八個端部鉤環(huán)穿入八個螺栓螺桿的徑向圓形通孔，壓電疊堆下端的加載球固定在下托板上，托架樞接在支架上，支架為多自由度支架。信號處理電路包括有四級處理電路，四個壓電疊堆通過屏蔽線與四級處理電路相連接，信號處理電路的第一級處理電路為電荷放大電路，用以放大壓電疊堆產(chǎn)生的感應(yīng)電荷，電荷放大電路采用高阻型運算放大器實現(xiàn)信號放大，運算放大器的反向輸入端和輸出端連接有可調(diào)電阻，信號處理電路的第二級處理電路為差分電路，用以抑制共模信號，信號處理電路的第三級處理電路為低通濾波電路，低通濾波電路的截止頻率能夠根據(jù)需要調(diào)整，用以濾除環(huán)境中的高頻干擾信號，信號處理電路的第四級處理電路為電壓放大電路，電壓放大電路的增益倍數(shù)能夠根據(jù)需要調(diào)整，信號處理電路與工控機的連接線路上設(shè)有A/D卡采集數(shù)據(jù)。壓電疊堆通過導(dǎo)線組與功率放大器連接，功率放大器采用交流220V供電，功率放大器與工控機的連接線路上設(shè)有D/A卡轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。刀桿的頂端設(shè)有球面刀頭，球面刀頭的形狀與壓電疊堆的下端加載球的形狀相應(yīng)。可編程控制器與泵站的連接線路上設(shè)有電磁換向閥，電磁換向閥的P口與T口分別和泵站的供油口與回油口管路連接，電磁換向閥的控制油口A口，控制油口B口分別和數(shù)控轉(zhuǎn)臺刀架上的鎖緊與松開油缸管路連接，刀架控制器的下行方向和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接，刀架控制器的上行方向與可編程控制器相連接。本發(fā)明的工作原理：首先根據(jù)需要模擬的切削情況，設(shè)置好加載力的大小和角度、振動頻率、加載波形、加載時間等各項參數(shù)，然后調(diào)整彈簧伸長量，消除機械間隙，對壓電疊堆施加一定預(yù)緊力，然后調(diào)整壓電疊堆，使加載球?qū)?zhǔn)到刀桿的球面刀頭，調(diào)整完畢后鎖緊。開啟電源、泵站，工控機控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位、定位、夾緊，之后工控機激勵壓電疊堆動作，加載球向刀桿頂端的球面刀頭移動，加載信息基于壓電自感應(yīng)特性，經(jīng)信號處理電路處理后測得，加載結(jié)束后，加載球退回原位置，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的刀盤又可自由轉(zhuǎn)動。工控機控制壓電疊堆的測試程序、控制程序由labview制作，電源開啟后，工控機根據(jù)所需的加載力、振動頻率和加載波形發(fā)出指令信號，指令信號經(jīng)D/A卡轉(zhuǎn)換傳給功率放大器，功率放大器激勵四個壓電疊堆，四個壓電疊堆伸縮形變，配合產(chǎn)生所需的加載力與加載扭矩，經(jīng)加載球傳遞到刀桿上。此時，信號處理電路將壓電疊堆伸縮形變產(chǎn)生感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)A/D卡傳遞到工控機，工控機的測試程序顯示壓電疊堆的加載信息。壓電疊堆的加載信息經(jīng)過一系列的比較與調(diào)理，得出偏差信號，偏差信號經(jīng)D/A卡轉(zhuǎn)換，功率放大器調(diào)理后輸入到壓電疊堆，提高壓電疊堆的抗干擾能力。工控機控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的控制界面也由labview制作，在控制界面上選定數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作模式和需要的工位后，與可編程控制器串口通訊，可編程控制器先輸出電流控制電磁換向閥動作，控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架刀盤松開，工控機接收到松開確定信號之后輸出工作模式信號、工位信號與啟動信號給刀架控制器，刀架控制器控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)到所需工位，之后刀架控制器反饋回定位結(jié)束信號和當(dāng)前工位信號給可編程控制器，如遇故障則反饋報警信號，可編程控制器接收到定位結(jié)束信號和當(dāng)前工位信號后輸出電流控制電磁換向閥動作，控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的刀盤鎖緊，接收到鎖緊確定信號后連同當(dāng)前工位信號一起反饋給工控機，一次換刀完成。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明采用壓電式加載裝置可以對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架加載多角度、任意形式的切削力和扭矩加載裝置，響應(yīng)速度快、體積小、結(jié)構(gòu)緊...