一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法
【專利摘要】一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法，該試驗臺及試驗方法包含試驗裝置、裝配和試驗方法三部分，試驗裝置包括測控計算機、USB數(shù)據(jù)采集儀、試驗臺架、夾具、皮帶、電機、液壓站。將夾具固定于試驗臺架上，安裝試驗活塞后，啟動液壓油缸拉緊拉桿，固定活塞完成活塞的裝夾；將溫度傳感器探針與皮帶軸的前軸承、后軸承外圈接觸并固定，ICP振動傳感器安裝于皮帶軸前軸承外殼處，啟動主軸電機，在測控軟件中根據(jù)事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進行動態(tài)模擬試驗，整個動態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，試驗監(jiān)控程序主界面實時顯示皮帶軸的轉(zhuǎn)速、前后軸承的溫度值、前軸承的振動值、軸向拉緊力、試驗時間參數(shù)、并將上述采集到的數(shù)據(jù)保存在計算機的數(shù)據(jù)庫中并作分析。
【專利說明】一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柴油機活塞加工用變橢圓車床夾具試驗臺及試驗方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及車床大直徑變橢圓夾具測試系統(tǒng)及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大型船舶工業(yè)的快速發(fā)展,活塞作為船舶發(fā)動機的心臟，通常將大功率高速發(fā)動機活塞在常溫下設(shè)計成中凸變橢圓形狀。由于中凸變橢圓活塞的型面復(fù)雜，使得其加工成為活塞制造的關(guān)鍵難題，20世紀90年代以來，歐、美、日各國競相開發(fā)和應(yīng)用新一代活塞加工車床，采用大功率皮帶軸帶動活塞旋轉(zhuǎn)，加快了活塞車床的高速發(fā)展步伐，作為變橢圓車床關(guān)鍵部件之一的夾具體，還存在一系列問題，如夾具皮帶軸軸承的溫升與振動問題，旋轉(zhuǎn)油缸旋轉(zhuǎn)精度問題，以及活塞拉桿的可靠性問題，為了對設(shè)計好的夾具體進行測試，急需建立活塞加工變橢圓車床夾具的試驗臺以及整個夾具在線檢測試驗方法。
[0003]目前，關(guān)于大功率變橢圓車床夾具試驗臺的專利在國內(nèi)還未見報道，而關(guān)于變橢圓車床夾具方面與信號測試采集系統(tǒng)方面的相關(guān)專利如下，例如CN2298083Y提供了一種變橢圓加工裝置，屬于車削機床附件，采用擺動刀架上的滾輪壓在仿橢凸輪上，通過仿型觸頭工作。CN202622437U公開了一種變橢圓精車夾具，拉緊組件安裝在車床主軸上且可拉緊活塞，通過車床尾架壓緊活塞，適合車削大馬力中速柴油機活塞。關(guān)于采集方面的專利有CN102012948A公布了一種基于USB的數(shù)據(jù)實時采集和儲存系統(tǒng)及方法，具有使用體積小，便于攜帶等優(yōu)點。CN1584511A公布了一種大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備智能采集監(jiān)測裝置，基于DSP處理器，八通道高速數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備。CN102128697A公布了一種用于高速電主軸的測試裝置，濾波放大電路與數(shù)據(jù)采集板卡連接，數(shù)據(jù)采集板卡與工控機連接，該裝置解決高速電主軸測試難的問題。CN201653537U公開了一種振動采集分析儀，接收振動傳感器傳來的被測旋轉(zhuǎn)機械的振動信號，根據(jù)與該通道連接的振動傳感器類型和采樣需求選通一路振動調(diào)理信號輸出。
[0004]上面的幾個專利可看出，目前大功率變橢圓車床大部分是國外進口，國內(nèi)目前可以生產(chǎn)小功率的變橢圓車床夾具，夾具的裝夾方式也不盡相同，通常以尾座作為支撐，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。測試采集系統(tǒng)以PCI或USB采集卡為主，采集通道不多，同步平行采集較少，大多采用輪詢采集，針對振動采集方面通常采用前置器，可以直接于振動傳感器連接的測試采集系統(tǒng)較少，導(dǎo)致布線過多，系統(tǒng)龐大等缺點。目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于大直徑變橢圓活塞夾具測試平臺的相關(guān)報道，關(guān)于變橢圓車床關(guān)鍵部件之一的夾具檢測試驗方法就更加缺乏。
[0005]本專利變橢圓活塞夾具實驗臺及試驗方法采用24bits A/D高精度多通道采集儀，一體化溫度與ICP振動傳感器可直接連接于采集儀，略去了前置放大電路，有利于測試數(shù)據(jù)的精確性與便捷性。整個實驗臺由鑄鐵構(gòu)成，且采用抱軸式裝夾，能夠承受較大的重量以及旋轉(zhuǎn)慣性，保證了夾具的可靠性和變橢圓活塞加工時的穩(wěn)定性，減少了由于皮帶軸的高速旋轉(zhuǎn)帶來的振動。目前，國家對于大功率變橢圓夾具尚無試驗方法，對于夾具的性能檢測領(lǐng)域?qū)儆诳瞻?，只能在工業(yè)現(xiàn)場進行實際運轉(zhuǎn)，通過運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)對夾具進行分析，嚴重地影響了夾具的設(shè)計、改進，特別是大型船用變橢圓的夾具的安裝調(diào)試費用都很大，夾具的可靠性和穩(wěn)定性直接影響著加工機床的安全使用，本專利試驗方法便于及早發(fā)現(xiàn)問題，改進設(shè)計，減少調(diào)試安裝費用，保證了夾具出廠的合格率，保障了機床的安全使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種適合變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法。為達到上述目的，本發(fā)明專利通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]所述的變橢圓車床夾具實驗臺，主要由測控計算機、USB數(shù)據(jù)采集儀、采集軟件、試驗臺架、夾具、大功率電機、溫度傳感器、振動傳感器、液壓站構(gòu)成。大功率活塞夾具主要由液壓油缸、皮帶主軸、拉桿連接盤、夾具體、滑塊、拉環(huán)、銷孔拉桿構(gòu)成；由于大功率船用柴油機活塞加工用變橢圓車床所涉及的產(chǎn)品缸徑較大，重量較重，僅單個夾具體質(zhì)量為680千克，加上活塞毛坯質(zhì)量，需要實驗臺架穩(wěn)定支撐質(zhì)量在800千克左右的活塞做高速旋轉(zhuǎn)，必須保證試驗臺架的自動定心、安裝牢固可靠，同時要求有一定的位置調(diào)整余地，以便于溫度與振動傳感器的安裝。
[0008]所述變橢圓活塞夾具實驗臺架采用抱軸式裝夾，通過主軸固定座將變橢圓夾具固定于實驗臺架上，并且整個實驗臺架由鑄鐵構(gòu)成，實驗臺下部采用筋板翼式設(shè)計，實驗臺每面有2條板翼，共8條板翼，減少了由于夾具皮帶軸的高速旋轉(zhuǎn)帶來的振動，保證了夾具檢測中的可靠性和穩(wěn)定性。
[0009]所述變橢圓活塞夾具實驗臺USB式采集儀采用同步24位8通道同步并行設(shè)計，每個通道的增益誤差和零點飄移都可以獨立地由DAQ控制器微調(diào)消除，并且該采集儀可于華中數(shù)控系統(tǒng)進行對接，具有較高的工作可靠性和穩(wěn)定性及實用性。
[0010]所述變橢圓活塞夾具實驗臺采用1支ICP式振動傳感器，靈敏度為100mV/g，采用3支一體化式溫度傳感器測，測溫范圍為-50°C _30(TC，兩種傳感器均采用集成芯片，省掉了老式的前置放大器，可直接與采集儀連接，為整個夾具測試系統(tǒng)節(jié)省了空間。
[0011]所述變橢圓活塞夾具測試實驗臺及試驗方法通過以下步驟實現(xiàn)，首先通過地腳螺栓將試驗臺架固定于水平地面上，調(diào)整主軸固定座位置，通過連接螺栓固定于試驗臺架立柱上，將夾具皮帶軸外邊緣與主軸固定座對齊，迅速將抱軸套通過連接螺栓固定于主軸固定座上。通過拉桿扳手卡口安裝夾具拉桿與液壓缸，調(diào)整皮帶輪與電機到同一水平高度，安裝皮帶，根據(jù)加工活塞的直徑選擇夾具體，安裝夾具體后擰緊拉桿螺釘，放置要加工的活塞外邊緣與夾具體的外邊緣對齊，安裝銷孔拉桿，啟動液壓缸拉緊拉桿，完成活塞的裝夾；一體化溫度傳感器通過M12螺紋連接與主軸的前軸承、后軸承、且溫度探針直接測量前軸承外圈溫度、后軸承外圈溫度，ICP振動傳感器采用螺紋安裝放置于皮帶軸前軸承外殼處。完成活塞的裝夾，活塞裝夾完成后啟動測控計算機與信號采集儀，啟動測控采集軟件，啟動主軸電機，在測控軟件中根據(jù)事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進行動態(tài)模擬試驗，整個動態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，試驗監(jiān)控程序主界面實時顯示皮帶軸的轉(zhuǎn)速、前后軸承的溫度值、前軸承的振動值、軸向拉緊力、試驗時間參數(shù)、并將上述參數(shù)保存在計算機的數(shù)據(jù)庫中，試驗過程中如出現(xiàn)異常情況，由計算機監(jiān)控程序發(fā)出報警并自動停機；試驗結(jié)束后停機,通過液壓油缸放松拉桿,卸掉活塞拉環(huán)后可更換活塞，進行下一組試驗。
[0012]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:[0013]1、該變橢圓夾具測試實驗臺，底部有八條板翼，能夠承受較大的重量以及旋轉(zhuǎn)慣性，提高了實驗臺穩(wěn)定性，整個實驗臺模仿車床底座采用鑄鐵構(gòu)成在主軸旋轉(zhuǎn)時，可減小旋轉(zhuǎn)帶來的振動，更加接近車床真實情況。
[0014]2、信號采集儀上集成了 8片100KSpS24bitS A/D轉(zhuǎn)換器，和8個獨立的高速精密運算放大器和精密衰減濾波網(wǎng)絡(luò)組成程控增益通道，板上帶有32K X16BYTES FIFO，通道最大采樣深度不受限制，可以實現(xiàn)高精度信號的連續(xù)大容量記錄功能，保證采集信號的高精度與穩(wěn)定性，且該采集儀可于華中數(shù)控系統(tǒng)進行對接，具有良好的發(fā)展前景與現(xiàn)實意義。
[0015]3、該變橢圓夾具測試實驗臺使用一體式溫度傳感器與ICP振動傳感器，傳感器可以與采集儀直接連接，爭取到了更多的安裝空間，省去了前置放大電路等中間環(huán)節(jié)，較少了信號的干擾，保證了采集信號的精確度。
[0016]4、該變橢圓夾具測試實驗臺測控分析軟件，控制面板為虛擬儀器風格的中文圖形界面，集成了實時監(jiān)控，自動報警停，數(shù)據(jù)分析功能，運行支持XP/WIN7操作系統(tǒng)，支持多通道文件格式，實驗波形打包存儲，保證數(shù)據(jù)完整性。
[0017]5、本發(fā)明的試驗方法由計算機自動監(jiān)控并記錄試驗的各項參數(shù)，通過動態(tài)檢測，溫度檢測，數(shù)據(jù)分析，為大功率活塞夾具的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明變橢圓夾具試驗臺的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、測控計算機2、USB數(shù)據(jù)采集儀3、試驗臺架4、夾具5、皮帶6、電機7、液壓站。
[0019]圖2是本發(fā)明試驗臺架與夾具整體三維圖軸測圖；圖中301、臺架板翼302、數(shù)字溫度傳感器303、ICP振動傳感器401、液壓油缸5、皮帶6、電機。
[0020]圖3是本發(fā)明試驗臺架三維軸測圖；圖中301、臺架板翼302、數(shù)字溫度傳感器303、ICP振動傳感器304、抱軸套305、抱軸套連接螺釘306、主軸固定座連接螺釘307臺架地腳螺栓。
[0021]圖4是本發(fā)明夾具三維軸測圖，圖中401、液壓油缸402、主軸皮帶軸403主軸測溫孔404皮帶主軸405、活塞拉環(huán)406、夾具體
[0022]圖5是本發(fā)明夾具剖面圖，圖中401、液壓油缸402、主軸皮帶軸404皮帶主軸405、活塞拉環(huán)406、夾具體407、銷孔拉桿408、活塞409、拉桿扳手卡口 410、拉桿411、連接螺釘
【具體實施方式】
[0023]為了使專利審查員與公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)和有益效果， 申請人:將下面以實施例的方式結(jié)合附圖做詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實質(zhì)性的等效變化都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。
[0024]請參考附圖1-5，通過地腳螺栓307將試驗臺架3固定于水平地面上，調(diào)整主軸固定座308位置，通過連接螺栓306固定于試驗臺架立柱上309，將夾具皮帶軸404外邊緣與主軸固定座308對齊，迅速將抱軸套304通過抱軸套連接螺栓305固定于主軸固定座308上。通過拉桿扳手卡口 409安裝夾具拉桿410與液壓缸401，調(diào)整皮帶輪402與電機6到同一水平高度，安裝皮帶5，根據(jù)加工活塞408的直徑選擇夾具體406材料為ZG310-570，安裝夾具體406后擰緊拉桿螺釘411，放置要加工的活塞408外邊緣與夾具體406的外邊緣對齊，安裝銷孔拉桿407，銷孔拉桿407為焊接件，銷孔拉桿407的主體部分為冷軋精密無縫鋼管，銷孔拉桿的主體部分兩端配有支撐柱以增強其強度；啟動液壓油缸401拉緊拉桿410，完成活塞的裝夾；一體化溫度傳感器302通過M12螺紋連接與皮帶軸404的前軸承、后軸承、且溫度探針直接測量前軸承外圈溫度、后軸承外圈溫度，ICP振動傳感器303采用螺紋安裝放置于皮帶軸404前軸承外殼處；完成活塞的裝夾，活塞裝夾完成后啟動測控計算機1與信號采集儀2，啟動測控采集軟件，啟動主軸電機6，在測控軟件中根據(jù)事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進行動態(tài)模擬試驗，整個動態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，試驗監(jiān)控程序主界面實時顯示皮帶軸404的轉(zhuǎn)速、前后軸承的溫度值、前軸承的振動值、軸向拉緊力、試驗時間參數(shù)、并將上述參數(shù)保存在計算機的數(shù)據(jù)庫中，試驗過程中如出現(xiàn)異常情況，由計算機監(jiān)控程序發(fā)出報警并自動停機；試驗結(jié)束后停機，通過液壓油缸401放松拉桿410，卸掉活塞拉環(huán)407后可更換活塞408，進行下一組試驗。
[0025]本發(fā)明夾具試驗臺使用的皮帶軸轉(zhuǎn)速可在100_2000r/min范圍內(nèi)變化，并且具有自動檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r檢測皮帶軸的振動與溫度，分析活塞加工中振動值與溫度值的變化。
[0026]本發(fā)明夾具加工范圍廣，不但可以加工直徑為Φ550mm的大直徑活塞，而且可以使用一臺機床加工不同種類的活塞，節(jié)約了企業(yè)成本，填補了國內(nèi)該技術(shù)的空白，將大大提高我國大功率國產(chǎn)活塞機床的技術(shù)層次，具有很高的社會價值和廣闊的市場前景。
【權(quán)利要求】
1.一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法，其特征是:該試驗臺及試驗方法包含試驗裝置、裝配和試驗方法三部分內(nèi)容；1.試驗裝置試驗裝置由測控計算機(1)、USB數(shù)據(jù)采集儀(2)、試驗臺架(3)、夾具(4)、皮帶(5)、電機(6)、液壓站(7)；所述試驗臺架(3)包含有臺架板翼(301)、數(shù)字溫度傳感器(302)、ICP振動傳感器(303)、抱軸套(304)、抱軸套連接螺釘(305)、主軸固定連接螺釘(306)、臺架地腳螺栓(307)；所述夾具(4)包含有液壓油缸(401)、主軸皮帶輪(402)、主軸測溫孔(403)、皮帶主軸(404)、活塞拉環(huán)(405)、夾具體(406)、銷孔拉桿(407)、活塞(408)、拉桿扳手卡口(409)、拉桿(410)、連接螺釘(411)；I1、裝配通過地腳螺栓(307)將試驗臺架(3)固定于水平地面上，調(diào)整主軸固定座(308)位置，通過連接螺栓(306)固定于試驗臺架立柱上(309)，將夾具皮帶軸(404)外邊緣與主軸固定座(308)對齊，迅速將抱軸套(304)通過抱軸套連接螺栓(305)固定于主軸固定座(308)上；通過拉桿扳手卡口(409) 安裝夾具拉桿(410)與液壓缸(401)，調(diào)整皮帶輪(402)與電機(6)到同一水平高度，安裝皮帶(5)，根據(jù)加工活塞(408)的直徑選擇夾具體(406)材料為ZG310-570，安裝夾具體(406)后擰緊拉桿螺釘(411)，放置要加工的活塞(408)外邊緣與夾具體(406)的外邊緣對齊，安裝銷孔拉桿(407)，銷孔拉桿(407)為焊接件，銷孔拉桿(407)的主體部分為冷軋精密無縫鋼管，銷孔拉桿的主體部分兩端配有支撐柱以增強其強度；啟動液壓油缸(401)拉緊拉桿(410)，完成活塞的裝夾；一體化溫度傳感器(302)通過M12螺紋連接與皮帶軸(404)的前軸承、后軸承、且溫度探針直接測量前軸承外圈溫度、后軸承外圈溫度，ICP振動傳感器(303)采用螺紋安裝放置于皮帶軸(404)前軸承外殼處；完成活塞的裝夾，活塞裝夾完成；II1、試驗方法啟動測控計算機(1)與信號采集儀(2)，啟動測控采集軟件，啟動主軸電機(6)，在測控軟件中根據(jù)事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進行動態(tài)模擬試驗，整個動態(tài)運轉(zhuǎn)過程中，試驗監(jiān)控程序主界面實時顯示皮帶軸(404)的轉(zhuǎn)速、前后軸承的溫度值、前軸承的振動值、軸向拉緊力、試驗時間參數(shù)、并將上述參數(shù)保存在計算機的數(shù)據(jù)庫中，試驗過程中如出現(xiàn)以下異常情況，如夾具皮帶軸軸承在不同的轉(zhuǎn)速下溫度升高值超過25°C，軸承振動值超過6g，軸向拉緊液壓油缸拉緊力小于2000N時，由計算機監(jiān)控程序發(fā)出報警并自動停機；試驗結(jié)束后停機，通過軸向液壓油缸(401)放松拉桿(410)，卸掉活塞拉環(huán)(407)后，更換活塞(408)，并將上述參數(shù)不同時段的數(shù)據(jù)和圖像進行計算機數(shù)據(jù)處理，最終作出夾具在高速動態(tài)模擬試驗下的評定結(jié)論。
2.如權(quán)利要求1所述的一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法，其特征是:試驗臺架(3)底部有八條板翼(301)，能夠承受較大的重量以及旋轉(zhuǎn)慣性，提高了實驗臺穩(wěn)定性，整個實驗臺架模仿車床底座采用鑄鐵構(gòu)成在主軸旋轉(zhuǎn)時，可減小旋轉(zhuǎn)帶來的振動，更加接近車床真實情況。
3.如權(quán)利要求1所述的一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法，其特征是:信號采集儀(2)集成了 8片100KspS24bitS A/D轉(zhuǎn)換器，和8個獨立的高速精密運算放大器和精密衰減濾波網(wǎng)絡(luò)組成程控增益通道，板上帶有32K X16BYTES FIFO，通道最大采樣深度不受限制，可以實現(xiàn)高精度信號的連續(xù)大容量記錄功能，保證采集信號的高精度與穩(wěn)定性，且該采集儀可于華中數(shù)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接，使用一體式溫度傳感器(302)與ICP振動傳感器(303)，傳感器可以與采集儀(2)直接連接，爭取到了更多的安裝空間，省去了前置放大電路等中間環(huán)節(jié)，較少了信號的干擾，保證了采集信號的精確度。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種中凸變橢圓車床夾具實驗臺及試驗方法，其特征是:測控分析軟件，控制面板為虛擬儀器風格的中文圖形界面，實時自動監(jiān)控并記錄試驗的各項參數(shù)，具有動態(tài)檢測，溫度檢測，數(shù)據(jù)分析功能。
【文檔編號】G01M13/00GK103630340SQ201310244565
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月9日
【發(fā)明者】張勇, 何強, 張春蓉, 董昭, 張瑋瑋, 康博, 米彥玲, 閆曉清, 陳曉, 王倩 申請人:安陽工學(xué)院