本發(fā)明屬于機械試驗設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對主軸拉刀機構(gòu)進(jìn)行可靠性試驗的裝置，具體地說，涉及一種可以對主軸拉刀機構(gòu)工況進(jìn)行模擬、拉刀機構(gòu)性能進(jìn)行檢測的可靠性試驗裝置。

背景技術(shù)：

主軸作為數(shù)控機床的關(guān)鍵功能部件，其可靠性對整機的可靠性有著很大的影響，根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，主軸中的拉刀機構(gòu)占據(jù)較大部分故障比例。目前雖然存在對主軸拉刀機構(gòu)進(jìn)行試驗的裝置如CN205352685U，但其僅能模擬機械手對松拉刀動作，并不能動態(tài)模擬切削過程對拉刀機構(gòu)的影響，更沒有針對拉刀機構(gòu)的動態(tài)檢測裝置。已有的拉刀機構(gòu)測量裝置如CN204546139U雖然可以實時監(jiān)測拉刀力，但是不能全面地檢測拉刀機構(gòu)振動、噪聲等參數(shù)，更不具有內(nèi)置的自發(fā)電，數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)等全面集成化的功能。因此發(fā)明一套具有針對性的，能夠完全模擬主軸拉刀機構(gòu)真實工況，并且全面監(jiān)測其構(gòu)動態(tài)數(shù)據(jù)的試驗裝置對提升主軸拉刀機構(gòu)可靠性具有很大實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)無法對主軸拉刀機構(gòu)進(jìn)行全面的可靠性試驗，而且現(xiàn)有的拉刀力檢測裝置不能完全反映拉刀機構(gòu)的性能。本發(fā)明專利提供了一種能夠?qū)Σ煌愋偷侗睦稒C構(gòu)進(jìn)行可靠性試驗裝置，其不僅可以模擬主軸拉刀機構(gòu)的機械動作，而且能夠模擬不同載荷狀態(tài)下主軸切削時對拉刀機構(gòu)的影響。為了實現(xiàn)連續(xù)松拉刀動作，本發(fā)明基于電液伺服加載機構(gòu)往復(fù)運動，模擬換刀機械手的換刀過程。為了實現(xiàn)模擬真實工況下刀柄對拉刀機構(gòu)的影響，設(shè)計了軸承加載單元結(jié)構(gòu)與角度可調(diào)的電液伺服加載機構(gòu)，使得施加在旋轉(zhuǎn)刀柄上的切削力可實現(xiàn)大小與方向的綜合調(diào)節(jié)，更好地模擬了主軸實際切削過程中拉刀機構(gòu)的工況。

在進(jìn)行可靠性試驗的過程中，本發(fā)明所述的拉刀機構(gòu)性能檢測模塊能夠以自發(fā)電的形式，將拉刀機構(gòu)的振動、噪聲以及拉刀力值以無線傳輸?shù)姆绞絺骰財?shù)據(jù)采集儀，從而進(jìn)行在線狀態(tài)檢測。

本發(fā)明所述的試驗裝置在完成可靠性試驗的同時，還能根據(jù)不同的試驗方案進(jìn)行主軸拉刀機構(gòu)早期磨合、拉刀機構(gòu)性能檢測以及拉刀機構(gòu)加速壽命試驗，具有比較廣泛的用途。由于試驗裝置簡潔，相比普通換刀機械手具有較高的可靠性，能夠排除外因?qū)读煽啃栽囼炏到y(tǒng)的影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種機床主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置，由主軸安裝模塊、模擬刀柄模塊、加載模塊和輔助模塊組成；

所述的主軸安裝模塊包括主軸3、主軸抱夾4和主軸支撐臺21；主軸3通過主軸抱夾4固定在主軸支撐臺上21上；

所述加載模塊包括電液伺服加載機構(gòu)8、加載桿8-1、加載機構(gòu)底座9、加載機構(gòu)底板10、伺服電機11、小齒輪12、弧形齒條14、加載機構(gòu)底板銷軸16、球形加載端頭24、壓力傳感器25、電液伺服閥26；

所述電液伺服加載機構(gòu)8固定在加載機構(gòu)底座9上，加載機構(gòu)底座9固定在加載機構(gòu)底板10上，加載機構(gòu)底板10與弧形齒條14固定；

伺服電機11驅(qū)動小齒輪12，小齒輪12與加載機構(gòu)底板10外緣的弧形齒條14嚙合，帶動加載機構(gòu)底板10繞著加載機構(gòu)底板銷軸16轉(zhuǎn)動，從而帶動底板10上的加載機構(gòu)底座9以及電液伺服加載機構(gòu)8在水平方向上繞著球形加載端頭24轉(zhuǎn)動；

加載桿8-1位于電液伺服加載機構(gòu)8內(nèi)部中心位置，在電液伺服閥26的控制下，加載桿8-1能夠往復(fù)伸縮運動；壓力傳感器25串聯(lián)于電液伺服加載機構(gòu)加載桿8-1上，球形加載端頭24位于加載桿8的最末端；

所述模擬刀柄模塊包括軸承加載單元6、滑軌7、自動發(fā)電環(huán)23和滑塊28；

主軸3與電液伺服加載機構(gòu)8之間通過軸承加載單元6連接，在主軸3與軸承加載單元6之間安裝有自動發(fā)電環(huán)23；

軸承加載單元6通過滑塊28安裝在滑軌7上，并能夠在滑軌7上滑動。

技術(shù)方案中所述軸承加載單元6包括電線通道6-1，軸承加載單元端蓋6-3，徑向軸承A6-4，模擬刀柄6-5，徑向軸承B6-6，軸向推力軸承6-7，加載過渡件6-8，軸承加載單元外殼6-9，鎖緊螺栓6-12，無線信號發(fā)射裝置6-13，加載球抱夾6-14；

電線通道6-1位于模擬刀柄6-5的回轉(zhuǎn)中心線位置；

軸承加載單元外殼6-9與軸承加載單元端蓋6-3通過鎖緊螺栓6-12相固定，形成包裹模擬刀柄6-5部件的殼體；模擬刀柄6-5外徑上裝配有徑向軸承A6-4和徑向軸承B6-6；

模擬刀柄6-5末端凸臺與推力球軸承6-7一端的孔配合，加載過渡件6-8一端的凸臺與推力球軸承6-7配合，加載過渡件6-8與軸承加載單元外殼6-9間隙配合，球形加載端頭24與加載過渡件6-8接觸，將來自電液伺服加載機構(gòu)8的加載力傳遞到推力球軸承6-7，進(jìn)而傳遞到模擬刀柄6-5；

無線信號發(fā)生裝置6-13位于模擬刀柄6-5內(nèi)部，安置在模擬刀柄6-5的回轉(zhuǎn)中心線位置；

加載球抱夾6-14能夠限制球形加載端頭24的位置，使其在加載過渡件6-8與加載球抱夾6-14所形成的類似球鉸鏈的結(jié)構(gòu)內(nèi)運動。

技術(shù)方案中所述加載球抱夾6-14通過帶有緩沖墊片6-15的螺栓固定在軸承加載單元外殼6-9上。

技術(shù)方案中所述軸承加載單元6還包括拉力傳感器6-10、振動傳感器6-2和噪聲傳感器6-11；

所述拉力傳感器6-10、振動傳感器6-2和噪聲傳感器6-11設(shè)置在模擬刀柄6-5內(nèi)。

技術(shù)方案中所述的主軸安裝模塊還包括螺旋微調(diào)器29；

所述螺旋微調(diào)器29設(shè)置在主軸支撐臺21與地平鐵20之間。

技術(shù)方案中所述自動發(fā)電換23包括：發(fā)電環(huán)內(nèi)圈23-1，發(fā)電環(huán)外圈23-2，發(fā)電環(huán)外圈鎖緊環(huán)23-3；

發(fā)電環(huán)內(nèi)圈23-1與軸承加載單元6中的模擬刀柄6-5過盈配合，發(fā)電環(huán)外圈23-2，發(fā)電環(huán)外圈鎖緊環(huán)23-3固定在軸承加載單元端蓋6-3上。

技術(shù)方案中所述模擬刀柄模塊還包括軸承加載單元支撐臺17、輔助平臺19；

軸承加載單元支撐臺17支撐滑軌7，并放置在輔助平臺19上。

技術(shù)方案中所述輔助模塊包括數(shù)據(jù)采集儀1、工控機2、攝像頭5、地平鐵20、操控臺22；

所述數(shù)據(jù)采集儀1和工控機2放置在操控臺22上，并固定在地平鐵20上；

所述的攝像頭5安裝于主軸抱夾4頂部，拍攝位置為主軸拉刀機構(gòu)前端。

技術(shù)方案中所述輔助模塊還包括可移動麥克風(fēng)18；

所述可移動麥克風(fēng)18設(shè)置在模擬刀柄模塊中的輔助平臺19上。

技術(shù)方案中所述加載模塊還包括底板15、滾柱27；

所述底板15放置于輔助模塊中的地平鐵20上表面；

所述滾柱27設(shè)置在加載機構(gòu)底板10與底板15之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明所述的裝置能夠模擬不同類型主軸刀柄的換刀過程，進(jìn)行主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗以及早期磨合試驗，并對拉刀機構(gòu)的加速壽命試驗起到指導(dǎo)性作用。

2、本發(fā)明所述裝置能夠?qū)崟r檢測拉刀機構(gòu)換刀、主軸空轉(zhuǎn)以及切削以及過程中，拉刀機構(gòu)產(chǎn)生的拉刀力、振動以及噪聲。主軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置自行發(fā)電從而給內(nèi)置傳感器供電，采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问綄⑿盘栞敵?，從而消除因主軸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的繞線問題的影響。

3、本發(fā)明所述的裝置能夠在線模擬主軸切削過程動態(tài)切削力對拉刀機構(gòu)的影響。通過切削力加載裝置的設(shè)計，消除加載機構(gòu)回程的無效加載力，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)動態(tài)切削力大小及方向，從而全面反映主軸拉刀機構(gòu)的真實工況。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明專利所述的主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置整體軸測圖；

圖2為本發(fā)明專利所述的主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置主體部分側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明專利所述的主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置俯視圖；

圖4為本發(fā)明專利所述的BT系列刀柄的軸承加載單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明專利所述的HSK系列刀柄的軸承加載單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖中：

1.數(shù)據(jù)采集儀，2.工控機，3.主軸，3-1.主軸拉爪，4.主軸抱夾，5.攝像頭，6.軸承加載單元，6-1.電線通道，6-2.振動傳感器，6-3.軸承加載單元端蓋，6-4.徑向軸承A，6-5.模擬刀柄，6-6.徑向軸承B，6-7.軸向推力軸承，6-8加載過渡件，6-9.軸承加載單元外殼，6-10.拉力傳感器，6-11.噪聲傳感器，6-12.鎖緊螺栓，6-13.無線信號發(fā)射裝置，6-14.加載球抱夾，6-15緩沖墊片，7.滑軌，8.電液伺服加載機構(gòu)，8-1.加載桿，9.加載機構(gòu)底座，10.加載機構(gòu)底板，11.伺服電機，12.小齒輪，13.電機支座，14.弧形齒條，15.底板，16.加載機構(gòu)底板銷軸，17.軸承加載單元支撐臺，18.可移動麥克風(fēng)，19.輔助平臺，20.地平鐵，21.主軸支撐臺，22.操控臺，23.自動發(fā)電環(huán)，23-1.發(fā)電環(huán)內(nèi)圈，23-2.發(fā)電環(huán)外圈，23-3.發(fā)電環(huán)外圈鎖緊環(huán)，24.球形加載端頭，25.壓力傳感器，26.電液伺服閥，27.滾柱，28.滑塊，29.螺旋微調(diào)器；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

本發(fā)明所述的一種主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置，由主軸安裝模塊、模擬刀柄模塊、加載模塊以及輔助模塊四大部分組成。其功能以及組成說明如下：

所述的主軸安裝模塊實現(xiàn)受試主軸的安裝功能。該模塊包括主軸3、主軸拉爪3-1、主軸抱夾4、主軸支撐臺21以及螺旋微調(diào)器29；

所述加載模塊實現(xiàn)模擬換刀機械手動作，為更換刀柄提供動力并提供大小方向均變化的動態(tài)切削力。該模塊包括電液伺服加載機構(gòu)8、加載桿8-1、加載機構(gòu)底座9、加載機構(gòu)底板10、伺服電機11、小齒輪12、電機支座13、弧形齒條14、底板15以及加載機構(gòu)底板銷軸16、球形加載端頭24、壓力傳感器25、電液伺服閥26、滾柱27；

加載機構(gòu)底座9支撐上部分的電液伺服加載機構(gòu)8，加載桿8-1位于電液伺服加載機構(gòu)8內(nèi)部中心位置，在電液伺服閥26的控制下，加載桿8-1能夠往復(fù)伸縮運動。壓力傳感器25串聯(lián)于電液伺服加載機構(gòu)加載桿8-1上，能夠檢測加載桿8-1上的壓力。球形加載端頭24位于加載桿8的最末端，采用螺紋聯(lián)接與加載桿8末端的螺紋上。

所述模擬刀柄模塊作用是為拉刀機構(gòu)提供一個機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)拉刀機構(gòu)對刀柄的松拉刀動作并傳遞加載模塊施加的動態(tài)載荷。于此同時，通過內(nèi)部檢測裝置的設(shè)計，實現(xiàn)對拉刀機構(gòu)工作時的狀態(tài)參數(shù)實時檢測。該模塊包括軸承加載單元6、滑軌7、軸承加載單元支撐臺17、輔助平臺19、自動發(fā)電環(huán)23以及滑塊28；其中軸承加載單元6又細(xì)分為以下部分，電線通道6-1，振動傳感器6-2，軸承加載單元端蓋6-3，徑向軸承A6-4，模擬刀柄6-5，徑向軸承B6-6，軸向推力軸承6-7，加載過渡件6-8，軸承加載單元外殼6-9，拉力傳感器6-10，噪聲傳感器6-11，鎖緊螺栓6-12，無線信號發(fā)射裝置6-13，加載球抱夾6-14，緩沖墊片6-15；自動發(fā)電環(huán)23包括：發(fā)電環(huán)內(nèi)圈23-1，發(fā)電環(huán)外圈23-2，發(fā)電環(huán)外圈鎖緊環(huán)23-3。

電線通道6-1位于模擬刀柄6-5的回轉(zhuǎn)中心線位置，為拉力傳感器6-10、振動傳感器6-2和噪聲傳感器6-11三個傳感器與無線信號發(fā)射裝置6-13以及發(fā)電環(huán)內(nèi)圈23-1的電線連接提供空間；

模擬刀柄6-5末端凸臺與推力球軸承6-7一端的孔配合，加載過渡件6-8一端的凸臺與推力球軸承6-7配合，在保證模擬刀柄6-5與加載過渡件6-8同軸的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)運動。加載過渡件6-8與軸承加載單元外殼6-9間隙配合，球形加載端頭24與加載過渡件6-8接觸，將來自電液伺服加載機構(gòu)8的加載力傳遞到推力球軸承6-7，進(jìn)而傳遞到模擬刀柄6-5。

無線信號發(fā)生裝置6-13位于模擬刀柄6-5內(nèi)部，安置在模擬刀柄6-5的回轉(zhuǎn)中心線位置，起到將采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送至電腦等終端的目的。

加載球抱夾6-14能夠限制球形加載端頭24的位置，使其在加載過渡件6-8與加載球抱夾6-14所形成的類似球鉸鏈的結(jié)構(gòu)內(nèi)運動。實現(xiàn)加載力方向的動態(tài)調(diào)節(jié)。

所述輔助模塊為整套試驗裝置的正常工作提供輔助支撐。該模塊包括數(shù)據(jù)采集儀1、工控機2、攝像頭5、可移動麥克風(fēng)18、地平鐵20、操控臺22；

所述的攝像頭5安裝于主軸抱夾4頂部，拍攝位置為主軸拉刀機構(gòu)前端，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程觀看拉刀機構(gòu)的工作情況，并進(jìn)行全局監(jiān)控；

參閱圖1，數(shù)據(jù)采集儀1和工控機2放置在操控臺22上，并固定在地平鐵20上。

參閱圖1與圖2，主軸3通過主軸抱夾4固定在主軸支撐臺上21上。主軸支撐臺上21與地平鐵20之間有螺旋微調(diào)器29，用來調(diào)整主軸安裝臺的高度，使得主軸能夠與模擬刀柄6-5正常安裝。

參閱圖1與圖2，電液伺服加載機構(gòu)8固定在加載機構(gòu)底座9上，加載機構(gòu)底座9固定在加載機構(gòu)底板10上，加載機構(gòu)底板10與弧形齒條14固定。電機支座13支撐伺服電機11，伺服電機11驅(qū)動小齒輪12，小齒輪12與加載機構(gòu)底板10外緣的弧形齒條14嚙合，帶動加載機構(gòu)底板10繞著加載機構(gòu)底板銷軸16轉(zhuǎn)動，從而帶動底板10上的加載機構(gòu)底座9以及電液伺服加載機構(gòu)8在水平方向上繞著球形加載端頭24轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)加載角度的調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的順暢，加載機構(gòu)底板10與底板15之間放置多列滾柱27。底板15放置于地平鐵20上表面。電液伺服加載機構(gòu)8的最前端安裝有球形加載端頭24實現(xiàn)切削力的加載，并且利用壓力傳感器25實現(xiàn)加載力的檢測以及閉環(huán)控制。

參閱圖3，加載機構(gòu)的伺服電機11驅(qū)動小齒輪12轉(zhuǎn)動，通過加載機構(gòu)底板10外緣的弧形齒條14，帶動加載機構(gòu)底板10在滾柱27上轉(zhuǎn)動，從而改變電液伺服加載機構(gòu)8的加載角度，實現(xiàn)對拉刀機構(gòu)不同角度切削力的加載。

參閱圖3，主軸3與電液伺服加載機構(gòu)8之間通過軸承加載單元6連接；

參閱圖3與圖4，主軸3前端的主軸拉爪3-1與模擬刀柄6-5相連，實現(xiàn)主軸3與軸承加載單元6連接。電液伺服加載機構(gòu)8通過前端的球形加載端頭24與加載單元外殼6-9連接，實現(xiàn)電液伺服加載機構(gòu)8與軸承加載單元6連接。因此軸承加載單元6作為一個過渡件將主軸3與電液伺服加載機構(gòu)8連接起來，實現(xiàn)模擬力的加載。

參閱圖4，在主軸3與軸承加載單元6之間安裝有自動發(fā)電環(huán)23從而利用主軸的轉(zhuǎn)動對刀柄內(nèi)部傳感器供電。發(fā)電環(huán)內(nèi)圈23-1與模擬刀柄6-5過盈配合，發(fā)電環(huán)外圈23-2，發(fā)電環(huán)外圈鎖緊環(huán)23-3固定在軸承加載單元端蓋6-3上，主軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動自動發(fā)電環(huán)23產(chǎn)生電能從而給內(nèi)置傳感器供電；軸承加載單元6通過滑塊28安裝在滑軌7上，并可在滑軌7上滑動。軸承加載單元支撐臺17支撐滑軌7，并放置在輔助平臺19上。輔助平臺19上還放置有可移動麥克風(fēng)18，檢測試驗過程中的振動噪聲。整個模擬刀柄模塊固定在底板15上。

參閱圖4，所述的BT系列刀柄的軸承加載單元6內(nèi)部具有如下結(jié)構(gòu)。軸承加載單元外殼6-9與軸承加載單元端蓋6-3通過鎖緊螺栓6-12相固定，形成包裹模擬刀柄6-5等部件的殼體。模擬刀柄6-5外徑上裝配有徑向軸承A6-4與和徑向軸承B6-6，使得模擬刀柄6-5在主軸帶動下的高速旋轉(zhuǎn)不影響到加載單元外殼6-9。球形加載端頭24左側(cè)通過具有與球形加載端頭24同等直徑大小的凹坑，將來自電液伺服加載機構(gòu)8的加載力傳遞到推力球軸承6-7，進(jìn)而傳遞到模擬刀柄6-5，最終傳遞到主軸的拉刀機構(gòu)上。

加載球抱夾6-14通過帶有緩沖墊片6-15的螺栓固定在軸承加載單元外殼6-9上，加載球抱夾6-14能夠限制球形加載端頭24的位置，使其在加載過渡件6-8與加載球抱夾6-14所形成的類似球鉸鏈的結(jié)構(gòu)內(nèi)自由運動。實現(xiàn)切削力方向的動態(tài)調(diào)節(jié)。由于在動態(tài)加載的過程中，球形加載端頭24高頻往復(fù)運動，而只有電液伺服加載機構(gòu)8前進(jìn)方向的加載力是實際工況，實際工況中工件不可能給主軸一個拉力，因此電液伺服加載機構(gòu)8回程的加載力不屬于工況，因盡量避免。因此，在加載球抱夾6-14與軸承加載單元6-9連接時，設(shè)計了緩沖墊片6-15，使其吸收球形加載端頭24在高頻加載時的回程位移，保證加載的準(zhǔn)確性。

為了實時檢測主軸拉刀機構(gòu)在拉刀過程中的狀態(tài)參數(shù)，采用嵌入式檢測的方式，在模擬刀柄6-5內(nèi)置拉力傳感器6-10、振動傳感器6-2以及噪聲傳感器6-11。由自動發(fā)電環(huán)23給內(nèi)置的拉力傳感器6-10、振動傳感器6-2以及噪聲傳感器6-11以及無線信號發(fā)射裝置6-13供電，采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问綄⑿盘栞敵觥?/p>

參閱圖4與圖5，試驗可根據(jù)主軸拉刀機構(gòu)類型的差異改變模擬刀柄6-5前端的結(jié)構(gòu)以便試驗不同的主軸拉爪3-1，使本專利所述的主軸拉刀機構(gòu)可靠性試驗裝置的通用性的特點。

本發(fā)明中所述的實例是為了便于該領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本發(fā)明。本發(fā)明只是一個優(yōu)化的實例，或者說是一種較佳的具體技術(shù)方案，如果相關(guān)的技術(shù)人員在堅持本發(fā)明基本技術(shù)方案的情況下，作出不需要經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的等效結(jié)構(gòu)變化或各種修改都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。