機床三向動態(tài)切削力隨動模擬加載裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機床模擬加載裝置，尤其涉及一種用于研宄切削力對機床加工精度影響的機床三向動態(tài)切削力模擬加載裝置。
【背景技術】
[0002]影響機床誤差的因素很多，目前已經(jīng)得到了比較完善的熱誤差和幾何誤差的辨識方法、建模方法以及補償手段。由于以前很少涉及到高速硬切削和大功率切削以及難加工新型材料，并且研宄手段有限，所以普遍認為切削力對機床的精度影響較小，不予考慮。近年來，隨著機床加工精度的提高和難加工材料的發(fā)展，切削力引起的機床誤差越來越受到重視，研宄切削力對機床精度的影響變得尤為重要。
[0003]切削過程中切削負載會對機床精度產(chǎn)生影響，引起機床熱誤差變化和機床受力變形，這些變形最終反映為刀具和工件的正確的相對切削位置變化，造成加工誤差。早期很多學者認為，完整、真實地模擬切削加工過程是幾乎不可能的。因此，工藝問題往往基于準靜態(tài)或切削加工后的測量數(shù)據(jù)，或者通過軟件仿真來研宄。
[0004]另外，機床空載運行和切削加工時都有溫升和熱變形，造成工件加工誤差。當機床空載運行時，激光干涉儀的折射鏡或者位移傳感器的感應頭可以安裝于機床上，測量出機床熱變形。但在切削加工時，主軸旋轉、進給機構移動，切削區(qū)域還存在切肩和切削液，使得測量裝置無法安裝，無法測量切削加工時的機床熱變形。
[0005]目前對于機床的模擬加載，所設計的裝置都是將主軸從機床上拆卸下來，單獨給主軸部件施加力，所加載的力也都是靜態(tài)力，還沒有對機床整機及對機床進給系統(tǒng)隨動模擬加載動態(tài)切削力的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的切削力加載裝置不能模擬在不同切削用量下的動態(tài)交變的切削力，不能加載在機床整機上，由于存在切肩和切削液，不方便精確地測量受切削負載影響的機床誤差，為檢測機床熱誤差和受力變形、分析切削負載對機床熱變形和受力變形的影響帶了諸多不便。針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種將三向動態(tài)切削力隨動模擬加載于機床的裝置，為研宄切削力對機床加工精度的影響提供平臺。
[0007]本發(fā)明的技術方案是提供一種機床三向動態(tài)切削力隨動模擬加載裝置，其設計要點在于:包括機床工作臺1、Y軸滑動副2、X軸滑動副3、力加載系統(tǒng)、L型底板7、主軸芯棒
9、軸承系統(tǒng)8和隨動加載控制電路，所述力加載系統(tǒng)包括Y軸力加載裝置4、X軸力加載裝置5、Z軸力加載裝置6 ;所述主軸芯棒9的一端裝配于軸承系統(tǒng)8內(nèi)，Z軸力加載裝置6安裝在L型底板7的拐角處，Z軸力加載裝置6的輸出軸和軸承系統(tǒng)8的下端面固定連接，Z軸力加載裝置6的輸出軸的軸心線和軸承系統(tǒng)8的軸心線同軸，Y軸力加載裝置4、X軸力加載裝置5分別安裝在L型底板7的兩個端部的上面，Y軸力加載裝置4、X軸力加載裝置5的輸出軸分別和軸承系統(tǒng)8的外圓周面固定連接，L型底板7和X軸滑動副3固定連接并位于X軸滑動副3的上方，Y軸滑動副2和X軸滑動副3固定連接并位于X軸滑動副3的下方，且Y軸滑動副2的滑動方向和X軸滑動副3的滑動方向相垂直，Y軸滑動副2固定在機床工作臺I上'Y軸力加載裝置4、X軸力加載裝置5、Z軸力加載裝置6和隨動加載控制電路連接。
[0008]本發(fā)明，還有如下進一步改進的技術方案。
進一步地，所述Y軸滑動副2包括固定在機床工作臺I上的Y軸導軌21和設置在Y軸導軌上并和Y軸導軌配合的Y軸滑塊22，用于驅動Y軸滑塊22滑動的Y軸絲杠副的一端和Y軸伺服電機23連接，Y軸伺服電機23經(jīng)Y軸伺服驅動器和隨動加載控制電路電連接；所述X軸滑動副3包括固定在Y軸滑塊22上的X軸導軌31和設置在X軸導軌上并和X軸導軌配合的X軸滑塊32，用于驅動X軸滑塊32滑動的X軸絲杠副的一端和X軸伺服電機33連接，X軸伺服電機33經(jīng)X軸伺服驅動器和隨動加載控制電路電連接。
[0009]進一步地，所述軸承系統(tǒng)8包括軸承外座81、軸承端蓋82、軸承10和軸承內(nèi)座83，軸承10裝配于軸承外座81內(nèi)和主軸芯棒9下端外，軸承內(nèi)座83和主軸芯棒9下端通過螺栓連接，軸承內(nèi)圈101通過主軸芯棒9下端的臺階面和軸承內(nèi)座83固定夾緊，軸承端蓋82通過螺栓固定在軸承外座81的下端面，軸承外圈102由軸承外座81的內(nèi)側面臺階和軸承端蓋82固定夾緊。
[0010]進一步地，所述軸承10為雙列圓錐滾子軸承。
[0011]進一步地，所述力加載系統(tǒng)的Y軸力加載裝置4、X軸力加載裝置5、Z軸力加載裝置6的構成及連接方式相同，均包括電動式激振器401、第一連桿402、拉壓力傳感器403和第二連桿404，所述電動式激振器401、第一連桿402、拉壓力傳感器403和第二連桿404的一端順次連接。
[0012]進一步地，所述隨動加載控制電路包括微處理器，微處理器的用于輸入機床Y軸、機床X軸位移信號的輸入端分別和機床的機床Y軸位移光柵尺、機床X軸位移光柵尺電連接，微處理器的用于輸出Y軸滑動副2位移控制信號的輸出端和Y軸伺服驅動器電連接，Y軸伺服驅動器和Y軸伺服電機23電連接；微處理器的用于輸出X軸滑動副3位移控制信號的輸出端和X軸伺服驅動器電連接，X軸伺服驅動器和X軸伺服電機33電連接；微處理器的第三輸出端、Y軸DA轉換模塊、Y軸功率放大電路、Y軸力加載裝置4的Y軸電動式激振器依次電連接，微處理器的第四輸出端、X軸DA轉換模塊、X軸功率放大電路、X軸力加載裝置4的X軸電動式激振器依次電連接，微處理器的第五輸出端、Z軸DA轉換模塊、Z軸功率放大電路、Z軸力加載裝置4的Z軸電動式激振器依次電連接。
[0013]進一步地，所述微處理器為DSP處理器或FPGA。
[0014]進一步地，Z軸力加載裝置6的輸出軸的軸心線和軸承系統(tǒng)8的軸心線同軸，軸承系統(tǒng)8的軸心線垂直于由Y軸力加載裝置4和X軸力加載裝置5的輸出軸軸心線所確定的平面。
[0015]進一步地，Y軸力加載裝置4的Y軸電動式激振器、X軸力加載裝置5的X軸電動式激振器通過電動式激振器支座50和L型底板7固定連接，Z軸力加載裝置6的Z軸電動式激振器直接安裝在L型底板7的拐角處。
[0016]有益效果
以電動式激振器作為動力源，對隨機床主軸旋轉的芯棒在三個方向上同步施加動態(tài)力，以模擬機床主軸轉動時承受的切削力。
[0017]根據(jù)機床位置檢測，反饋控制X軸滑動副和Y軸滑臺副的移動，電動式激振器和機床主軸同步移動，使得X軸和Y軸的施力連桿和在XOY平面做進給運動的主軸芯棒保持同步，微處理器將機床的切削力信號經(jīng)過功率放大電路輸入到電動式激振器中，電動式激振器工作輸出力以模擬在機床進給運動時的切削力。
[0018]由于沒有實際切削，不伴隨切肩和切削液，可方便測量出在模擬切削加工條件下、整個進給運動過程中的機床受力變形，將該誤差補償值反饋給控制系統(tǒng)，可以減小機床的受力變形，提高機床的加工精度。
[0019]通過電動式激振器的動力源把模擬的動態(tài)切削力直接加載到機床主軸上，不需要拆下機床主軸，不是對主軸部件單獨進行加載，可研宄受動態(tài)切削力對機床整機加工誤差的影響。
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的立體圖示意圖。
[0021]圖2圖1的俯視示意圖。
[0022]圖3圖1的A-A方向剖視示意圖。
[0023]圖4圖3中的軸承系