模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置及方法，克服了现有技术存在的检测到的数据无法真实反映刀架的实际性能及不能得到不同典型工况对动力刀架性能的影响、精度衰退规律以及预测刀架故障的问题；包括动力刀架、动力刀架支撑部分、伺服刀架部分性能检测和监测装置、动力输出部分性能检测和监测装置、动态切削力加载部分、动力头加载部分和自动控制部分；模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测方法，包括以下步骤：确定被测试动力刀架的型号和台数，确定被测动力刀架的模拟加载的典型工况以及需要检测和监测的性能参数；将被测试的动力刀架固定在动力刀架支撑部分上；将动力刀架性能检测和监测分为四大部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于数控机床动力刀架综合性能检测和监测装置及方法，更确切地说，本专利技术涉及一种基于模拟典型工况加载的动力刀架的性能检测和监测装置及应用该装置进行性能检测和监测的方法。
技术介绍
近几年，随着我国数控技术的不断提高，国产数控机床广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、能源等行业。然而国产数控机床与国外进口机床仍有很大的差距，主要体现在数控机床的可靠性水平，数控机床的关键功能部件可靠性水平直接影响了整机的可靠性，动力刀架作为高档数控车床及车铣复合加工中心的关键功能部件之一，但其故障频率较高，可靠性水平较低。我国关于动力刀架的性能检测和监测主要通过数控机床整机现场检测和在实验室搭建的检测和监测平台上进行试验的两种方式。现场整机测试虽然能获得真实工况下的动力刀架的性能参数，但各类传感器的安装会影响到现场的加工，同时复杂杂乱的现场环境会对采集的信号产生很大的干扰，影响数据的准确性。目前实验室搭建的检测和监测装置或平台日趋完善，目前国内已有一些动力刀架综合性能检测系统，虽然充分考虑了温度、振动等因素对动力刀架性能的影响，能够实现对刀架的性能进行检测，但仍存在一下几个共性问题：一方面在进行动力刀架性能检测和监测时只是在动力刀架空运转、偏重试验，或者采用液压缸或气缸进行模拟加载静态切削力试验的情况下进行，检测到的数据无法真实反映刀架的实际性能；另一方面不能得到不同典型工况对动力刀架性能的影响、精度衰退规律以及预测刀架故障。对动力刀架进行在模拟典型工况下的可靠性试验时的性能参数进行检测，对于研究不同典型工况对动力刀架性能的影响及精度衰退规律有重要意义；对其在进行模拟典型工况下的可靠性试验时的性能参数进行监测，获取其在正常状态和故障状态时的各种特征参数信息，对避免故障发生、降低故障频率来说是非常有意义的工作，同时这也是提高动力刀架可靠性水平及整机可靠性水平的重要的技术手段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的检测到的数据无法真实反映刀架的实际性能及不能得到不同典型工况对动力刀架性能的影响、精度衰退规律以及预测刀架故障的问题，提供了一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置及方法。一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，包括动力刀架2、动力刀架支撑部分1、伺服刀架部分性能检测和监测装置、动力输出部分性能检测和监测装置、动态切削力加载部分6、动力头加载部分9和自动控制部分7；动力刀架2由伺服刀架部分和动力输出部分组成；伺服刀架部分包括动力刀架刀盘5和模拟刀杆11，模拟刀杆11固定在动力刀架刀盘5上；动力输出部分包括动力刀架动力头10和动力头电机12，所述动力刀架动力头10固定在动力刀架刀盘5上；所述动力刀架支撑部分1固定在试验台平台8的左上方，所述自动控制部分7设置在试验台平台8的右侧；所述的动态切削力加载部分6包括动态力模拟加载装置、动态力模拟加载支撑装置；所述动态力模拟加载支撑装置固定在动力刀架支撑部分1右上方的地平铁上，所述动态力模拟加载装置固定在动态力模拟加载支撑装置上；所述动力头加载部分9固定在动力刀架支撑部分1的右侧的试验台平台8上；所述动力刀架动力头10通过联轴器和动力头加载部分9相连；所述伺服刀架部分性能检测和监测装置包括动力刀架振动检测装置、刀盘分度精度与重复定位精度测量装置、刀杆变形检测装置、动力刀架温度检测装置、刀盘电机电流检测装置、刀架运行噪声检测装置；所述动力刀架振动检测装置包括动力刀架刀盘振动检测装置、刀架箱体振动检测装置和刀杆振动检测装置，所述的动力刀架刀盘振动检测装置固定在动力刀架刀盘5上，刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上，刀杆振动检测装置固定在模拟刀杆11上；所述的刀盘分度精度与重复定位精度测量装置固定在动力刀架刀盘5和试验台平台8上；所述的刀杆变形检测装置固定在试验台平台8上；所述的动力刀架温度检测装置安装在动力刀架刀盘5上和动力刀架刀盘电机表面；所述的刀盘电机电流检测装置穿过动力刀架刀盘电机3的电源线；所述的刀架运行噪声检测装置固定在试验台平台8上；所述动力输出部分性能检测和监测装置包括动力刀架刀盘振动检测装置、刀架箱体振动检测装置、动力刀架动力头径向跳动检测装置、动力刀架动力头扭矩转速检测装置、动力刀座温度检测装置、动力刀架动力头电机温度检测装置、动力刀架动力头电机电流检测装置和动力刀架动力头运行噪声检测装置；所述的动力刀架刀盘振动检测装置固定在动力刀架刀盘5上；所述的刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上；所述的动力刀架动力头径向跳动检测装置固定在试验台平台8上；所述的动力刀架动力头扭矩转速检测装置固定在试验台平台8上；所述的动力刀座温度检测装置固定在试验台平台8上；所述的动力刀架动力头电机温度检测装置固定在动力刀架动力头电机12表面；所述的动力刀架动力头电机电流检测装置穿过动力刀架动力头电机12的电源线；所述的动力刀架动力头运行噪声检测装置固定在试验台平台8上；所述模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置是对动力刀架中的伺服刀架部分和动力输出部分的性能进行检测和监测。技术方案中所述动态力模拟加载装置包括电液伺服阀、液压缸、液压缸支架、关节轴承、弹性装置和加载杆；所述电液伺服阀固定到液压缸上，液压缸上顶端与关节轴承固定连接，关节轴承与液压缸支架固定连接，液压缸活塞杆与弹性装置上端面螺纹连接，弹性装置的下端面与加载杆螺纹连接，在进行动态切削力模拟加载时电液伺服阀控制液压油推动液压缸中的活塞杆运动，活塞杆带动弹性装置和加载杆，顶在动力刀架2的模拟刀杆11上，进行模拟动态切削力的加载。技术方案中所述动态力模拟加载支撑装置由切削力加载装置底座、X方向导轨、Y方向导轨、滑板、左前支架、右前支架、转轴、阶梯销轴和2号滑板组成；所述切削力加载装置底座固定在试验平台8上，2个结构相同的Y方向导轨相互平行地固定在切削力加载装置底座上表面的左右两端，X方向导轨固定在两个结构相同的Y方向导轨上，X方向导轨垂直于2个相互平行结构相同的Y方向导轨，滑板固定在X方向导轨上，左前支架与右前支架固定在滑板的两端，转轴的左端阶梯轴与右端阶梯轴和左前支架的左阶梯孔与右前支架的右阶梯孔配装并连接固定，阶梯销轴的下端固定在转轴中的矩形板上的中心通孔上，阶梯销轴的上端与2号滑板后面的阶梯盲孔配装，转轴与2号滑板固定连接。技术方案中所述动力头加载部分9包括测功机、移动平台和联轴器；所述测功机固定在移动平台上，移动平台固定在试验台8上，移动平台能够带动测功机实现X、Y两个方向的移动；所述动力刀架动力头10通过联轴器和测功机相连，调整移动平台能够改变测功机的位置，使测功机和动力刀架动力头10相连接。技术方案中所述动力刀架刀盘振动测量装置包括无线加速度传感器节点a25、无线加速度传感器节点b32和无线网关19；所述无线加速度传感器节点a25和无线加速度传感器节点b32利用磁力吸附在动力刀架刀盘5上，无线加速度传感器节点a25和无线加速度传感器节点b32与动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，包括动力刀架(2)、动力刀架支撑部分(1)、伺服刀架部分性能检测和监测装置、动力输出部分性能检测和监测装置、动态切削力加载部分(6)、动力头加载部分(9)和自动控制部分(7)；其特征在于：所述动力刀架(2)由伺服刀架部分和动力输出部分组成；伺服刀架部分包括动力刀架刀盘(5)和模拟刀杆(11)，模拟刀杆(11)固定在动力刀架刀盘(5)上；动力输出部分包括动力刀架动力头(10)和动力头电机(12)，所述动力刀架动力头(10)固定在动力刀架刀盘(5)上；所述动力刀架支撑部分(1)固定在试验台平台(8)的左上方，所述自动控制部分(7)设置在试验台平台(8)的右侧；所述的动态切削力加载部分(6)包括动态力模拟加载装置、动态力模拟加载支撑装置；所述动态力模拟加载支撑装置固定在动力刀架支撑部分(1)右上方的地平铁上，所述动态力模拟加载装置固定在动态力模拟加载支撑装置上；所述动力头加载部分(9)固定在动力刀架支撑部分(1)的右侧的试验台平台(8)上；所述动力刀架动力头(10)通过联轴器和动力头加载部分(9)相连；所述伺服刀架部分性能检测和监测装置包括动力刀架振动检测装置、刀盘分度精度与重复定位精度测量装置、刀杆变形检测装置、动力刀架温度检测装置、刀盘电机电流检测装置、刀架运行噪声检测装置；所述伺服刀架部分性能检测和监测装置中的动力刀架振动检测装置包括动力刀架刀盘振动检测装置、刀架箱体振动检测装置和刀杆振动检测装置，所述的动力刀架刀盘振动检测装置固定在动力刀架刀盘(5)上，刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上，刀杆振动检测装置固定在模拟刀杆(11)上；所述的刀盘分度精度与重复定位精度测量装置固定在动力刀架刀盘(5)和试验台平台(8)上；所述的刀杆变形检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的动力刀架温度检测装置安装在动力刀架刀盘(5)上和动力刀架刀盘电机表面；所述的刀盘电机电流检测装置穿过动力刀架刀盘电机(3)的电源线；所述的刀架运行噪声检测装置固定在试验台平台(8)上；所述动力输出部分性能检测和监测装置包括动力刀架刀盘振动检测装置、刀架箱体振动检测装置、动力刀架动力头径向跳动检测装置、动力刀架动力头扭矩转速检测装置、动力刀座温度检测装置、动力刀架动力头电机温度检测装置、动力刀架动力头电机电流检测装置和动力刀架动力头运行噪声检测装置；所述的动力输出部分性能检测和监测装置中的动力刀架刀盘振动检测装置固定在动力刀架刀盘(5)上；所述的刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上；所述的动力刀架动力头径向跳动检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的动力刀架动力头扭矩转速检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的动力刀座温度检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的动力刀架动力头电机温度检测装置固定在动力刀架动力头电机(12)表面；所述的动力刀架动力头电机电流检测装置穿过动力刀架动力头电机(12)的电源线；所述的动力刀架动力头运行噪声检测装置固定在试验台平台(8)上；所述模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置是对动力刀架中的伺服刀架部分和动力输出部分的性能进行检测和监测。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，包括动力刀架(2)、动力刀
架支撑部分(1)、伺服刀架部分性能检测和监测装置、动力输出部分性能检测和监测装置、
动态切削力加载部分(6)、动力头加载部分(9)和自动控制部分(7)；其特征在于：
所述动力刀架(2)由伺服刀架部分和动力输出部分组成；伺服刀架部分包括动力刀架刀
盘(5)和模拟刀杆(11)，模拟刀杆(11)固定在动力刀架刀盘(5)上；动力输出部分包括
动力刀架动力头(10)和动力头电机(12)，所述动力刀架动力头(10)固定在动力刀架刀盘
(5)上；
所述动力刀架支撑部分(1)固定在试验台平台(8)的左上方，所述自动控制部分(7)
设置在试验台平台(8)的右侧；
所述的动态切削力加载部分(6)包括动态力模拟加载装置、动态力模拟加载支撑装置；
所述动态力模拟加载支撑装置固定在动力刀架支撑部分(1)右上方的地平铁上，所述动
态力模拟加载装置固定在动态力模拟加载支撑装置上；
所述动力头加载部分(9)固定在动力刀架支撑部分(1)的右侧的试验台平台(8)上；
所述动力刀架动力头(10)通过联轴器和动力头加载部分(9)相连；
所述伺服刀架部分性能检测和监测装置包括动力刀架振动检测装置、刀盘分度精度与重
复定位精度测量装置、刀杆变形检测装置、动力刀架温度检测装置、刀盘电机电流检测装置、
刀架运行噪声检测装置；
所述伺服刀架部分性能检测和监测装置中的动力刀架振动检测装置包括动力刀架刀盘振
动检测装置、刀架箱体振动检测装置和刀杆振动检测装置，所述的动力刀架刀盘振动检测装
置固定在动力刀架刀盘(5)上，刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上，刀杆振动检
测装置固定在模拟刀杆(11)上；所述的刀盘分度精度与重复定位精度测量装置固定在动力
刀架刀盘(5)和试验台平台(8)上；所述的刀杆变形检测装置固定在试验台平台(8)上；
所述的动力刀架温度检测装置安装在动力刀架刀盘(5)上和动力刀架刀盘电机表面；所述的
刀盘电机电流检测装置穿过动力刀架刀盘电机(3)的电源线；所述的刀架运行噪声检测装置
固定在试验台平台(8)上；
所述动力输出部分性能检测和监测装置包括动力刀架刀盘振动检测装置、刀架箱体振动
检测装置、动力刀架动力头径向跳动检测装置、动力刀架动力头扭矩转速检测装置、动力刀
座温度检测装置、动力刀架动力头电机温度检测装置、动力刀架动力头电机电流检测装置和
动力刀架动力头运行噪声检测装置；
所述的动力输出部分性能检测和监测装置中的动力刀架刀盘振动检测装置固定在动力刀
架刀盘(5)上；所述的刀架箱体振动检测装置固定在动力刀架箱体上；所述的动力刀架动力
头径向跳动检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的动力刀架动力头扭矩转速检测装置固
定在试验台平台(8)上；所述的动力刀座温度检测装置固定在试验台平台(8)上；所述的
动力刀架动力头电机温度检测装置固定在动力刀架动力头电机(12)表面；所述的动力刀架
动力头电机电流检测装置穿过动力刀架动力头电机(12)的电源线；所述的动力刀架动力头
运行噪声检测装置固定在试验台平台(8)上；
所述模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置是对动力刀架中的伺服刀架部分
和动力输出部分的性能进行检测和监测。
2.根据权利要求1所述的一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，其特
征在于：
所述动态力模拟加载装置包括电液伺服阀、液压缸、液压缸支架、关节轴承、弹性装置
和加载杆；
所述电液伺服阀固定到液压缸上，液压缸上顶端与关节轴承固定连接，关节轴承与液压
缸支架固定连接，液压缸活塞杆与弹性装置上端面螺纹连接，弹性装置的下端面与加载杆螺
纹连接，在进行动态切削力模拟加载时电液伺服阀控制液压油推动液压缸中的活塞杆运动，
活塞杆带动弹性装置和加载杆，顶在动力刀架(2)的模拟刀杆(11)上，进行模拟动态切削
力的加载。
3.根据权利要求1所述的一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，其特
征在于：
所述动态力模拟加载支撑装置由切削力加载装置底座、X方向导轨、Y方向导轨、滑板、
左前支架、右前支架、转轴、阶梯销轴和2号滑板组成；
所述切削力加载装置底座固定在试验平台(8)上，2个结构相同的Y方向导轨相互平行
地固定在切削力加载装置底座上表面的左右两端，X方向导轨固定在两个结构相同的Y方向
导轨上，X方向导轨垂直于2个相互平行结构相同的Y方向导轨，滑板固定在X方向导轨上，
左前支架与右前支架固定在滑板的两端，转轴的左端阶梯轴与右端阶梯轴和左前支架的左阶
梯孔与右前支架的右阶梯孔配装并连接固定，阶梯销轴的下端固定在转轴中的矩形板上的中
心通孔上，阶梯销轴的上端与2号滑板后面的阶梯盲孔配装，转轴与2号滑板固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，其特
征在于：
所述动力头加载部分(9)包括测功机、移动平台和联轴器；所述测功机固定在移动平台

\t上，移动平台固定在试验台(8)上，移动平台能够带动测功机实现X、Y两个方向的移动；
所述动力刀架动力头(10)通过联轴器和测功机相连，调整移动平台能够改变测功机的
位置，使测功机和动力刀架动力头(10)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，其特
征在于：
所述动力刀架刀盘振动测量装置包括无线加速度传感器节点a(25)、无线加速度传感器
节点b(32)和无线网关(19)；
所述无线加速度传感器节点a(25)和无线加速度传感器节点b(32)利用磁力吸附在动
力刀架刀盘(5)上，无线加速度传感器节点a(25)和无线加速度传感器节点b(32)与动
力刀架刀盘(5)的中心轴对称安装，所述无线网关(19)安装在试验台平台(8)上；
所述刀架箱体振动检测装置包括三向压电式加速度传感器c(26)、三向压电式加速度传
感器d(29)和三向压电式加速度传感器g(35)；
所述三向压电式加速度传感器c(26)、三向压电式加速度传感器g(35)分别利用磁力
吸附在动力刀架(2)两侧面的中心位置；三向压电式加速度传感器d(29)吸附在动力刀架
(2)顶端中心位置；
所述刀杆振动检测装置包括三向压电式加速度传感器a(15)、三向压电式加速度传感器
b(21)、三向压电式加速度传感器e(31)、三向压电式加速度传感器f(33)、自粘式理线器
(20)、滑环(17)和滑环支架(16)；
所述三向压电式加速度传感器a(15)、三向压电式加速度传感器b(21)、三向压电式加
速度传感器e(31)和三向压电式加速度传感器f(33)分别吸附在模拟刀杆(11)上；
所述的三向压电式加速度传感器a(15)、f(33)、e(31)、b(21)的的信号线聚拢并
穿过自粘式理线器(20)和滑环(17)，滑环(17)固定在滑环支架(16)上，所述滑环支架
(16)固定在试验台平台(8)上；
所述刀盘分度精度与重复定位精度测量装置包括十二面棱体(18)、数字光电自准直仪专
用支架(22)、数字光电自准直仪主机(23)和十二面棱体底座(30)四部分；所述数字光电
自准直仪的十二面棱体(18)安装在十二面棱体底座(30)上，十二面棱体底座(30)通过
磁力吸附在动力刀架刀盘(5)的中心位置，十二面棱体的轴线和试验台平台(8)表面平行，
数字光电自准直仪主机(23)安装在数字光电自准直仪专用支架(22)上，数字光电自准直
仪专用支架(22)固定在试验台平台(8)上，光电自准直仪主机(23)的轴线和十二面棱体
(18)的主线相互垂直且在同一高度上，光电自准直仪主机(23)发射的光能够照射到十二
面棱体(18)上；
所述刀杆变形检测装置包括激光位移传感器(13)和激光位移传感器支架(14)；所述的
激光位移传感器(13)安装在激光位移传感器支架(14)上，所述激光位移传感器支架(14)
固定在试验台平台(8)上，激光位移传感器(13)的发射点和模拟刀杆(11)检测点在同一
高度；
所述动力刀架温度检测装置包括贴片式温度传感器b(34)和贴片式温度传感器a(27)；
所述贴片式温度传感器b(34)通过磁力吸附在动力刀架刀盘(5)后面的圆形凸台处，用于
检测动力刀架箱体的温度；所述贴片式温度传感器a(27)通过磁力吸附在动力刀架刀盘电
机(3)表面，用于检测和监测动力刀架刀盘电机(3)温度；
所述刀盘电机电流检测装置采用穿心电流互感器a(28)，检测和监测刀盘电机(3)的
电流；动力刀架刀盘电机(3)的电源线穿过穿心电流互感器a(28)中心处的圆孔；
所述刀架运行噪声检测装置采用噪声检测仪(24)来检测和监测动力刀架中伺服刀架部
分运行过程中的噪声，噪声检测仪(24)固定在在试验台平台(8)上。
6.根据权利要求5所述的一种模拟典型工况加载的动力刀架性能检测和监测装置，其特
征在于：
所述无线加速度传感器节点a(25)和无线加速度传感器节点b(32)将检测到的信号通
过无线网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈菲，何佳龙，谢群亚，陈小娟，杨兆军，李国发，许彬彬，李洪洲，霍永超，王剑，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22