[发明专利]机床三向动态切削力随动模拟加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及机床模拟加载装置，尤其涉及一种用于研究切削力对机床加工精度影响的机床三向动态切削力模拟加载装置。

背景技术

影响机床误差的因素很多，目前已经得到了比较完善的热误差和几何误差的辨识方法、建模方法以及补偿手段。由于以前很少涉及到高速硬切削和大功率切削以及难加工新型材料，并且研究手段有限，所以普遍认为切削力对机床的精度影响较小，不予考虑。近年来，随着机床加工精度的提高和难加工材料的发展，切削力引起的机床误差越来越受到重视，研究切削力对机床精度的影响变得尤为重要。

切削过程中切削负载会对机床精度产生影响，引起机床热误差变化和机床受力变形，这些变形最终反映为刀具和工件的正确的相对切削位置变化，造成加工误差。早期很多学者认为，完整、真实地模拟切削加工过程是几乎不可能的。因此，工艺问题往往基于准静态或切削加工后的测量数据，或者通过软件仿真来研究。

另外，机床空载运行和切削加工时都有温升和热变形，造成工件加工误差。当机床空载运行时，激光干涉仪的折射镜或者位移传感器的感应头可以安装于机床上，测量出机床热变形。但在切削加工时，主轴旋转、进给机构移动，切削区域还存在切屑和切削液，使得测量装置无法安装，无法测量切削加工时的机床热变形。

目前对于机床的模拟加载，所设计的装置都是将主轴从机床上拆卸下来，单独给主轴部件施加力，所加载的力也都是静态力，还没有对机床整机及对机床进给系统随动模拟加载动态切削力的装置。

发明内容

现有的切削力加载装置不能模拟在不同切削用量下的动态交变的切削力，不能加载在机床整机上，由于存在切屑和切削液，不方便精确地测量受切削负载影响的机床误差，为检测机床热误差和受力变形、分析切削负载对机床热变形和受力变形的影响带了诸多不便。针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种将三向动态切削力随动模拟加载于机床的装置，为研究切削力对机床加工精度的影响提供平台。

本发明的技术方案是提供一种机床三向动态切削力随动模拟加载装置，其设计要点在于：包括机床工作台1、Y轴滑动副2、X轴滑动副3、力加载系统、L型底板7、主轴芯棒9、轴承系统8和随动加载控制电路，所述力加载系统包括Y轴力加载装置4、X轴力加载装置5、Z轴力加载装置6；所述主轴芯棒9的一端装配于轴承系统8内，Z轴力加载装置6安装在L型底板7的拐角处，Z轴力加载装置6的输出轴和轴承系统8的下端面固定连接，Z轴力加载装置6的输出轴的轴心线和轴承系统8的轴心线同轴，Y轴力加载装置4、X轴力加载装置5分别安装在L型底板7的两个端部的上面，Y轴力加载装置4、X轴力加载装置5的输出轴分别和轴承系统8的外圆周面固定连接，L型底板7和X轴滑动副3固定连接并位于X轴滑动副3的上方，Y轴滑动副2和X轴滑动副3固定连接并位于X轴滑动副3的下方，且Y轴滑动副2的滑动方向和X轴滑动副3的滑动方向相垂直，Y轴滑动副2固定在机床工作台1上；Y轴力加载装置4、X轴力加载装置5、Z轴力加载装置6和随动加载控制电路连接。

本发明，还有如下进一步改进的技术方案。                                      

进一步地，所述Y轴滑动副2包括固定在机床工作台1上的Y轴导轨21和设置在Y轴导轨上并和Y轴导轨配合的Y轴滑块22，用于驱动Y轴滑块22滑动的Y轴丝杠副的一端和Y轴伺服电机23连接，Y轴伺服电机23经Y轴伺服驱动器和随动加载控制电路电连接；所述X轴滑动副3包括固定在Y轴滑块22上的X轴导轨31和设置在X轴导轨上并和X轴导轨配合的X轴滑块32，用于驱动X轴滑块32滑动的X轴丝杠副的一端和X轴伺服电机33连接，X轴伺服电机33经X轴伺服驱动器和随动加载控制电路电连接。

进一步地，所述轴承系统8包括轴承外座81、轴承端盖82、轴承10和轴承内座83，轴承10装配于轴承外座81内和主轴芯棒9下端外，轴承内座83和主轴芯棒9下端通过螺栓连接，轴承内圈101通过主轴芯棒9下端的台阶面和轴承内座83固定夹紧，轴承端盖82通过螺栓固定在轴承外座81的下端面，轴承外圈102由轴承外座81的内侧面台阶和轴承端盖82固定夹紧。

进一步地，所述轴承10为双列圆锥滚子轴承。

进一步地，所述力加载系统的Y轴力加载装置4、X轴力加载装置5、Z轴力加载装置6的构成及连接方式相同，均包括电动式激振器401、第一连杆402、拉压力传感器403和第二连杆404，所述电动式激振器401、第一连杆402、拉压力传感器403和第二连杆404的一端顺次连接。