本發(fā)明涉及一種車床刀架可靠性試驗系統(tǒng),特別涉及一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。
背景技術(shù):當(dāng)前,數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床,數(shù)控刀架作為機床的重要功能部件,它的可靠性直接影響著車床整體的可靠性水平。在實際切削工作中,刀具受到動態(tài)切削力,切削力間接作用在刀架的刀盤上,這一因素對刀架的可靠性和壽命有較大影響。目前刀架的實驗室臺架可靠性試驗方法有空載連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗和動態(tài)加載試驗,動態(tài)加載試驗的方法主要是利用加載裝置分別模擬切削力和扭矩,對刀桿進行動、靜態(tài)加載,分析不同載荷下刀架的可靠性和壽命?,F(xiàn)有的可靠性試驗加載試驗中,采用加載裝置模擬實際工況下的切削力和扭矩,利用位移及壓力傳感器對加載情況進行監(jiān)測,試驗系統(tǒng)復(fù)雜,體積龐大,且加載精度和頻率受限。
技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的是為了滿足目前數(shù)控車床刀架可靠性試驗的需要而提供的一種壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)。本發(fā)明提供的壓電自感應(yīng)式數(shù)控車床刀架可靠性試驗系統(tǒng)包括有工作臺、壓電疊堆、信號處理電路、功率放大器、數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架、刀架控制器、可編程控制器和工控機,其中壓電疊堆通過托架樞接在支架上,支架設(shè)在工作臺上,壓電疊堆的一端與信號處理電路相連接,壓電疊堆的另一端與功率放大器相連接,信號處理電路和功率放大器通過線路均與工控機相連接,壓電疊堆的下端設(shè)有加載球,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)在工作臺上,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對應(yīng)壓電疊堆的一側(cè)設(shè)有刀盤,刀盤的周圈上設(shè)有數(shù)根刀桿,數(shù)根刀桿在轉(zhuǎn)動過程中每根刀桿上端的刀頭均能與壓電疊堆下端的加載球相觸碰,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架通過管路連接有泵站,泵站通過線路與可編程控制器連接,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架還連接有刀架控制器,刀架控制器通過線路與可編程控制器連接,可編程控制器通過線路與工控機相連接,工控機控制壓電疊堆和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上刀盤的工作。壓電疊堆設(shè)有四個,固定在托架內(nèi),托架由上托板和下托板組成,上托板和下托板之間設(shè)有四個彈簧,四個彈簧的八個端部鉤環(huán)穿入八個螺栓螺桿的徑向圓形通孔,壓電疊堆下端的加載球固定在下托板上,托架樞接在支架上,支架為多自由度支架。信號處理電路包括有四級處理電路,四個壓電疊堆通過屏蔽線與四級處理電路相連接,信號處理電路的第一級處理電路為電荷放大電路,用以放大壓電疊堆產(chǎn)生的感應(yīng)電荷,電荷放大電路采用高阻型運算放大器實現(xiàn)信號放大,運算放大器的反向輸入端和輸出端連接有可調(diào)電阻,信號處理電路的第二級處理電路為差分電路,用以抑制共模信號,信號處理電路的第三級處理電路為低通濾波電路,低通濾波電路的截止頻率能夠根據(jù)需要調(diào)整,用以濾除環(huán)境中的高頻干擾信號,信號處理電路的第四級處理電路為電壓放大電路,電壓放大電路的增益倍數(shù)能夠根據(jù)需要調(diào)整,信號處理電路與工控機的連接線路上設(shè)有A/D卡采集數(shù)據(jù)。壓電疊堆通過導(dǎo)線組與功率放大器連接,功率放大器采用交流220V供電,功率放大器與工控機的連接線路上設(shè)有D/A卡轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。刀桿的頂端設(shè)有球面刀頭,球面刀頭的形狀與壓電疊堆的下端加載球的形狀相應(yīng)??删幊炭刂破髋c泵站的連接線路上設(shè)有電磁換向閥,電磁換向閥的P口與T口分別和泵站的供油口與回油口管路連接,電磁換向閥的控制油口A口,控制油口B口分別和數(shù)控轉(zhuǎn)臺刀架上的鎖緊與松開油缸管路連接,刀架控制器的下行方向和數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上的伺服電機電源接口與伺服電機編碼器接口電連接,刀架控制器的上行方向與可編程控制器相連接。本發(fā)明的工作原理:首先根據(jù)需要模擬的切削情況,設(shè)置好加載力的大小和角度、振動頻率、加載波形、加載時間等各項參數(shù),然后調(diào)整彈簧伸長量,消除機械間隙,對壓電疊堆施加一定預(yù)緊力,然后調(diào)整壓電疊堆,使加載球?qū)实降稐U的球面刀頭,調(diào)整完畢后鎖緊。開啟電源、泵站,工控機控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位、定位、夾緊,之后工控機激勵壓電疊堆動作,加載球向刀桿頂端的球面刀頭移動,加載信息基于壓電自感應(yīng)特性,經(jīng)信號處理電路處理后測得,加載結(jié)束后,加載球退回原位置,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的刀盤又可自由轉(zhuǎn)動。工控機控制壓電疊堆的測試程序、控制程序由labview制作,電源開啟后,工控機根據(jù)所需的加載力、振動頻率和加載波形發(fā)出指令信號,指令信號經(jīng)D/A卡轉(zhuǎn)換傳給功率放大器,功率放大器激勵四個壓電疊堆,四個壓電疊堆伸縮形變,配合產(chǎn)生所需的加載力與加載扭矩,經(jīng)加載球傳遞到刀桿上。此時,信號處理電路將壓電疊堆伸縮形變產(chǎn)生感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換處理,經(jīng)A/D卡傳遞到工控機,工控機的測試程序顯示壓電疊堆的加載信息。壓電疊堆的加載信息經(jīng)過一系列的比較與調(diào)理,得出偏差信號,偏差信號經(jīng)D/A卡轉(zhuǎn)換,功率放大器調(diào)理后輸入到壓電疊堆,提高壓電疊堆的抗干擾能力。工控機控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的控制界面也由labview制作,在控制界面上選定數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作模式和需要的工位后,與可編程控制器串口通訊,可編程控制器先輸出電流控制電磁換向閥動作,控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架刀盤松開,工控機接收到松開確定信號之后輸出工作模式信號、工位信號與啟動信號給刀架控制器,刀架控制器控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)到所需工位,之后刀架控制器反饋回定位結(jié)束信號和當(dāng)前工位信號給可編程控制器,如遇故障則反饋報警信號,可編程控制器接收到定位結(jié)束信號和當(dāng)前工位信號后輸出電流控制電磁換向閥動作,控制數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的刀盤鎖緊,接收到鎖緊確定信號后連同當(dāng)前工位信號一起反饋給工控機,一次換刀完成。本發(fā)明的有益效果:(1)本發(fā)明采用壓電式加載裝置可以對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架加載多角度、任意形式的切削力和扭矩加載裝置,響應(yīng)速度快、體積小、結(jié)構(gòu)緊...