本發(fā)明涉及加載控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)。

背景技術：

1、數(shù)控機床實際應用場景下，主軸和工作臺所受切削負載包含靜態(tài)平均切削力和動態(tài)切削力兩部分。為開展數(shù)控機床可靠性、精度保持性和加速退化等試驗測評與研究，出于環(huán)保和安全等方面的考慮，需利用加載裝置近似模擬數(shù)控機床實際工況下的受負載情況。

2、現(xiàn)有的加載系統(tǒng)通常使用電動缸、氣缸或油缸等動力裝置對數(shù)控機床的主軸進行加載,這類裝置通過調(diào)節(jié)電機扭矩、氣體或油液壓力，可有效的模擬實際切削力的靜態(tài)部分，但它們存在一個普遍的問題，即無法有效的模擬實際切削力中的動態(tài)部分，即便可以通過調(diào)節(jié)電機扭矩、氣體或油液壓力產(chǎn)生動態(tài)力，但其調(diào)節(jié)頻率過低，通常小于10hz且動態(tài)力范圍過小，無法模擬高速主軸的實際受負載情況，更無法進行包括加速退化等試驗在內(nèi)的需要高頻動態(tài)力的測試場景。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，通過利用高剛度高響應的壓電促動器，設計壓電動態(tài)加載裝置與氣動加載裝置相結合，實現(xiàn)數(shù)控機床的靜動態(tài)負載復合加載，完成實際切削負載的近似模擬，克服了現(xiàn)有技術中加載力動態(tài)頻率低，動態(tài)力范圍小等缺陷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng),包括機床工作臺和設置在所述機床工作臺上的加載工裝，所述加載工裝上設置有氣缸，所述氣缸通過氣管與氣控箱連接，所述氣控箱通過氣控電纜與控制采集箱連接，所述控制采集箱通過驅動控制線與壓電驅動器連接，所述壓電驅動器通過壓電促動器電纜與壓電動態(tài)加載裝置連接，所述壓電動態(tài)加載裝置與所述氣缸螺接。

3、優(yōu)選的，所述壓電動態(tài)加載裝置包括底座和設置在所述底座上的外筒，所述外筒內(nèi)設置有壓電促動器，所述壓電促動器的一端通過螺栓與配重架連接，所述配重架的兩端均設置有直線軸承，所述外筒的另一端與前板連接，所述前板與預緊螺母的一端連接，所述預緊螺母的另一端連接有加載頭，所述加載頭和所述預緊螺母之間設置有力傳感器，所述力傳感器的兩側均設置有絕緣墊片。

4、優(yōu)選的，所述直線軸承的外壁與所述外筒的內(nèi)壁抵接。

5、優(yōu)選的，所述壓電促動器與所述壓電驅動器連接，所述壓電驅動器通過所述驅動控制線與所述控制采集箱的壓電控制接口相連，通過所述控制采集箱內(nèi)的d/a模塊調(diào)節(jié)所述壓電驅動器的輸入電壓，從而控制所述壓電促動器的伸縮幅度，使安裝在所述壓電促動器上的所述配重架在所述直線軸承的支撐下產(chǎn)生往復運動，從而產(chǎn)生慣性力。

6、優(yōu)選的，所述配重架上設置有兩個配重安裝孔，所述配重安裝孔根據(jù)需要安裝不同質量的配重，用以調(diào)節(jié)慣性力的大小。

7、優(yōu)選的，所述底座通過螺紋與所述氣缸的端部連接，所述氣缸產(chǎn)生的靜態(tài)力通過所述底座和所述外筒傳遞至所述前板，所述壓電促動器與配重往復運動產(chǎn)生的動態(tài)力也作用在所述前板上，動態(tài)力與靜態(tài)力在所述前板處相疊加形成靜動態(tài)復合加載力，最后通過所述加載頭將復合加載力作用在數(shù)控機床主軸上。

8、優(yōu)選的，所述力傳感器為壓電式力傳感，其通過力傳感器信號線與所述控制采集箱的力信號輸入接口連接。

9、優(yōu)選的，所述控制采集箱內(nèi)設置有顯示器、工控機和多功能采集卡，所述多功能采集卡的數(shù)字io通道控制所述氣控箱內(nèi)的電磁閥，進而控制所述氣缸的伸縮，所述多功能采集卡的d/a通道通過輸出模擬電壓控制所述壓電促動器的往復運動，a/d通道用于采集所述力傳感器測得的復合加載力。

10、本發(fā)明的有益效果：

11、(1)本發(fā)明利用高剛度高響應的壓電促動器帶動配重往復運動產(chǎn)生慣性力的方法產(chǎn)生動態(tài)力，可產(chǎn)生動態(tài)力頻率范圍0.3khz-1khz，最大動態(tài)負載600n的動態(tài)力，有效的解決了現(xiàn)有技術中加載力動態(tài)頻率低、動態(tài)力范圍小的缺陷。

12、(2)本發(fā)明利用壓電式力傳感器測量復合加載力，因其比傳統(tǒng)的應變式力傳感器剛度大很多，所以可以有效提高加載系統(tǒng)的總體剛度，解決因剛度低導致的動態(tài)力低的問題。

13、(3)本發(fā)明中壓電動態(tài)加載裝置的設計結構，可使動態(tài)力與靜態(tài)力在前板處相疊加，使靜態(tài)加載和動態(tài)加載同時進行，實現(xiàn)真實切削負載的近似模擬，為開展數(shù)控機床可靠性、精度保持性和加速退化等試驗的測評與研究提供技術支持。

14、因此，本發(fā)明采用上述結構的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，通過利用高剛度高響應的壓電促動器設計壓電動態(tài)加載裝置，與氣動加載裝置相結合，實現(xiàn)數(shù)控機床的靜動態(tài)負載復合加載，完成實際切削負載的近似模擬，克服了現(xiàn)有技術中加載力動態(tài)頻率低，動態(tài)力范圍小等缺陷。

15、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：包括機床工作臺和設置在所述機床工作臺上的加載工裝，所述加載工裝上設置有氣缸，所述氣缸通過氣管與氣控箱連接，所述氣控箱通過氣控電纜與控制采集箱連接，所述控制采集箱通過驅動控制線與壓電驅動器連接，所述壓電驅動器通過壓電促動器電纜與壓電動態(tài)加載裝置連接，所述壓電動態(tài)加載裝置與所述氣缸螺接。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述壓電動態(tài)加載裝置包括底座和設置在所述底座上的外筒，所述外筒內(nèi)設置有壓電促動器，所述壓電促動器的一端通過螺栓與配重架連接，所述配重架的兩端均設置有直線軸承，所述外筒的另一端與前板連接，所述前板與預緊螺母的一端連接，所述預緊螺母的另一端連接有加載頭，所述加載頭和所述預緊螺母之間設置有力傳感器，所述力傳感器的兩側均設置有絕緣墊片。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述直線軸承的外壁與所述外筒的內(nèi)壁抵接。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述壓電促動器與所述壓電驅動器連接，所述壓電驅動器通過所述驅動控制線與所述控制采集箱的壓電控制接口相連，通過所述控制采集箱內(nèi)的d/a模塊調(diào)節(jié)所述壓電驅動器的輸入電壓，從而控制所述壓電促動器的伸縮幅度，使安裝在所述壓電促動器上的所述配重架在所述直線軸承的支撐下產(chǎn)生往復運動，從而產(chǎn)生慣性力。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述配重架上設置有兩個配重安裝孔，所述配重安裝孔根據(jù)需要安裝不同質量的配重，用以調(diào)節(jié)慣性力的大小。

6.根據(jù)權利要求2所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述底座通過螺紋與所述氣缸的端部連接，所述氣缸產(chǎn)生的靜態(tài)力通過所述底座和所述外筒傳遞至所述前板，所述壓電促動器與配重往復運動產(chǎn)生的動態(tài)力也作用在所述前板上，動態(tài)力與靜態(tài)力在所述前板處相疊加形成靜動態(tài)復合加載力，最后通過所述加載頭將復合加載力作用在數(shù)控機床主軸上。

7.根據(jù)權利要求2所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述力傳感器為壓電式力傳感，其通過力傳感器信號線與所述控制采集箱的力信號輸入接口連接。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，其特征在于：所述控制采集箱內(nèi)設置有顯示器、工控機和多功能采集卡，所述多功能采集卡的數(shù)字io通道控制所述氣控箱內(nèi)的電磁閥，進而控制所述氣缸的伸縮，所述多功能采集卡的d/a通道通過輸出模擬電壓控制所述壓電促動器的往復運動，a/d通道用于采集所述力傳感器測得的復合加載力。

技術總結
本發(fā)明公開了一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，涉及加載控制系統(tǒng)領域，該系統(tǒng)包括氣控箱、多功能采集卡、壓電驅動器、機床工作臺、加載工裝、氣缸和壓電動態(tài)加載裝置，壓電動態(tài)加載裝置又包括底座、直線軸承、外筒、配重架、壓電促動器、前板、預緊螺母、力傳感器、絕緣墊片和加載頭。本發(fā)明采用上述結構的一種慣性式靜動態(tài)力復合加載系統(tǒng)，通過利用高剛度高響應的壓電促動器，設計壓電動態(tài)加載裝置與氣動加載裝置相結合，實現(xiàn)數(shù)控機床的靜動態(tài)力復合加載，能夠提高動態(tài)力的動態(tài)頻率范圍和動態(tài)力大小，完成實際切削負載的近似模擬，為開展數(shù)控機床可靠性等指標的測評與研究提供了技術支持。

技術研發(fā)人員：王民,劉智豪
受保護的技術使用者：北京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5