一種數控磨床頭架可靠性試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，該裝置可以模擬數控磨床頭架的各種不同的工況，伺服電機驅動頭架以不同的速度運轉不同的時間，記錄運轉過程中的故障數據，通過這些數據來計算、評價數控磨床頭架的可靠性水平；對數控磨床頭架進行可靠性試驗其實主要是針對頂尖夾持工件的可靠性和所夾持工件的轉速的遲滯性進行可靠性試驗，由于頭架在實際工作中的工作條件是未知的、隨機的，為了模擬這種隨機的工況，所設計的試驗裝置能夠模擬這種隨機的工作條件；本發明適用于數控磨床頭架的可靠性試驗，在數控磨床的可靠性設計時，可以用來評價頭架的可靠性水平，具有較好的應用前景。
【專利說明】一種數控磨床頭架可靠性試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用來評價數控磨床頭架可靠性的試驗裝置，屬于精密制造技術和工業自動化控制領域。
【背景技術】
[0002]數控磨床廣泛應用在機械加工制造業中，利用數控程序控制伺服電機驅動砂輪磨削軸類、平面，在磨削凸輪軸、曲軸時，磨床頭架還需帶動凸輪軸或曲軸與砂輪進給保持聯動。數控磨床通常為精密零件加工的最后一道工序，所以數控磨床性能的好壞和可靠性的高低對零件加工的精度和加工的效率有著重要的影響。
[0003]數控軸類磨削機床、數控凸輪軸磨床和數控曲軸磨床等機床均包括頭架，頭架的主要作用是和尾架配合夾持工件并帶動工件轉動。在數控磨床運行過程中頭架存在著夾持工件不穩、帶動零件的轉速滯后于頂尖的轉速、頭架的頂尖與尾架的尾尖不同心等問題。
[0004]為了提高數控磨床的可靠性，通常需要采集數控磨床的故障數據，然后計算數控磨床的平均無故障時間。在設計數控磨床時，為了提高數控磨床整機的可靠性，需要選擇可靠性高的零部件，而要想了解零部件的可靠性水平，必須進行可靠性試驗。
[0005]數控磨床的頭架是數控磨床的重要部件之一，要想提升頭架的可靠性，需要對頭架進行可靠性試驗。頭架在運行過程中的速度不同、夾持的工件長度也不同，夾持工件旋轉的時間也不相同，所以試驗裝置必須能夠模擬這些不同的工作情況，暴露數控磨床頭架運行中的故障，為評估數控磨床頭架的可靠性提供數據。
[0006]目前數控磨床在設計時很少對頭架進行可靠性試驗，一是缺乏試驗裝置，二是缺乏零部件可靠性設計的思想，而且生產頭架的企業也很少進行可靠性試驗，導致數控磨床頭架的可靠性基礎數據很少，設計人員無法把握數控磨床頭架的可靠性水平。
[0007]針對以上所述，本發明所設計的數控磨床頭架可靠性試驗裝置可以模擬數控磨床的各種不同的工況，頭架以不同的速度、驅動工件運行不同的時間，記錄運行過程中的故障數據，通過這些數據來計算、評價數控磨床頭架的可靠性水平。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，該裝置可以模擬數控磨床頭架的各種不同的工況，伺服電機驅動頭架以不同的速度運轉不同的時間，記錄運轉過程中的故障數據，通過這些數據來計算、評價數控磨床頭架的可靠性水平。對數控磨床頭架進行可靠性試驗其實主要是針對頂尖夾持工件的可靠性和所夾持工件的轉速的遲滯性進行可靠性試驗，由于頭架在實際工作中的工作條件是未知的、隨機的，為了模擬這種隨機的工況，所設計的試驗裝置能夠模擬這種隨機的工作條件。
[0009]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種數控磨床頭架可靠性試驗裝置，該試驗裝置包括機械結構系統和電氣控制系統；試驗方法包括數據采集和處理方法、伺服電機驅動頂尖轉動速度和運行時間的控制方法。[0010]該試驗裝置的機械結構系統包括底座、頭架、頂尖，試件、齒輪a、緊定螺釘a、尾尖、尾架、滑塊a、導軌a、導軌b、轉軸、軸承端蓋、軸承、滑塊b、齒輪b、緊定螺釘b、聯軸器；頭架安裝在底座上，頭架上的頂尖和尾架上的尾尖中間安裝有試件，試件與尾尖接觸的一端安裝有齒輪a，齒輪a通過緊定螺釘a固定在試件上；尾架安裝在滑塊a上，滑塊a可以在導軌a上滑動，導軌a安裝在底座上；在試件的一側底座上安裝有導軌b，導軌b上安裝有滑塊b ;滑塊b中間設有通孔，通孔內安裝有軸承，軸承與轉軸配合，軸承一端設有軸承端蓋；轉軸上安裝有齒輪b，齒輪b通過緊定螺釘b固定在轉軸上，轉軸的右端通過聯軸器與編碼器連接；
[0011]該試驗裝置的電氣控制系統包括伺服電機、位移傳感器、編碼器、交流接觸器觸點、伺服驅動器、可編程控制器、交流接觸器、綠色指示燈、紅色指示燈、觸摸屏、啟動按鈕、停止按鈕、緊急停止按鈕；伺服電機通過同步帶驅動頂尖轉動，伺服電機與伺服驅動器相連接，伺服驅動器的電源線上連接有交流接觸器觸點，伺服驅動器的控制端連接到可編程控制器，各位移傳感器分別安裝在試件的兩端和中間位置，并與試件保持一定的距離，位移傳感器的信號線連接到可編程控制器的輸入端，啟動按鈕、停止按鈕和緊急停止按鈕連接在可編程控制器的輸入端，編碼器的信號線連接到可編程控制器的輸入端，交流接觸器、綠色指示燈和紅色指示燈連接到可編程控制器的輸出端，觸摸屏通過信號線與可編程控制器的通信口連接。
[0012]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果。
[0013]1、本發明所述的試驗裝置可以模擬數控磨床頭架的工作條件，記錄數控磨床頭架的故障數據，從而計算和評價數控磨床頭架的可靠性水平。
[0014]2、本發明所述的試驗裝置可以根據不同數控機床的頭架進行試驗，只需要簡單地更換伺服驅動器即可，而且在按下啟動按鈕后，系統自動按照預定的速度和時間運行，中間無需人為操作，在出現故障時自動記錄故障數據。
[0015]本發明適用于數控磨床頭架的可靠性試驗，在數控磨床的可靠性設計時，可以用來評價頭架的可靠性水平，具有較好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是數控機床頭架可靠性試驗裝置的機械結構原理圖俯視圖。
[0017]圖2是數控機床頭架可靠性試驗裝置的機械結構原理圖正視圖。
[0018]圖3是數控機床頭架可靠性試驗裝置的電氣控制原理圖。
[0019]圖4是數控機床頭架可靠性試驗裝置試件的轉速曲線圖。
[0020]圖5是數控機床頭架可靠性試驗裝置的工作流程圖。
[0021]圖中:1、底座，2、頭架，3、伺服電機，4、頂尖，5、試件，6、位移傳感器，7、齒輪a，8、緊定螺釘a，9、尾尖，10、尾架，11、滑塊a，12、導軌a，13、導軌b，14、轉軸，15、軸承端蓋，16、軸承，17、滑塊b，18、齒輪b，19、緊定螺釘b，20、聯軸器，21、編碼器，22、交流接觸器觸點，23、伺服驅動器，24、可編程控制器，25、交流接觸器，26、綠色指示燈，27、紅色指示燈，28、觸摸屏，29、啟動按鈕，30、停止按鈕，31、緊急停止按鈕。
【具體實施方式】[0022]下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0023]如圖1-4所示，一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，該試驗裝置包括機械結構系統和電氣控制系統；試驗方法包括數據采集和處理方法、伺服電機驅動頂尖轉動速度和運行時間的控制方法。
[0024]該試驗裝置的機械結構系統包括底座1、頭架2、頂尖4，試件5、齒輪a7、緊定螺釘a8、尾尖9、尾架10、滑塊all、導軌al2、導軌bl3、轉軸14、軸承端蓋15、軸承16、滑塊bl7、齒輪bl8、緊定螺釘bl9、聯軸器20 ;頭架2安裝在底座I上，頭架2上的頂尖4和尾架10上的尾尖9中間安裝有試件5，試件5與尾尖9接觸的一端安裝有齒輪a7，齒輪a7通過緊定螺釘a8固定在試件5上；尾架10安裝在滑塊all上，滑塊all可以在導軌al2上滑動，導軌al2安裝在底座I上；在試件5的一側底座I上安裝有導軌bl3，導軌bl3上安裝有滑塊bl7 ;滑塊bl7中間設有通孔，通孔內安裝有軸承16，軸承16與轉軸14配合，軸承16 —端設有軸承端蓋15 ;轉軸14上安裝有齒輪bl8，齒輪bl8通過緊定螺釘bl9固定在轉軸14上，轉軸14的右端通過聯軸器20與編碼器21連接；
[0025]該試驗裝置的電氣控制系統包括伺服電機3、位移傳感器6、編碼器21、交流接觸器觸點22、伺服驅動器23、可編程控制器24、交流接觸器25、綠色指示燈26、紅色指示燈27、觸摸屏28、啟動按鈕29、停止按鈕30、緊急停止按鈕31 ;伺服電機3通過同步帶驅動頂尖4轉動，伺服電機3與伺服驅動器23相連接，伺服驅動器23的電源線上連接有交流接觸器觸點22，伺服驅動器23的控制端連接到可編程控制器24，各位移傳感器6分別安裝在試件5的兩端和中間位置，并與試件5保持一定的距離，位移傳感器6的信號線連接到可編程控制器24的輸入端，啟動按鈕29、停止按鈕30和緊急停止按鈕31連接在可編程控制器24的輸入端，編碼器21的信號線連接到可編程控制器24的輸入端，交流接觸器25、綠色指示燈26和紅色指示燈27連接到可編程控制器24的輸出端，觸摸屏28通過信號線與可編程控制器24的通信口連接。
[0026]試驗裝置在運行前應將試件5夾持在頭架2的頂尖9和尾架10的尾尖9上，并鎖緊尾尖9和滑塊all ;將滑塊all調整到齒輪a7和齒輪bl8嚙合，然后鎖緊滑塊bl7，準備過程結束；試驗裝置由可編程控制器24控制，系統通電后，綠色指示燈亮26。
[0027]按下啟動按鈕29，可編程控制器24控制交流接觸器25通電，交流接觸器觸點22閉合，伺服驅動器23通電；為了更加真實的模擬頭架的工作情況，在可編程控制器24內部從小到大設置了十種轉速；按下啟動按鈕29后，可編程控制器24向伺服驅動器23發送脈沖信號，伺服驅動器23驅動伺服電機3以第一種轉速Ii1轉動，伺服電機3帶動頂尖4 一起轉動，頂尖4驅動試件5轉動；轉動一段時間后，伺服電機3停止；停止一段時間后，可編程控制器24向伺服驅動器23發送脈沖信號，伺服電機以第二種轉速n2運轉，運轉一段時間后停止，停止一段時間后，再次啟動以第三種轉速H3運行；依次循環運行，當第十種轉速Iiltl運行完畢后，再從第一種轉速H1開始，一直循環運行；試驗裝置在運行過程中，綠色指示燈26閃爍。
[0028]在試件5轉動過程中，一方面編碼器21將試件5的轉角信號傳送給可編程控制器24，可編程控制器24通過計算判斷編碼器21輸入的脈沖信號與可編程控制器24向伺服驅動器23發送的脈沖信號之間的差值，一旦這個差值超過頭架2允許的偏差時，可編程控制器24立即向伺服驅動器23發送停止信號，伺服電機3減速停止運轉，同時可編程控制器24控制紅色指示燈27閃爍，觸摸屏28記錄故障的時間并保存；另一方面，位移傳感器6將試件5在轉動過程中與位移傳感器6之間的距離信號傳送給可編程控制器24，可編程控制器24收到這些信號后，通過計算判斷試件5偏離中心線的距離是否超出頭架2的允許值，一旦超出允許值，可編程控制器2位即向伺服驅動器23發送停止信號，伺服電機3減速停止運轉，同時可編程控制器24控制紅色指示燈27閃爍，觸摸屏28記錄故障的時間并保存，以便試驗完畢后進行頭架2可靠性的計算。
[0029]若在運行過程中實現該試驗裝置停止工作，可以按下停止按鈕30，可編程控制器2位即向伺服驅動器23發送停止信號，伺服電機3減速停止運轉，同時可編程控制器24控制紅色指示燈27亮。
[0030]運行過程中有緊急情況出現時，按下緊急停止按鈕31，可編程控制器2位即向伺服驅動器23發送停止信號，伺服電機3立即停止運轉，同時可編程控制器控制24紅色指示燈27閃爍。
[0031 ] 觸摸屏28可以控制系統的運行和顯示系統，在觸摸屏28上設計有啟動按鈕29、停止按鈕30、緊急停止按鈕31，這些按鈕的作用同數控磨床按鈕相同；在觸摸屏28上設計有綠色指示燈26和紅色指示燈27，其狀態顯示同數控磨床的指示燈是相同的；當試驗裝置出現故障時，觸摸屏28可以顯示故障類型、故障時間，并保存在觸摸屏28上，試驗結束后，可以統計故障數據，作為計算、評價數控機床伺服系統可靠性的依據。
[0032]圖5是數控機床頭架可靠性試驗裝置試件的轉速曲線圖，圖中將頭架的最低轉速到最高轉速的區間分成10檔，分別用ηι、η2、…、n1(l表示，在試驗中，頭架分別按照nI — η2> *..>η9 — η10的轉速走完一個循環,然后再重新開始。
[0033]以上所述【具體實施方式】用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制。在本發明的設計思想和權利要求的保護范圍內，對本發明做出任何修改或改變，均應視為本發明的保護范圍。`
【權利要求】
1.一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，其特征在于:該試驗裝置包括機械結構系統和電氣控制系統； 該試驗裝置的機械結構系統包括底座(1)、頭架(2 )、頂尖(4),試件(5 )、齒輪a (7 )、緊定螺釘a (8)、尾尖(9)、尾架(10)、滑塊a (11)、導軌a (12)、導軌b (13)、轉軸(14)、軸承端蓋(15)、軸承(16)、滑塊b (17)、齒輪b (18)、緊定螺釘b (19)、聯軸器(20);頭架(2)安裝在底座(1)上，頭架(2)上的頂尖(4)和尾架(10)上的尾尖(9)中間安裝有試件(5)，試件(5)與尾尖(9)接觸的一端安裝有齒輪a (7)，齒輪a (7)通過緊定螺釘a (8)固定在試件(5)上；尾架(10)安裝在滑塊a (11)上，滑塊a (11)可以在導軌a (12)上滑動，導軌a(12)安裝在底座(1)上；在試件(5)的一側底座(1)上安裝有導軌b (13)，導軌b (13)上安裝有滑塊b (17);滑塊b (17)中間設有通孔，通孔內安裝有軸承(16)，軸承(16)與轉軸(14)配合，軸承(16)—端設有軸承端蓋(15);轉軸(14)上安裝有齒輪b (18)，齒輪6 (18)通過緊定螺釘b (19)固定在轉軸(14)上，轉軸(14)的右端通過聯軸器(20)與編碼器(21)連接； 該試驗裝置的電氣控制系統包括伺服電機(3)、位移傳感器(6)、編碼器(21)、交流接觸器觸點(22)、伺服驅動器(23)、可編程控制器(24)、交流接觸器(25)、綠色指示燈(26)、紅色指示燈(27)、觸摸屏(28)、啟動按鈕(29)、停止按鈕(30)、緊急停止按鈕(31);伺服電機(3)通過同步帶驅動頂尖(4)轉動，伺服電機(3)與伺服驅動器(23)相連接，伺服驅動器(23)的電源線上連接有交流接觸器觸點(22)，伺服驅動器(23)的控制端連接到可編程控制器(24)，各位移傳感器(6)分別安裝在試件(5)的兩端和中間位置，并與試件(5)保持一定的距離，位移傳感器(6)的信號線連接到可編程控制器(24)的輸入端，啟動按鈕(29)、停止按鈕(30)和緊急停止按鈕(31)連接在可編程控制器(24)的輸入端，編碼器(21)的信號線連接到可編程控制器(24 )的輸入端，交流接觸器(25 )、綠色指示燈(26 )和紅色指示燈(27)連接到可編程控制器(24)的輸出端，觸摸屏(28)通過信號線與可編程控制器(24)的通信口連接。
2.根據權利要求1所述的一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，其特征在于:試驗裝置在運行前應將試件(5)夾持在頭架(2)的頂尖(9)和尾架(10)的尾尖(9)上，并鎖緊尾尖(9)和滑塊a (11);將滑塊a (11)調整到齒輪a (7)和齒輪b (18)嚙合，然后鎖緊滑塊b (17)，準備過程結束；試驗裝置由可編程控制器(24)控制，系統通電后，綠色指示燈亮(26)； 按下啟動按鈕(29)，可編程控制器(24)控制交流接觸器(25)通電，交流接觸器觸點(22)閉合，伺服驅動器(23)通電；為了更加真實的模擬頭架的工作情況，在可編程控制器(24)內部從小到大設置了十種轉速；按下啟動按鈕(29)后，可編程控制器(24)向伺服驅動器(23)發送脈沖信號，伺服驅動器(23)驅動伺服電機(3)以第一種轉速Ii1轉動，伺服電機(3 )帶動頂尖(4) 一起轉動，頂尖(4)驅動試件(5 )轉動；轉動一段時間后，伺服電機(3 )停止；停止一段時間后，可編程控制器(24)向伺服驅動器(23)發送脈沖信號，伺服電機以第二種轉速n2運轉，運轉一段時間后停止；停止一段時間后，再次啟動以第三種轉速n3運行；依次循環運行，當第十種轉速n1Q運行完畢后，再從第一種轉速Ii1開始，一直循環運行；試驗裝置在運行過程中，綠色指示燈(26)閃爍。
3.根據權利要求1或2所述的一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，其特征在于:在試件(5)轉動過程中，一方面編碼器(21)將試件(5)的轉角信號傳送給可編程控制器(24)，可編程控制器(24)通過計算判斷編碼器(21)輸入的脈沖信號與可編程控制器(24)向伺服驅動器(23)發送的脈沖信號之間的差值，一旦這個差值超過頭架(2)允許的偏差時，可編程控制器(24 )立即向伺服驅動器(23 )發送停止信號，伺服電機(3 )減速停止運轉，同時可編程控制器(24)控制紅色指示燈(27)閃爍，觸摸屏(28)記錄故障的時間并保存；另一方面，位移傳感器(6)將試件(5)在轉動過程中與位移傳感器(6)之間的距離信號傳送給可編程控制器(24)，可編程控制器(24)收到這些信號后，通過計算判斷試件(5)偏離中心線的距離是否超出頭架(2)的允許值，一旦超出允許值，可編程控制器(24)立即向伺服驅動器(23)發送停止信號，伺服電機(3)減速停止運轉，同時可編程控制器(24)控制紅色指示燈(27)閃爍，觸摸屏(28)記錄故障的時間并保存，以便試驗完畢后進行頭架(2)可靠性的計笪
4.根據權利要求1或2所述的一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，其特征在于:若在運行過程中實現該試驗裝置停止工作，可以按下停止按鈕(30)，可編程控制器(24)立即向伺服驅動器(23)發送停止信號，伺服電機(3)減速停止運轉，同時可編程控制器(24)控制紅色指示燈(27)亮； 運行過程中有緊急情況出現時，按下緊急停止按鈕(31)，可編程控制器(24)立即向伺服驅動器(23)發送停止信號，伺服電機(3)立即停止運轉，同時可編程控制器控制(24)紅色指示燈(27)閃爍。
5.根據權利要求1或3所述的一種數控磨床頭架的可靠性試驗裝置，其特征在于:觸摸屏(28)可以控制系統的運行和顯示系統，在觸摸屏(28)上設計有啟動按鈕(29)、停止按鈕(30)、緊急停止按鈕(31)，這些按鈕的作用同數控磨床按鈕相同；在觸摸屏(28)上設計有綠色指示燈(26)和紅色指示燈(27)，其狀態顯示同數控磨床的指示燈是相同的；當試驗裝置出現故障時，觸摸屏(28)可以顯示故障類型、故障時間，并保存在觸摸屏(28)上。
【文檔編號】G01M99/00GK103759960SQ201410020627
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】范晉偉, 劉勇軍, 陳東菊, 王波, 穆東輝, 王澤立, 周中源 申請人:北京工業大學