一种惯性式静动态力复合加载系统
本发明涉及加载控制系统，尤其是涉及一种惯性式静动态力复合加载系统。
背景技术：
1、数控机床实际应用场景下，主轴和工作台所受切削负载包含静态平均切削力和动态切削力两部分。为开展数控机床可靠性、精度保持性和加速退化等试验测评与研究，出于环保和安全等方面的考虑，需利用加载装置近似模拟数控机床实际工况下的受负载情况。
2、现有的加载系统通常使用电动缸、气缸或油缸等动力装置对数控机床的主轴进行加载,这类装置通过调节电机扭矩、气体或油液压力，可有效的模拟实际切削力的静态部分，但它们存在一个普遍的问题，即无法有效的模拟实际切削力中的动态部分，即便可以通过调节电机扭矩、气体或油液压力产生动态力，但其调节频率过低，通常小于10hz且动态力范围过小，无法模拟高速主轴的实际受负载情况，更无法进行包括加速退化等试验在内的需要高频动态力的测试场景。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种惯性式静动态力复合加载系统，通过利用高刚度高响应的压电促动器，设计压电动态加载装置与气动加载装置相结合，实现数控机床的静动态负载复合加载，完成实际切削负载的近似模拟，克服了现有技术中加载力动态频率低，动态力范围小等缺陷。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种惯性式静动态力复合加载系统,包括机床工作台和设置在所述机床工作台上的加载工装，所述加载工装上设置有气缸，所述气缸通过气管与气控箱连接，所述气控箱通过气控电缆与控制采集箱连接，所述控制采集箱通过驱动控制线与压电驱动器连接，所述压电驱动器通过压电促动器电缆与压电动态加载装置连接，所述压电动态加载装置与所述气缸螺接。
3、优选的，所述压电动态加载装置包括底座和设置在所述底座上的外筒，所述外筒内设置有压电促动器，所述压电促动器的一端通过螺栓与配重架连接，所述配重架的两端均设置有直线轴承，所述外筒的另一端与前板连接，所述前板与预紧螺母的一端连接，所述预紧螺母的另一端连接有加载头，所述加载头和所述预紧螺母之间设置有力传感器，所述力传感器的两侧均设置有绝缘垫片。
4、优选的，所述直线轴承的外壁与所述外筒的内壁抵接。
5、优选的，所述压电促动器与所述压电驱动器连接，所述压电驱动器通过所述驱动控制线与所述控制采集箱的压电控制接口相连，通过所述控制采集箱内的d/a模块调节所述压电驱动器的输入电压，从而控制所述压电促动器的伸缩幅度，使安装在所述压电促动器上的所述配重架在所述直线轴承的支撑下产生往复运动，从而产生惯性力。
6、优选的，所述配重架上设置有两个配重安装孔，所述配重安装孔根据需要安装不同质量的配重，用以调节惯性力的大小。
7、优选的，所述底座通过螺纹与所述气缸的端部连接，所述气缸产生的静态力通过所述底座和所述外筒传递至所述前板，所述压电促动器与配重往复运动产生的动态力也作用在所述前板上，动态力与静态力在所述前板处相叠加形成静动态复合加载力，最后通过所述加载头将复合加载力作用在数控机床主轴上。
8、优选的，所述力传感器为压电式力传感，其通过力传感器信号线与所述控制采集箱的力信号输入接口连接。
9、优选的，所述控制采集箱内设置有显示器、工控机和多功能采集卡，所述多功能采集卡的数字io通道控制所述气控箱内的电磁阀，进而控制所述气缸的伸缩，所述多功能采集卡的d/a通道通过输出模拟电压控制所述压电促动器的往复运动，a/d通道用于采集所述力传感器测得的复合加载力。
10、本发明的有益效果：
11、(1)本发明利用高刚度高响应的压电促动器带动配重往复运动产生惯性力的方法产生动态力，可产生动态力频率范围0.3khz-1khz，最大动态负载600n的动态力，有效的解决了现有技术中加载力动态频率低、动态力范围小的缺陷。
12、(2)本发明利用压电式力传感器测量复合加载力，因其比传统的应变式力传感器刚度大很多，所以可以有效提高加载系统的总体刚度，解决因刚度低导致的动态力低的问题。
13、(3)本发明中压电动态加载装置的设计结构，可使动态力与静态力在前板处相叠加，使静态加载和动态加载同时进行，实现真实切削负载的近似模拟，为开展数控机床可靠性、精度保持性和加速退化等试验的测评与研究提供技术支持。
14、因此，本发明采用上述结构的一种惯性式静动态力复合加载系统，通过利用高刚度高响应的压电促动器设计压电动态加载装置，与气动加载装置相结合，实现数控机床的静动态负载复合加载，完成实际切削负载的近似模拟，克服了现有技术中加载力动态频率低，动态力范围小等缺陷。
15、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
技术特征：
1.一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：包括机床工作台和设置在所述机床工作台上的加载工装，所述加载工装上设置有气缸，所述气缸通过气管与气控箱连接，所述气控箱通过气控电缆与控制采集箱连接，所述控制采集箱通过驱动控制线与压电驱动器连接，所述压电驱动器通过压电促动器电缆与压电动态加载装置连接，所述压电动态加载装置与所述气缸螺接。
2.根据权利要求1所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述压电动态加载装置包括底座和设置在所述底座上的外筒，所述外筒内设置有压电促动器，所述压电促动器的一端通过螺栓与配重架连接，所述配重架的两端均设置有直线轴承，所述外筒的另一端与前板连接，所述前板与预紧螺母的一端连接，所述预紧螺母的另一端连接有加载头，所述加载头和所述预紧螺母之间设置有力传感器，所述力传感器的两侧均设置有绝缘垫片。
3.根据权利要求2所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述直线轴承的外壁与所述外筒的内壁抵接。
4.根据权利要求2所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述压电促动器与所述压电驱动器连接，所述压电驱动器通过所述驱动控制线与所述控制采集箱的压电控制接口相连，通过所述控制采集箱内的d/a模块调节所述压电驱动器的输入电压，从而控制所述压电促动器的伸缩幅度，使安装在所述压电促动器上的所述配重架在所述直线轴承的支撑下产生往复运动，从而产生惯性力。
5.根据权利要求4所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述配重架上设置有两个配重安装孔，所述配重安装孔根据需要安装不同质量的配重，用以调节惯性力的大小。
6.根据权利要求2所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述底座通过螺纹与所述气缸的端部连接，所述气缸产生的静态力通过所述底座和所述外筒传递至所述前板，所述压电促动器与配重往复运动产生的动态力也作用在所述前板上，动态力与静态力在所述前板处相叠加形成静动态复合加载力，最后通过所述加载头将复合加载力作用在数控机床主轴上。
7.根据权利要求2所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述力传感器为压电式力传感，其通过力传感器信号线与所述控制采集箱的力信号输入接口连接。
8.根据权利要求1所述的一种惯性式静动态力复合加载系统，其特征在于：所述控制采集箱内设置有显示器、工控机和多功能采集卡，所述多功能采集卡的数字io通道控制所述气控箱内的电磁阀，进而控制所述气缸的伸缩，所述多功能采集卡的d/a通道通过输出模拟电压控制所述压电促动器的往复运动，a/d通道用于采集所述力传感器测得的复合加载力。
技术总结
本发明公开了一种惯性式静动态力复合加载系统，涉及加载控制系统领域，该系统包括气控箱、多功能采集卡、压电驱动器、机床工作台、加载工装、气缸和压电动态加载装置，压电动态加载装置又包括底座、直线轴承、外筒、配重架、压电促动器、前板、预紧螺母、力传感器、绝缘垫片和加载头。本发明采用上述结构的一种惯性式静动态力复合加载系统，通过利用高刚度高响应的压电促动器，设计压电动态加载装置与气动加载装置相结合，实现数控机床的静动态力复合加载，能够提高动态力的动态频率范围和动态力大小，完成实际切削负载的近似模拟，为开展数控机床可靠性等指标的测评与研究提供了技术支持。
技术研发人员：王民,刘智豪
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5