一种数控系统可靠性测试装置的制作方法

1.本发明属于机械设备可靠性测试技术领域的试验装置，本发明具体涉及一种数控系统可靠性测试装置。


背景技术：

2.目前，高速高精度数控设备已经越来越是未来制造技术的制高点，数控系统作为数控机床的核心控制中心，其可靠性水平的高低会直接影响数控机床的加工精度、静态特性、动态特性等，我国的数控机床的可靠性水平与国外相比仍有一定差距,研究获取数控系统可靠性的第一手数据，利用数控系统可靠性理论、测试评估方法和关键技术进行数控系统可靠性分析测试对提高数控系统和数控机床的可靠性水平具有重要意义。
3.国外高档数控机床通常由专门的测试仪进行可靠性测试评价，然而国内数控系统测试的可靠性数据往往依靠大量的耗时耗力的切削实验，且并没有普适性的数控系统测试装置，往往需要非标定制。
4.现阶段用于数控系统的设计开发、性能评价和生产应用的可靠性数据多是以实际加工获取，所需的时间、材料等消耗无疑会增加数控系统测试总成本，因此开发一种减少数控系统测试成本且具有普适性的数控系统可靠性测试装置显得尤为必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是开发一种具有普适性的数控系统测试装置，既能够模拟真实工况下数控系统的运行条件保证获取的数控系统的可靠性数据的有效性，又能够大大降低数控系统可靠性测试的试验成本。
6.为解决上述技术问题，而提供了一种数控系统可靠性测试装置；一种数控系统可靠性测试装置，它包括：升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4、数控系统测试装置5；所述的旋转移动工作台2与横向移动工作台3滑动连接；横向移动工作台3与纵向移动工作台4滑动连接；纵向移动工作台4后方设有支撑台16，升降工作台1设在支撑台16上；升降工作台1中设有电主轴141，电主轴141在升降工作台1上升降；旋转移动工作台2中设有工件加工旋转台26，工件加工旋转台26可在旋转移动工作台2中分别进行水平轴向和垂直轴向的偏转；所述的升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4构成五轴加工系统；数控系统测试装置5设在五轴加工系统旁；五轴加工系统与数控系统测试装置电气连接。
7.所述的升降工作台1包括：升降驱动组件、1号光栅尺12、升降接合板13、电主轴组件、z轴加速度传感器15；所述的电主轴组件包括：电主轴141、电主轴温度传感器142、电主轴振动传感器143；电主轴温度传感器142和电主轴振动传感器143设在电主轴141上下两端，z轴加速度传
感器15设在电主轴141一侧端面上；升降接合板13的中部装设有主轴抱夹131；电主轴141通过主轴抱夹131固定在升降接合板13上；升降接合板13通过升降驱动组件在支撑台16升降。
8.所述的升降驱动组件包括：升降导轨111、升降导轨滑块112、升降丝杠113、升降丝杠螺母；升降驱动电机116；升降导轨111设有两个，两个升降导轨111分别设在支撑台16前端两侧；升降导轨滑块112和升降丝杠螺母设在升降接合板13同一侧端面上；升降丝杠113设在支撑台16前端中部；升降驱动电机116设在支撑台16上部；升降导轨滑块112套接在升降导轨111上；升降丝杠螺母套接在升降丝杠113上；升降驱动电机116通过升降丝杠联轴器1161与升降丝杠113连接；升降驱动电机116驱动升降丝杠113旋转，通过旋转升降丝杠113对升降接合板13垂直升降控制。
9.所述的旋转移动工作台2包括：横向移动连接篮21、摆动摇篮22、摆动驱动组件、摆动加速度传感器24、摆动角加速度25、工件加工旋转台26、旋转台驱动组件、旋转角加速度传感器28、旋转加速度传感器29；所述的横向移动连接篮21为u型结构，横向移动连接篮21底部设有横向导轨滑块211；一侧中部设有y轴加速度传感器212；摆动驱动组件设在横向移动连接篮21一侧；摆动摇篮22轴接在横向移动连接篮21上部，摆动摇篮22通过摆动驱动组件在横向移动连接篮21上水平方向偏转摆动；摆动加速度传感器24设在摆动摇篮22一侧；摆动角加速度传感器25贴合在一侧摆动连接轴固定套221的外表面上；所述的工件加工旋转台26包括：旋转圆盘261、齿轮轴262，旋转圆盘261上端面设有t型槽，t型槽用来配合工件夹具固定安装工件；齿轮轴262设在旋转圆盘261下端；摆动摇篮22底端平板上设有隔套222，齿轮轴262轴接在隔套222中。
10.所述的摆动驱动组件包括：摆动驱动电机231、摆动驱动齿轮232、摆动传送齿带233、摆动齿轮传动轴234、摆动连接轴235；摆动驱动电机231驱动摆动驱动齿轮232；摆动传送齿带233套接在摆动驱动齿轮232和摆动齿轮传动轴234上；所述的旋转台驱动组件包括：旋转传动齿轮271、旋转传送带272、旋转驱动电机273；旋转驱动电机273设在旋转圆盘261的一侧；旋转传动齿轮271通过锁紧螺母2711固定在旋转驱动电机273转子下端；旋转传送带272套接在旋转传动齿轮271和齿轮轴262上；旋转驱动电机273驱动旋转圆盘261旋转。
11.所述的横向移动工作台3包括：前后移动连接板31、横向移动驱动组件、2号光栅尺33； 2号光栅尺33设在前后移动连接板31的一侧；横向移动驱动组件包括：横向驱动电机321、电机联轴器322、横向丝杠323、横向丝杠螺母324、横向丝杠固定座325；前后移动连接板31中部设有减重凹槽，前后移动连接板31的减重凹槽两端均设有横向丝杠固定座325；横向丝杠323两端轴接在横向丝杠固定座325中；横向驱动电机321固定在前后移动连接板31一侧；横向驱动电机321通过电机联轴器322与横向丝杠323连接；横向丝杠螺母324套接在横向丝杠323上；横向丝杠螺母324上端固定在横向移动连接篮21底部。
12.所述的纵向移动工作台4包括：纵向移动底座41、纵向移动驱动组件、纵向驱动电机43、纵向电机联轴器44、支撑台底座45、3号光栅尺46；纵向移动底座41为铸造结构件，其四角处设置有斜坡支撑脚，支撑脚中间开有减重槽，支撑脚与纵向移动底座41之间设置有加强肋板，纵向移动底座41的中间设置有梯形减重槽；3号光栅尺46设在纵向移动底座41一侧外端面上；
所述的纵向移动驱动组件包括：纵向滑轨421、纵向导轨滑块422、纵向丝杠423、纵向丝杠螺母424、纵向丝杠固定座425；所述的纵向滑轨421设在纵向移动底座41的梯形减重槽另两端上端面；纵向导轨滑块422设有4个，4个纵向导轨滑块422分别设在前后移动连接板31底部四个边角处；所述的纵向丝杠固定座425设有2个，2个纵向丝杠固定座425分别设在纵向移动底座41的中间的梯形减重槽两端；纵向丝杠423轴接在纵向丝杠固定座425中；纵向丝杠螺母424套接在纵向丝杠423上；纵向丝杠螺母424设在前后移动连接板31的下端中部；纵向驱动电机43设在纵向移动底座41一侧端部，纵向驱动电机43转子通过纵向电机联轴器44与纵向丝杠423连接。
13.所述的数控系统测试装置5包括：温湿度试验51和数控系统52；数控系统52分别与升降驱动电机116、1号光栅尺12、电主轴141、电主轴温度传感器142、电主轴振动传感器143、z轴加速度传感器15、y轴加速度传感器212、摆动驱动电机231、摆动加速度传感器24、摆动角加速度25、摆动加速度传感器24、摆动角加速度25、横向驱动电机321、2号光栅尺33、纵向驱动电机43和3号光栅尺46电气连接。
14.本发明提供了一种数控系统可靠性测试装置，它包括：升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4、数控系统测试装置5；旋转移动工作台2中设有工件加工旋转台26，工件加工旋转台26可在旋转移动工作台2中分别进行水平轴向和垂直轴向的偏转；旋转移动工作台2通过横向移动工作台3与纵向移动工作台4连接；升降工作台1通过支撑台16设在纵向移动工作台4后方上；升降工作台1中设有电主轴141，电主轴141在升降工作台1上升降；升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4构成五轴加工系统；数控系统测试装置5设在五轴加工系统旁，并与其电气连接；模拟真实工况，减少进行数控系统可靠性测试的试验成本。
15.与现有技术相比本发明的有益效果是：1. 本发明所述的数控系统中的温湿度试验箱能够精确模拟数控系统在数控机床加工过程中的振动、温度和湿度，模拟真实工况下数控系统的环境影响因素，为数控系统可靠性测试的试验数据的有效性提供保证。
16.2. 本发明所述的五轴加工系统可以在数控系统指令下快速移动做出反应，传感器将数据传回系统与系统指令理想动作轨迹对比，实时监测数控系统在不同环境因素影响条件下的静态、动态跟踪特性。
17.3. 本发明所述的数控系统测试装置能够真实模拟数控系统加工过程的动作指令而不用实际加工实物，减少进行数控系统可靠性测试的试验成本。
18.4. 本发明所述的五轴加工系统可适配多种数控系统，因此可开展多种数控系统的可靠性测试验，故本发明具有很强的普适性。
附图说明
19.图1为本发明一种数控系统可靠性测试装置的五轴加工系统结构的轴测投影视图；图2为本发明一种数控系统可靠性测试装置中五轴加工系统的升降移动工作台结构组成的轴测投影视图；
图3为本发明一种数控系统可靠性测试装置中五轴加工系统的旋转移动工作台结构组成的爆炸视图；图4为本发明一种数控系统可靠性测试装置中五轴加工系统的横向移动工作台结构组成的轴测投影视图；图5为本发明一种数控系统可靠性测试装置中五轴加工系统的纵向移动工作台结构组成的轴测投影视图；图6为本发明一种数控系统可靠性测试装置中数控系统测试装置轴测投影视图；图中：升降工作台1，升降导轨111，升降导轨滑块112，升降丝杠113，升降丝杠支撑座1131，升降丝杠螺母，升降驱动电机116， 1号光栅尺12，升降接合板13，主轴抱夹131，电主轴141，电主轴温度传感器142，电主轴振动传感器143，z轴加速度传感器15，支撑台16，升降丝杠联轴器1161，旋转移动工作台2，横向移动连接篮21，横向导轨滑块211，y轴加速度传感器212，传动部件保护盖213，摆动摇篮22，摆动连接轴固定套221，隔套222，摆动驱动电机231，摆动驱动齿轮232，摆动传送齿带233，摆动齿轮传动轴234，摆动连接轴235，摆动加速度传感器24，摆动角加速度25，旋转传动齿轮271，旋转传送带272，旋转驱动电机273，旋转角加速度传感器28，旋转加速度传感器29，工件加工旋转台26，旋转圆盘261，齿轮轴262，横向移动工作台3，前后移动连接板31，横向驱动电机321，电机联轴器322，横向丝杠323，横向丝杠螺母324，横向丝杠固定座325，2号光栅尺33，纵向移动工作台4，纵向移动底座41，纵向滑轨421，纵向导轨滑块422，纵向丝杠423，纵向丝杠螺母424，纵向丝杠固定座425，纵向驱动电机43，纵向电机联轴器44，支撑台底座45，3号光栅尺46，数控系统测试装置5，温湿度试验箱51，数控系统52。
具体实施方式
20.实施例1参见图1至图6所示，一种数控系统可靠性测试装置，它包括：升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4、数控系统测试装置5；所述的升降工作台1、旋转移动工作台2、横向移动工作台3、纵向移动工作台4构成五轴加工系统；数控系统测试装置5设在五轴加工系统旁；五轴加工系统与数控系统测试装置电气连接；旋转移动工作台2通过横向移动工作台3与纵向移动工作台4连接；纵向移动工作台4和数控系统测试装置5电气连接，并一同设在机架地平铁上；纵向移动工作台4后方设有支撑台16，升降工作台1设在支撑台16上；所述的横向移动工作台3中设有横向滑轨32；旋转移动工作台2下方设有横向导轨滑块211；旋转移动工作台2通过横向导轨滑块211装设在横向滑轨32上；旋转移动工作台2在横向移动工作台3横向移动；所述的纵向移动工作台4设在机架地平铁上；纵向移动工作台4上设有纵向滑轨421；横向移动工作台3下方设有纵向导轨滑块422；横向移动工作台3通过纵向导轨滑块422装设在纵向移动工作台4的纵向滑轨421上；横向移动工作台3在纵向移动工作台4上纵向移动。
21.所述的升降工作台1包括：升降驱动组件、1号光栅尺12、升降接合板13、电主轴组
件、z轴加速度传感器15、支撑台16；所述的支撑台16为长方体立柱结构件，其底端左右两侧设置有两条长条固定板，长条固定板上有间距相同的加强肋板，肋板之间设置有螺纹孔；支撑台16前侧设置有梯形减重槽；支撑台16一侧设有1号光栅尺12；升降驱动组件设在支撑台16前侧；升降接合板13在支撑台16前端滑动连接；升降驱动组件驱动升降接合板13升降；电主轴组件设在升降接合板13上；z轴加速度传感器15设在电主轴组件中；所述的升降驱动组件包括：升降导轨111、升降导轨滑块112、升降丝杠113、升降丝杠螺母；升降驱动电机116；升降导轨111设有两个，两个升降导轨111分别设在支撑台16前端两侧；升降导轨滑块112和升降丝杠螺母设在升降接合板13同一侧端面上；升降丝杠113设在支撑台16前端中部；升降驱动电机116设在支撑台16上部；升降导轨滑块112套接在升降导轨111上；升降丝杠螺母套接在升降丝杠113上；升降驱动电机116通过升降丝杠联轴器1161与升降丝杠113连接；升降驱动电机116驱动升降丝杠113旋转，通过旋转升降丝杠113对升降接合板13垂直升降控制；支撑台16前侧设置有梯形减重槽，梯形减重槽的上下两端分别设置有升降丝杠支撑座1131；升降丝杠113两端轴接在升降丝杠支撑座1131；即升降丝杠113通过升降丝杠支撑座1131垂直设置在支撑台16前端中部；所述的1号光栅尺12选用信诺ka300数控机床高精密光栅尺，其分辨率可达1um,1号光栅尺12的左右两端设置有螺钉孔并与支撑台16上右侧壁上的螺纹孔对正同心，1号光栅尺12通过螺钉连接固定在支撑台16右侧壁上；所述的升降丝杠113选用c3级高精密、高强度滚珠丝杠；升降丝杠113上安装有丝杠螺母用来动力传输，升降丝杠113安装在支撑台16梯形减重槽的中部；所述的升降导轨111选用hgw系列精密移动导轨，升降导轨111上设置有等距离的螺钉孔，两条相同的升降导轨111对称地安装在支撑台前侧左右两端，螺钉穿过升降导轨111上的螺钉孔与支撑台16的前侧左右两端对称设置的间距相同的螺纹孔配合，将两条升降导轨111固定在支撑台16前侧左右两端的表面上；所述的升降导轨滑块112选用hgw系列的线性导轨滑块，4只升降导轨滑块112对称安装在升降接合板13上并套接于两条升降导轨111上；所述的电主轴组件包括：电主轴141、电主轴温度传感器142、电主轴振动传感器143所述的升降接合板13的中部装设有主轴抱夹131；电主轴141通过主轴抱夹131固定在升降接合板13上；所述的主轴抱夹131为类圆柱体中空结构件，其在上下表面几何中心设置有通孔，在主轴抱夹131的下表面通孔附近的圆周上设置有8个等距的螺纹孔用来安装固定电主轴141，主轴抱夹131的左右两侧设置有长条板，长条板设置有等间距的螺钉孔并与升降接合板13的中间前侧左右两端设置的螺纹孔对正同心，主轴抱夹131通过螺钉连接紧紧固定在升降接合板13的前侧表面上；所述的电主轴141为长轴被试件，其下侧设置有法兰盘结构，法兰上设置有螺钉孔
并与主轴抱夹113下表面通孔附近的圆周上设置的螺纹孔对正同心，电主轴141的下侧法兰盘的上表面与主轴抱夹113下表面贴合；所述的升降驱动电机116选用型号为180st-m48015hfbb的交流伺服电机。
22.所述的旋转移动工作台2包括：横向移动连接篮21、摆动摇篮22、摆动驱动组件、摆动加速度传感器24、摆动角加速度25、工件加工旋转台26、旋转台驱动组件、旋转角加速度传感器28、旋转加速度传感器29；所述的横向移动连接篮21为u型结构，横向移动连接篮21底部设有横向导轨滑块211；一侧中部设有y轴加速度传感器212；所述的横向移动连接篮21一侧设有传动部件保护盖213；摆动摇篮22两端轴接在横向移动连接篮21上部，摆动驱动组件设在传动部件保护盖213内；所述的摆动驱动组件包括：摆动驱动电机231、摆动驱动齿轮232、摆动传送齿带233、摆动齿轮传动轴234、摆动连接轴235；所述的摆动连接轴235包括：左端圆形板、右端光轴；摆动摇篮22左侧设有摆动连接轴固定套221，左端圆形板和右端光轴与摆动摇篮22左侧端面的摆动连接轴固定套221轴接；摆动齿轮传动轴234与右端光轴固定连接；左端圆形板、右端光轴、摆动连接轴固定套221和摆动齿轮传动轴234的轴心在同一轴线上；摆动驱动电机231驱动摆动驱动齿轮232；摆动传送齿带233套接在摆动驱动齿轮232和摆动齿轮传动轴234上；摆动驱动电机231通过摆动驱动组件的机械传动驱使摆动摇篮22摆动；所述的摆动加速度传感器24设在摆动摇篮22一侧；摆动角加速度传感器25贴合在一侧摆动连接轴固定套221的外表面上；摆动加速度传感器24和摆动角加速度25获取摆动幅度和角度；实时记录摆动摇篮22的旋转角加速度的数值变化；所述的摆动加速度传感器24和摆动角加速度传感器25均选用型号为hwt950传感器；所述的工件加工旋转台26包括：旋转圆盘261、齿轮轴262，旋转圆盘261上端面设有t型槽，t型槽用来配合工件夹具固定安装工件；齿轮轴262设在旋转圆盘261下端；摆动摇篮22底端平板上设有隔套222，齿轮轴262轴接在隔套222中；所述的旋转台驱动组件包括：旋转传动齿轮271、旋转传送带272、旋转驱动电机273；旋转驱动电机273设在旋转圆盘261的一侧；旋转传动齿轮271通过锁紧螺母2711固定在旋转驱动电机273转子下端；旋转传送带272套接在旋转传动齿轮271和齿轮轴262上；旋转驱动电机273驱动旋转圆盘261旋转；所述的旋转角加速度传感器28选用型号为rm3100角加速度传感器，旋转角加速度传感器28贴合在旋转圆盘的外侧圆周立面上，并实时记录工件加工旋转台的旋转角加速度的变化；所述的旋转加速度传感器29选用型号为mpu9250的角加速度传感器，旋转加速度传感器29设在旋转圆盘261的上表面，并实时记录工件加工旋转台的旋转加速度的变化；所述的旋转驱动电机273亦选择180st-m48015hfbb交流伺服电机。
23.所述的横向移动工作台3包括：前后移动连接板31、横向移动驱动组件、2号光栅尺33；
所述的2号光栅尺33设在前后移动连接板31的一侧；所述的横向移动驱动组件包括：横向驱动电机321、电机联轴器322、横向丝杠323、横向丝杠螺母324、横向丝杠固定座325；所述的前后移动连接板31中部设有减重凹槽，前后移动连接板31的减重凹槽两端均设有横向丝杠固定座325；横向丝杠323两端轴接在横向丝杠固定座325中；横向驱动电机321固定在前后移动连接板31一侧；横向驱动电机321通过电机联轴器322与横向丝杠323连接；横向丝杠螺母324套接在横向丝杠323上；横向丝杠螺母324上端固定在横向移动连接篮21底部。
24.所述的纵向移动工作台4包括：纵向移动底座41、纵向移动驱动组件、纵向驱动电机43、纵向电机联轴器44、支撑台底座45、3号光栅尺46；所述的纵向移动底座41为铸造结构件，其四角处设置有斜坡支撑脚，支撑脚中间开有减重槽，支撑脚与纵向移动底座41之间设置有加强肋板，纵向移动底座41的中间设置有梯形减重槽；3号光栅尺46设在纵向移动底座41一侧外端面上；所述的纵向移动驱动组件包括：纵向滑轨421、纵向导轨滑块422、纵向丝杠423、纵向丝杠螺母424、纵向丝杠固定座425；所述的纵向滑轨421设在纵向移动底座41的梯形减重槽另两端上端面；纵向导轨滑块422设有4个，4个纵向导轨滑块422分别设在前后移动连接板31底部四个边角处；所述的纵向丝杠固定座425设有2个，2个纵向丝杠固定座425分别设在纵向移动底座41的中间的梯形减重槽两端；纵向丝杠423轴接在纵向丝杠固定座425中；纵向丝杠螺母424套接在纵向丝杠423上；纵向丝杠螺母424设在前后移动连接板31的下端中部；纵向驱动电机43设在纵向移动底座41一侧端部，纵向驱动电机43转子通过纵向电机联轴器44与纵向丝杠423连接。
25.所述的数控系统测试装置5包括：温湿度试验箱51和数控系统52；所述的温湿度试验箱51选用苏州苏试试验仪器股份有限公司生产的温湿度试验箱，其具有网络连接简单、控制设计优秀、集成动态分析功能强大等优点，温湿度试验箱51可以对数控系统52施加精确的温度、振动、湿度三个环境影响因素来进行数控系统52的可靠性测试试验；所述的数控系统选用华中数控生产的的数控系统，其上侧由显示屏和控制按钮组成，其下侧支撑箱里装有控制电缆等控制辅助器件；在进行数控系统可靠性测试试验时，由数控系统测试装置5的数控系统52发出指令驱动五轴加工系统作出相应指令动作，在此过程中，温湿度试验箱会施加不同温度、振动和湿度三个环境影响因素作用在数控系统上，各个传感器和各个光栅尺实时纪记录数控系统可靠性测试数据，根据施加影响数控系统的环境因素前得到的可靠性数据和施加影响数控系统的环境因素后得到的可靠性数据相对比进行可靠性综合影响分析，以振动幅值变化、位移变化、加速度变化、速度变化等多个指标进行数控系统在环境因素影响下的的动态跟踪特性、静态跟踪特性等可靠性分析，从而真实测评数控系统52在不同环境因素综合影响下的可靠性水平。
26.本发明中所述的实施例是为了便于该领域技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实例，或者说是一种较佳的具体技术方案。如果相关的技术人员在坚持
本发明基本技术方案的情况下，做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。