一种中凸变椭圆车床夹具实验台及试验方法，该试验台及试验方法包含试验装置、装配和试验方法三部分，试验装置包括测控计算机、USB数据采集仪、试验台架、夹具、皮带、电机、液压站。将夹具固定于试验台架上，安装试验活塞后，启动液压油缸拉紧拉杆，固定活塞完成活塞的装夹；将温度传感器探针与皮带轴的前轴承、后轴承外圈接触并固定，ICP振动传感器安装于皮带轴前轴承外壳处，启动主轴电机，在测控软件中根据事先设定好的转速进行动态模拟试验，整个动态运转过程中，试验监控程序主界面实时显示皮带轴的转速、前后轴承的温度值、前轴承的振动值、轴向拉紧力、试验时间参数、并将上述采集到的数据保存在计算机的数据库中并作分析。
1.一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法，其特征是：该试验方法基于如下试验装置来实现；
试验装置由测控计算机(1)、USB数据采集仪(2)、试验台架(3)、夹具(4)、皮带(5)、电机(6)、液压站(7)；
所述试验台架(3)包含有台架板翼(301)、一体化温度传感器(302)、ICP振动传感器(303)、抱轴套(304)、抱轴套连接螺栓(305)、主轴固定连接螺钉(306)、台架地脚螺栓(307)；
所述夹具(4)包含有液压油缸(401)、主轴皮带轮(402)、主轴测温孔(403)、皮带轴(404)、活塞拉环(405)、夹具体(406)、销孔拉杆(407)、活塞(408)、拉杆扳手卡口(409)、拉杆(410)、连接螺钉(411)；
通过地脚螺栓(307)将试验台架(3)固定于水平地面上，调整主轴固定座位置，通过连接螺栓(306)固定于试验台架上，将夹具皮带轴(404)外边缘与主轴固定座对齐，迅速将抱轴套(304)通过抱轴套连接螺栓(305)固定于主轴固定座上；通过拉杆扳手卡口(409)安装夹具拉杆(410)与液压缸(401)，调整主轴皮带轮(402)与电机(6)到同一水平高度，安装皮带(5)，根据加工活塞(408)的直径选择夹具体(406)材料为ZG310-570，安装夹具体(406)后拧紧拉杆连接螺钉(411)，放置要加工的活塞(408)外边缘与夹具体(406)的外边缘对齐，安装销孔拉杆(407)，销孔拉杆(407)为焊接件，销孔拉杆(407)的主体部分为冷轧精密无缝钢管，销孔拉杆的主体部分两端配有支撑柱以增强其强度；启动液压油缸(401)拉紧拉杆(410)，完成活塞的装夹；一体化温度传感器(302)通过M12螺纹连接于皮带轴(404)的前轴承、后轴承，且温度探针直接测量前轴承外圈温度、后轴承外圈温度，ICP振动传感器(303)采用螺纹安装放置于皮带轴(404)前轴承外壳处；完成活塞的装夹，活塞装夹完成；
启动测控计算机(1)与信号采集仪(2)，启动测控采集软件，启动主轴电机(6)，在测控软件中根据事先设定好的转速进行动态模拟试验，整个动态运转过程中，试验监控程序主界面实时显示皮带轴(404)的转速、前后轴承的温度值、前轴承的振动值、轴向拉紧力、试验时间参数，并将上述参数保存在计算机的数据库中，试验过程中如出现以下异常情况：夹具皮带轴轴承在不同的转速下温度升高值超过25℃，轴承振动值超过6g，轴向拉紧液压油缸拉紧力小于2000N时，由计算机监控程序发出报警并自动停机；试验结束后停机，通过轴向液压油缸(401)放松拉杆(410)，卸掉活塞拉环(407)后，更换活塞(408)，并将上述参数不同时段的数据和图像进行计算机数据处理，最终作出夹具在高速动态模拟试验下的评定结论。
2.如权利要求1所述的一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法，其特征是：试验台架(3)底部有八条板翼(301)，能够承受较大的重量以及旋转惯性，提高了实验台稳定性，整个实验台架模仿车床底座采用铸铁构成，在主轴旋转时，可减小旋转带来的振动，更加接近车床真实情况。
3.如权利要求1所述的一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法，其特征是：信号采集仪(2)集成了8片100Ksps 24bits A/D转换器，和8个独立的高速精密运算放大器和精密衰减滤波网络组成程控增益通道，板上带有32K X 16BYTES FIFO，通道最大采样深度不受限制，可以实现高精度信号的连续大容量记录功能，保证采集信号的高精度与稳定性，且该采集仪与华中数控系统进行数据对接，使用一体化温度传感器(302)与ICP振动传感器(303)，传感器与采集仪(2)直接连接，争取到了更多的安装空间，省去了前置放大电路等中间环节，较少了信号的干扰，保证了采集信号的精确度。
4.如权利要求1所述的一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法，其特征是：测控分析软件，控制面板为虚拟仪器风格的中文图形界面，实时自动监控并记录试验的各项参数，具有动态检测，温度检测，数据分析功能。
一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种柴油机活塞加工用变椭圆车床夹具试验台及试验方法技术领域，尤其涉及车床大直径变椭圆夹具的试验方法。
背景技术
[0002] 随着大型船舶工业的快速发展，活塞作为船舶发动机的心脏，通常将大功率高速发动机活塞在常温下设计成中凸变椭圆形状。由于中凸变椭圆活塞的型面复杂，使得其加工成为活塞制造的关键难题，20世纪90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代活塞加工车床，采用大功率皮带轴带动活塞旋转，加快了活塞车床的高速发展步伐，作为变椭圆车床关键部件之一的夹具体，还存在一系列问题，如夹具皮带轴轴承的温升与振动问题，旋转油缸旋转精度问题，以及活塞拉杆的可靠性问题，为了对设计好的夹具体进行测试，急需建立活塞加工变椭圆车床夹具的试验台以及整个夹具在线检测试验方法。
[0003] 目前，关于大功率变椭圆车床夹具试验台的专利在国内还未见报道，而关于变椭圆车床夹具方面与信号测试采集系统方面的相关专利如下，例如CN2298083Y提供了一种变椭圆加工装置，属于车削机床附件，采用摆动刀架上的滚轮压在仿椭凸轮上，通过仿型触头工作。CN202622437U公开了一种变椭圆精车夹具，拉紧组件安装在车床主轴上且可拉紧活塞，通过车床尾架压紧活塞，适合车削大马力中速柴油机活塞。关于采集方面的专利有CN102012948A公布了一种基于USB的数据实时采集和储存系统及方法，具有使用体积小，便于携带等优点。CN1584511A公布了一种大型旋转机械设备智能采集监测装置，基于DSP处理器，八通道高速数据采集的硬件设备。CN102128697A公布了一种用于高速电主轴的测试装置，滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板卡与工控 机连接，该装置解决高速电主轴测试难的问题。CN201653537U公开了一种振动采集分析仪，接收振动传感器传来的被测旋转机械的振动信号，根据与该通道连接的振动传感器类型和采样需求选通一路振动调理信号输出。
[0004] 上面的几个专利可看出，目前大功率变椭圆车床大部分是国外进口，国内目前可以生产小功率的变椭圆车床夹具，夹具的装夹方式也不尽相同，通常以尾座作为支撑，结构较为复杂。测试采集系统以PCI或USB采集卡为主，采集通道不多，同步平行采集较少，大多采用轮询采集，针对振动采集方面通常采用前置器，可以直接于振动传感器连接的测试采集系统较少，导致布线过多，系统庞大等缺点。目前尚未发现关于大直径变椭圆活塞夹具测试平台的相关报道，关于变椭圆车床关键部件之一的夹具检测试验方法就更加缺乏。
[0005] 本专利变椭圆活塞夹具实验台及试验方法采用24bits A/D高精度多通道采集仪，一体化温度与ICP振动传感器可直接连接于采集仪，略去了前置放大电路，有利于测试数据的精确性与便捷性。整个实验台由铸铁构成，且采用抱轴式装夹，能够承受较大的重量以及旋转惯性，保证了夹具的可靠性和变椭圆活塞加工时的稳定性，减少了由于皮带轴的高速旋转带来的振动。目前，国家对于大功率变椭圆夹具尚无试验方法，对于夹具的性能检测领域属于空白，只能在工业现场进行实际运转，通过运转数据对夹具进行分析，严重地影响了夹具的设计、改进，特别是大型船用变椭圆的夹具的安装调试费用都很大，夹具的可靠性和稳定性直接影响着加工机床的安全使用，本专利试验方法便于及早发现问题，改进设计，减少调试安装费用，保证了夹具出厂的合格率，保障了机床的安全使用。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种中凸变椭圆车床夹具的试验方法。为达到上述 目的，本发明专利通过以下技术方案予以实现：
[0007] 所述的变椭圆车床夹具实验台，主要由测控计算机、USB数据采集仪、采集软件、试验台架、夹具、大功率电机、温度传感器、振动传感器、液压站构成。大功率活塞夹具主要由液压油缸、皮带主轴、拉杆连接盘、夹具体、滑块、拉环、销孔拉杆构成；由于大功率船用柴油机活塞加工用变椭圆车床所涉及的产品缸径较大，重量较重，仅单个夹具体质量为680千克，加上活塞毛坯质量，需要实验台架稳定支撑质量在800千克左右的活塞做高速旋转，必须保证试验台架的自动定心、安装牢固可靠，同时要求有一定的位置调整余地，以便于温度与振动传感器的安装。
[0008] 所述变椭圆活塞夹具实验台架采用抱轴式装夹，通过主轴固定座将变椭圆夹具固定于实验台架上，并且整个实验台架由铸铁构成，实验台下部采用筋板翼式设计，实验台每面有2条板翼，共8条板翼，减少了由于夹具皮带轴的高速旋转带来的振动，保证了夹具检测中的可靠性和稳定性。
[0009] 所述变椭圆活塞夹具实验台USB式采集仪采用同步24位8通道同步并行设计，每个通道的增益误差和零点飘移都可以独立地由DAQ控制器微调消除，并且该采集仪可于华中数控系统进行对接，具有较高的工作可靠性和稳定性及实用性。
[0010] 所述变椭圆活塞夹具实验台采用1支ICP式振动传感器，灵敏度为100mV/g，采用3支一体化式温度传感器测，测温范围为-50℃-300℃，两种传感器均采用集成芯片，省掉了老式的前置放大器，可直接与采集仪连接，为整个夹具测试系统节省了空间。
[0011] 所述变椭圆活塞夹具测试实验台及试验方法通过以下步骤实现，首先通过地脚螺栓将试验台架固定于水平地面上，调整主轴固定座位置，通过连接螺栓 固定于试验台架立柱上，将夹具皮带轴外边缘与主轴固定座对齐，迅速将抱轴套通过连接螺栓固定于主轴固定座上。通过拉杆扳手卡口安装夹具拉杆与液压缸，调整皮带轮与电机到同一水平高度，安装皮带，根据加工活塞的直径选择夹具体，安装夹具体后拧紧连接螺钉，放置要加工的活塞外边缘与夹具体的外边缘对齐，安装销孔拉杆，启动液压缸拉紧拉杆，完成活塞的装夹；一体化温度传感器通过M12螺纹连接与主轴的前轴承、后轴承、且温度探针直接测量前轴承外圈温度、后轴承外圈温度，ICP振动传感器采用螺纹安装放置于皮带轴前轴承外壳处。完成活塞的装夹，活塞装夹完成后启动测控计算机与信号采集仪，启动测控采集软件，启动主轴电机，在测控软件中根据事先设定好的转速进行动态模拟试验，整个动态运转过程中，试验监控程序主界面实时显示皮带轴的转速、前后轴承的温度值、前轴承的振动值、轴向拉紧力、试验时间参数、并将上述参数保存在计算机的数据库中，试验过程中如出现异常情况，由计算机监控程序发出报警并自动停机；试验结束后停机，通过液压油缸放松拉杆，卸掉活塞拉环后可更换活塞，进行下一组试验。
[0012] 由于采用如上所述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0013] 1、该变椭圆夹具测试实验台，底部有八条板翼，能够承受较大的重量以及旋转惯性，提高了实验台稳定性，整个实验台模仿车床底座采用铸铁构成在主轴旋转时，可减小旋转带来的振动，更加接近车床真实情况。
[0014] 2、信号采集仪上集成了8片100Ksps 24bits A/D转换器，和8个独立的高速精密运算放大器和精密衰减滤波网络组成程控增益通道，板上带有32K X 16BYTES FIFO，通道最大采样深度不受限制，可以实现高精度信号的连续大容量记录功能，保证采集信号的高精度与稳定性，且该采集仪可于华中数控系统进行对接，具有良好的发展前景与现实意义。
[0015] 3、该变椭圆夹具测试实验台使用一体式温度传感器与ICP振动传感器，传感器可以与采集仪直接连接，争取到了更多的安装空间，省去了前置放大电路等中间环节，较少了信号的干扰，保证了采集信号的精确度。
[0016] 4、该变椭圆夹具测试实验台测控分析软件，控制面板为虚拟仪器风格的中文图形界面，集成了实时监控，自动报警停，数据分析功能，运行支持XP/WIN7操作系统，支持多通道文件格式，实验波形打包存储，保证数据完整性。
[0017] 5、本发明的试验方法由计算机自动监控并记录试验的各项参数，通过动态检测，温度检测，数据分析，为大功率活塞夹具的设计奠定了基础。
附图说明
[0018] 图1是本发明变椭圆夹具试验台的三维结构示意图；图中1、测控计算机2、USB数据采集仪3、试验台架4、夹具5、皮带6、电机7、液压站。
[0019] 图2是本发明试验台架与夹具整体三维图轴测图；图中301、台架板翼302、一体化温度传感器303、ICP振动传感器401、液压油缸5、皮带6、电机。
[0020] 图3是本发明试验台架三维轴测图；图中301、台架板翼302、一体化温度传感器303、ICP振动传感器304、抱轴套305、抱轴套连接螺钉306、主轴固定座连接螺钉307台架地脚螺栓。
[0021] 图4是本发明夹具三维轴测图，图中401、液压油缸402、主轴皮带轮403主轴测温孔404皮带主轴405、活塞拉环406、夹具体
[0022] 图5是本发明夹具剖面图，图中401、液压油缸402、主轴皮带轴404皮带主轴405、活塞拉环406、夹具体407、销孔拉杆408、活塞409、拉杆扳手卡口410、拉杆411、连接螺钉具体实施方式
[0023] 为了使专利审查员与公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效 果，申请人将下面以实施例的方式结合附图做详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变化都应视为本发明的技术方案范畴。
[0024] 请参考附图1-5，通过地脚螺栓307将试验台架3固定于水平地面上，调整主轴固定座位置，通过连接螺栓306固定于试验台架立柱上，将夹具皮带轴404外边缘与主轴固定座对齐，迅速将抱轴套304通过抱轴套连接螺栓305固定于主轴固定座上。通过拉杆扳手卡口409安装夹具拉杆410与液压缸401，调整皮带轮402与电机6到同一水平高度，安装皮带5，根据加工活塞408的直径选择夹具体406材料为ZG310-570，安装夹具体406后拧紧连接螺钉
411，放置要加工的活塞408外边缘与夹具体406的外边缘对齐，安装销孔拉杆407，销孔拉杆
407为焊接件，销孔拉杆407的主体部分为冷轧精密无缝钢管，销孔拉杆的主体部分两端配有支撑柱以增强其强度；启动液压油缸401拉紧拉杆410，完成活塞的装夹；一体化温度传感器302通过M12螺纹连接于皮带轴404的前轴承、后轴承，且温度探针直接测量前轴承外圈温度、后轴承外圈温度，ICP振动传感器303采用螺纹安装放置于皮带轴404前轴承外壳处；完成活塞的装夹，活塞装夹完成后启动测控计算机1与信号采集仪2，启动测控采集软件，启动主轴电机6，在测控软件中根据事先设定好的转速进行动态模拟试验，整个动态运转过程中，试验监控程序主界面实时显示皮带轴404的转速、前后轴承的温度值、前轴承的振动值、轴向拉紧力、试验时间参数、并将上述参数保存在计算机的数据库中，试验过程中如出现异常情况，由计算机监控程序发出报警并自动停机；试验结束后停机，通过液压油缸401放松拉杆410，卸掉活塞拉环407后可更换活塞408，进行下一组试验。
[0025] 本发明夹具试验台使用的皮带轴转速可在100-2000r/min范围内变化， 并且具有自动检测系统，能够实时检测皮带轴的振动与温度，分析活塞加工中振动值与温度值的变化。
[0026] 本发明夹具加工范围广，不但可以加工直径为Φ550mm的大直径活塞，而且可以使用一台机床加工不同种类的活塞，节约了企业成本，填补了国内该技术的空白，将大大提高我国大功率国产活塞机床的技术层次，具有很高的社会价值和广阔的市场前景。
